Druckwasserreaktor
| Druckwasserreaktor (DWR) | |
|---|---|
| Technik & Kennzahlen | |
| Typ: | Leichtwasserreaktor (LWR) |
| Moderator: | Leichtes Wasser ($H_2O$) |
| Kühlmittel: | Leichtes Wasser ($H_2O$) |
| Primärdruck: | ca. 155 bar |
| Primärtemperatur: | ca. 290–325 °C |
| Brennstoff: | Angereichertes Uran ($UO_2$), MOX-Brennstoff |
| Wirkungsgrad: | ca. 33–35 % |
| Verbreitung: | Weltweit häufigster Reaktortyp (~68 %) |
Ein Druckwasserreaktor (DWR, englisch Pressurized Water Reactor, PWR) ist ein thermischer Kernreaktor, der leichtes Wasser ($H_2O$) gleichzeitig als Neutronenmoderator und Kühlmittel nutzt.
Im Gegensatz zum Siedewasserreaktor steht das Wasser im primären Kühlkreislauf unter so hohem Druck (ca. 155 bar), dass es trotz Temperaturen von über 300 °C nicht siedet. Der Druckwasserreaktor ist weltweit der am häufigsten eingesetzte Reaktortyp für die kommerzielle Stromerzeugung und den Antrieb von nuklearen U-Booten und Flugzeugträgern.
Funktionsprinzip
Das Hauptmerkmal des Druckwasserreaktors ist die strikte Trennung von primärem und sekundärem Kühlkreislauf:
1. Primärkreislauf (radioaktiv): Wasser zirkuliert unter hohem Druck durch den Reaktordruckbehälter, nimmt die durch Kernspaltung erzeugte Wärme auf und transportiert sie zu den Dampferzeugern. 2. Dampferzeuger: Im Dampferzeuger überträgt das heiße Primärwasser seine Wärme an das Wasser des Sekundärkreislaufs, ohne sich direkt mit diesem zu vermischen. 3. Sekundärkreislauf (nicht radioaktiv): Durch den geringeren Druck im Sekundärkreislauf (ca. 60–70 bar) verdampft das Wasser dort. Der entstehende Frischdampf treibt die Turbinen und den Generator zur Stromerzeugung an. 4. Kondensation: Der Abfülldampf wird im Kondensator mithilfe von Kühlwasser (z. B. aus einem Fluss oder Kühlturm) wieder flüssig gemacht und zurück in den Dampferzeuger gepumpt.
Hauptkomponenten
- Reaktordruckbehälter (RDB): Ein dickwandiger Stahlbehälter, der den Reaktorkern mit den Brennelementen und Steuerstäben umschließt.
- Druckhalter: Ein System im Primärkreislauf, das mithilfe von Heizungen und Sprüheinrichtungen den Betriebsdruck konstant bei ca. 155 bar hält.
- Dampferzeuger: Wärmetauscher, die den Primär- vom Sekundärkreislauf trennen.
- Hauptkühlmittelpumpen: Sorgen für die kontinuierliche Zirkulation des Wassers im Primärkreislauf.
- Steuerstäbe: Regeln die Kritikalität und Leistung des Reaktors durch Absorption von Neutronen.
Sicherheitskonzept
Druckwasserreaktoren besitzen ausgeprägte Sicherheitsmerkmale:
- Mehrbarrierenprinzip: Radioaktive Stoffe werden durch mehrere hintereinandergeschaltete Barrieren zurückgehalten (Kristallgitter des Brennstoffs, Brennstabhülle, Reaktordruckbehälter, Containment).
- Inhärente Sicherheit (Negativer Rückkopplungseffekt): Steigt die Temperatur im Reaktor zu stark an, dehnt sich das Wasser aus und verliert an Dichte. Dadurch werden weniger Neutronen moderiert, die Kernspaltung verlangsamt sich automatisch.
- Radioaktiver Sekundärkreislauf ausgeschlossen: Da das Primärwasser den Sicherheitsbehälter (Containment) nicht verlässt, gelangen bei normalem Betrieb keine radioaktiven Partikel in die Turbinenhalle.
Vor- und Nachteile
Vorteile
- Keine Radioaktivität im Sekundärkreislauf und in der Turbinenhalle (erleichtert Wartung und Betrieb).
- Sehr hohe thermische Stabilität und bewährte inhärente Sicherheitseigenschaften.
- Breites Einsatzspektrum und jahrzehntelange Betriebserfahrung weltweit.
Nachteile
- Sehr hohe Anforderungen an die Druckfestigkeit aller Primärkomponenten (Rohrleitungen, Druckbehälter).
- Komplexerer Aufbau im Vergleich zum Siedewasserreaktor durch die Notwendigkeit von Dampferzeugern und Druckhaltern.