Kernreaktors

Kernreaktoren sind Anlagen, die eine kontrollierte Kernspaltung nutzen, um Wärme freizusetzen. Die im Brennstoff enthaltenen spaltbaren Kerne werden durch Neutronen geteilt, wodurch weitere Neutronen freigesetzt werden. Die Reaktionsrate wird durch Moderation, Kühlung und Steuerstäbe geregelt. Die gewonnene Wärme dient in Kraftwerken der Dampferzeugung zur Stromerzeugung; in Forschungseinrichtungen liefert sie Neutronen für Experimente und Materialuntersuchungen.

Aufbau und Funktionsweise: Brennstoffstäbe aus Uran- oder Plutoniumoxid werden in Brennelementen zu Reaktormontagen zusammengefasst; ein Moderator verlangsamt Neutronen und erhöht so die Spaltungswahrscheinlichkeit. Das Kühlmittel entzieht der Wärme, damit die Anlage nicht überhitzt. Steuerstäbe aus neutronenabsorbierenden Materialien wie Bor oder Cadmium ermöglichen eine feinfühlige Regelung der Reaktionsrate. Die Anlage befindet sich in einem Sicherheitsbehälter, der zusätzliche Schutz- und Kühlfunktionen bietet.

Typen: Leichtwasserreaktoren verwenden leichtes Wasser als Kühlmittel und Moderator und umfassen Druckwasserreaktoren sowie Siedewasserreaktoren. Schwerwasserreaktoren nutzen schweres Wasser als Moderator und ermöglichen unterschiedliche Brennstoff- und Moderatorenkombinationen. Gasgekühlte Reaktoren arbeiten mit gasförmigem Kühlmittel, Hochtemperaturreaktoren erreichen hohe Betriebstemperaturen. Schnelle Reaktoren verwenden schnelle Neutronen und oft wenig bis kein Moderator, was Reaktorchemie und Brennstoffkreislauf beeinflusst.

Anwendungsbereiche: Elektrizitätserzeugung gehört zu den Hauptanwendungen; Forschungsreaktoren liefern Neutronen für Experimente, Materialprüfungen und medizinische Isotope. Marinere Anwendungen nutzen Kernreaktoren in U-Booten und Trägern. Sicherheits- und Umweltaspekte: Mehrschichtige Sicherheitskonzepte, Notabschaltungen, Kühlsysteme und Containment schützen vor Freisetzungen. Nationale Regulierungsbehörden und internationale Organisationen wie die IAEA überwachen Betrieb, Bau und Stilllegung. Die Endlagerung abgebrannter Brennelemente erfordert geologische Lösungen; Wiederaufarbeitung ist in einigen Ländern vorgesehen oder umstritten.

Geschichte: Der erste kontrollierte Reaktorbetrieb erfolgte 1942 in Chicago. Ab den 1950er Jahren wurden zivile Kernkraftwerke weltweit in größerem Stil errichtet, vor allem mit Leichtwasserreaktoren. Seitdem beeinflussen Sicherheits-, wirtschaftliche und politische Debatten die Entwicklung und Nutzung.