Druckwasserreaktor

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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.

Siehe auch