Kernkraftwerk: Auswirkungen auf Geräte und Umwelt

KKW: von der Vergangenheit bis zur Gegenwart

Ein Kernkraftwerk ist ein Unternehmen, das aus Geräten und Anlagen zur Erzeugung elektrischer Energie besteht. Die Besonderheit dieser Anlage liegt in der Wärmeerzeugung. Die zur Erzeugung von Elektrizität erforderliche Temperatur entsteht beim Zerfall von Atomen.

Die Rolle von Brennstoff für Kernkraftwerke wird am häufigsten von Uran mit einer Massennummer von 235 (235U) übernommen. Gerade weil dieses radioaktive Element eine nukleare Kettenreaktion unterstützen kann, wird es in Kernkraftwerken und auch in Atomwaffen eingesetzt.

Länder mit der größten Anzahl an Kernkraftwerken

Die größten Kernkraftwerke der Welt

Heute sind in 31 Ländern der Welt 192 Kernkraftwerke in Betrieb, die 451 Kernreaktoren mit einer Gesamtkapazität von 394 GW einsetzen. Die überwiegende Mehrheit der Kernkraftwerke befindet sich in Europa, Nordamerika, im Fernen Osten und im Gebiet der ehemaligen UdSSR, während es in Afrika fast keine gibt und in Australien und Ozeanien gar keine. Weitere 41 Reaktoren produzierten in 1,5 bis 20 Jahren keinen Strom, und 40 von ihnen befinden sich in Japan.

In den letzten 10 Jahren wurden weltweit 47 Stromaggregate in Betrieb genommen, die sich fast alle entweder in Asien (26 in China) oder in Osteuropa befinden. Zwei Drittel der derzeit im Bau befindlichen Reaktoren befinden sich in China, Indien und Russland. China setzt das ehrgeizigste Programm für den Bau neuer KKW um. Etwa ein Dutzend Länder auf der ganzen Welt bauen KKW oder bauen Projekte für ihren Bau.

Neben den Vereinigten Staaten umfasst die Liste der am weitesten fortgeschrittenen Länder auf dem Gebiet der Kernenergie:

• Frankreich
• Japan;
• Russland
• Südkorea.

Im Jahr 2007 begann Russland mit dem Bau des weltweit ersten schwimmenden Kernkraftwerks, um das Problem der Energieknappheit in abgelegenen Küstengebieten des Landes zu lösen.^[12]. Die Bauarbeiten hatten Verzögerungen. Nach verschiedenen Schätzungen wird das erste schwimmende Kernkraftwerk 2018-2019 in Betrieb gehen.

Mehrere Länder, darunter die Vereinigten Staaten, Japan, Südkorea, Russland und Argentinien, entwickeln Mini-Atomkraftwerke mit einer Kapazität von etwa 10 bis 20 MW für die Wärme- und Stromversorgung von einzelnen Industrien, Wohnanlagen und in der Zukunft für einzelne Häuser. Es wird davon ausgegangen, dass kleine Reaktoren (siehe z. B. Hyperion-Kernkraftwerk) mit sicheren Technologien hergestellt werden können, die immer wieder die Möglichkeit des Austretens von Kernmaterial verringern^[13]. Der Bau eines kleinen CAREM25-Reaktors in Argentinien ist im Gange. Die ersten Erfahrungen mit dem Einsatz von Mini-Atomkraftwerken wurden vom UdSSR (KKW Bilibino) gesammelt.

Das Prinzip des Betriebs von Kernkraftwerken

Das Arbeitsprinzip eines Kernkraftwerks basiert auf dem Betrieb eines Kernreaktors (manchmal auch Atomreaktor genannt) - einer speziellen Schüttgutkonstruktion, bei der die Aufspaltung der Atome unter Freisetzung von Energie erfolgt.

Es gibt verschiedene Arten von Kernreaktoren:

1. PHWR (auch bekannt als "Druckwasser-Schwerwasserreaktor") wird hauptsächlich in Kanada und in indischen Städten eingesetzt. Es basiert auf Wasser, dessen Formel D2O ist. Es hat die Funktion eines Kühlmittels und eines Neutronenmoderators. Der Wirkungsgrad nähert sich 29%;
2. VVER (wassergekühlter Leistungsreaktor). Derzeit werden WWERs nur in der GUS betrieben, insbesondere im Modell VVER-100. Der Reaktor hat einen Wirkungsgrad von 33%;
3. GCR, AGR (Graphitwasser). Die in einem solchen Reaktor enthaltene Flüssigkeit wirkt als Kühlmittel. In diesem Design ist der Neutronenmoderator Graphit, daher der Name. Der Wirkungsgrad liegt bei etwa 40%.

Nach dem Prinzip der Vorrichtung sind die Reaktoren auch unterteilt in:

• PWR (Druckwasserreaktor) - ist so ausgelegt, dass Wasser unter einem bestimmten Druck die Reaktion verlangsamt und Wärme liefert;
• BWR (so konstruiert, dass sich Dampf und Wasser im Hauptteil des Geräts ohne Wasserkreislauf befinden);
• RBMK (Kanalreaktor mit besonders großer Kapazität);
• BN (das System funktioniert aufgrund des schnellen Austauschs von Neutronen).

Die Struktur und Struktur eines Kernkraftwerks. Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?

NPP-Gerät

Ein typisches Kernkraftwerk besteht aus Blöcken, in denen jeweils verschiedene technische Geräte angeordnet sind. Die bedeutendste dieser Einheiten ist der Komplex mit einer Reaktorhalle, die die Funktionsfähigkeit des gesamten KKW gewährleistet. Es besteht aus folgenden Geräten:

• Reaktor;
• Becken (es ist in ihm Kernbrennstoff gespeichert);
• Brennstofflademaschinen;
• Kontrollraum (Bedienfeld in Blöcken, mit deren Hilfe die Bediener den Prozess der Kernspaltung beobachten können).

An dieses Gebäude schließt sich eine Halle an. Es ist mit Dampferzeugern ausgestattet und ist die Hauptturbine. Direkt dahinter liegen die Kondensatoren sowie Stromleitungen, die über die Grenzen des Territoriums hinausragen.

Unter anderem gibt es eine Einheit mit Pools für abgebrannte Brennelemente und spezielle Einheiten für die Kühlung (Kühltürme). Zusätzlich werden Sprühbecken und natürliche Reservoirs zur Kühlung eingesetzt.

Das Prinzip des Betriebs von Kernkraftwerken

Bei allen Kernkraftwerken gibt es ausnahmslos drei Stufen der Umwandlung elektrischer Energie:

• Kern mit dem Übergang zur Wärme;
• thermisch, wird mechanisch;
• mechanisch in elektrisch umgewandelt.

Uran gibt Neutronen ab, wodurch in großen Mengen Wärme freigesetzt wird. Heißes Wasser aus dem Reaktor wird durch Pumpen durch einen Dampferzeuger gepumpt, wo es etwas Wärme abgibt und wieder in den Reaktor zurückkehrt. Da dieses Wasser unter hohem Druck steht, bleibt es in einem flüssigen Zustand (in modernen VVER-Reaktoren etwa 160 Atmosphären bei einer Temperatur von ~ 330 ° C)^[7]). Im Dampferzeuger wird diese Wärme auf das Wasser des Sekundärkreislaufs übertragen, der unter einem viel niedrigeren Druck steht (halb so groß wie der Druck des Primärkreislaufs und weniger) und daher siedet. Der entstehende Dampf gelangt in die Dampfturbine, die den Generator dreht, und dann in den Kondensator, in dem der Dampf gekühlt wird, dieser kondensiert und erneut in den Dampferzeuger gelangt. Der Kondensator wird mit Wasser aus einer externen offenen Wasserquelle (z. B. einem Kühlbecken) gekühlt.

Sowohl der erste als auch der zweite Kreislauf sind geschlossen, was die Wahrscheinlichkeit eines Strahlungsverlusts verringert. Die Abmessungen der primären Schaltungsstrukturen werden minimiert, was auch das Strahlenrisiko verringert. Die Dampfturbine und der Kondensator interagieren nicht mit dem Wasser des Primärkreislaufs, was Reparaturen erleichtert und die Menge an radioaktivem Abfall während der Demontage der Station reduziert.

KKW-Schutzmechanismen

Alle Kernkraftwerke sind notwendigerweise mit integrierten Sicherheitssystemen ausgestattet, zum Beispiel:

• Lokalisierung - Eindämmung der Ausbreitung schädlicher Substanzen bei einem Unfall, der zur Freisetzung von Strahlung führt;
• Bereitstellung - dient einer bestimmten Energiemenge für den stabilen Betrieb der Systeme;
• Manager - dienen dazu, dass alle Schutzsysteme normal funktionieren.

Außerdem kann der Reaktor im Notfall abstürzen. In diesem Fall unterbricht der automatische Schutz Kettenreaktionen, wenn die Temperatur im Reaktor weiter steigt. Diese Maßnahme erfordert in der Folge umfangreiche Sanierungsarbeiten, um den Reaktor wieder in Betrieb zu nehmen.

Nachdem sich im KKW Tschernobyl ein gefährlicher Unfall ereignet hatte, dessen Ursache sich als unvollkommene Reaktorkonstruktion herausstellte, konzentrierten sie sich verstärkt auf Schutzmaßnahmen und führten auch Konstruktionsarbeiten durch, um eine größere Zuverlässigkeit der Reaktoren zu gewährleisten.

Die Katastrophe des 21. Jahrhunderts und ihre Folgen

Fukushima-1

Im März 2011 wurde der Nordosten Japans von einem Erdbeben getroffen, das einen Tsunami verursachte, der schließlich 4 der 6 Reaktoren des Kernkraftwerks Fukushima-1 beschädigte.

Weniger als zwei Jahre nach der Tragödie lag die offizielle Zahl der Toten bei dem Absturz bei über 1.500, während noch immer 20.000 verurteilt wurden und weitere 300.000 Einwohner gezwungen waren, ihre Häuser zu verlassen.

Es gab Opfer, die den Schauplatz wegen der riesigen Strahlendosis nicht verlassen konnten. Für sie wurde eine sofortige Evakuierung organisiert, die zwei Tage dauerte.

Dennoch verbessern sich die Methoden zur Verhütung von Unfällen in Kernkraftwerken sowie die Neutralisierung von Notfallsituationen von Jahr zu Jahr - die Wissenschaft entwickelt sich stetig weiter. Trotzdem wird die Zukunft eindeutig zur Blütezeit alternativer Wege zur Stromerzeugung werden. Insbesondere ist es logisch, dass in den nächsten 10 Jahren riesige Orbital-Solarzellen entstehen werden, die unter Schwerelosigkeit sowie anderen Technologien, einschließlich revolutionärer Energietechnologien, durchaus erreichbar sind.