Arbeitsblatt 7:
Arbeitsblatt 8:
Aufbau eines Kernkraftwerks
Aufbau eines Kernkraftwerks Durch die Wärme, die der Primärkreislauf in die Dampferzeuger einspeist, wird das Wasser mit Druckwasserreaktor
Kernkraftwerke sind Wärmekraftwerke. Sie erzeugen Wärme durch eine kontrollierte Kettenreaktion. Urankerne des Isotops U-235 werden mit langsamen Neutronen gespalten, dabei werden zwei bis drei schnelle Neutronen freigesetzt. Diese können nach ihrer Moderierung (Abbremsung) weitere Kerne von Uran-235 spalten und lösen so eine kontrollierte Kettenreaktion aus.
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In einem Druckgefäß eines Druckwasserreaktors, circa 12 m hoch, aus 25 cm dickem Stahl, stehen ca. 200 Brennelemente, zusammengesetzt aus einzelnen Brennstäben. Sie enthalten als Brennstoff insgesamt ungefähr 100 t Uran, das bis zu vier Prozent mit dem spaltbaren Isotop U-235 angereichert ist. Zwischen den Brennstäben befindet sich Wasser. Das Wasser bremst die bei den Kernspaltungen entstehenden schnellen Neutronen ab; denn hauptsächlich langsame Neutronen können weitere Kernspaltungen in U-235-Kernen hervorrufen. Die Abbremsung der Neutronen ist wichtig, denn das zu 96 Prozent in den Brennstäben vorhandene, nicht spaltbare U-238 absorbiert besonders die schnellen Neutronen durch Neutroneneinfang. Zwischen den Brennstäben befinden sich Regelstäbe. Sie enthalten Bor oder Cadmium. Die Kerne beider Elemente können langsame Neutronen einfangen und sie so dem Spaltungsprozess entziehen. Man regelt die Kettenreaktion, indem man die Regelstäbe mehr oder weniger weit in den Reaktorkern einfährt. Ist der Reaktor abgeschaltet, so befinden sich die Regelstäbe vollständig im Kern. Zieht man sie langsam heraus, so nimmt die Zahl der Spaltungen pro Sekunde zu. Die Leistung des Reaktors lässt sich auf diese Weise regeln. Das Wasser dient außerdem im abgeschalteten Zustand als Kühlmittel. Bei Normalbetrieb zirkuliert es im Primärkreislauf und besorgt den Energietransport. Aufgaben 1. Welche Funktion haben in einem Reaktor die Brennstäbe? Wozu benötigt man die Regelstäbe? 2. Wasser spielt eine zentrale Rolle in einem Kernkraftwerk. Beschreiben Sie seine Funktion im Kernreaktor. 3. Welche Gemeinsamkeiten haben Kohle- und Kernkraftwerke? Zeitbild Wissen
des Sekundärkreislaufs verdampft. Dieser Damp treibt die Turbine und den Generator an. In den Kondensatoren nach den Niederdruckturbinen wird der Dampf kondensiert. Das Kondensat wird mit Kondensatpumpen über Niederdruck-Vorwärmanlagen in den Speisewasserbehälter geführt. Die Speisewasserpumpen fördern das Wasser von dort über Hochdruck-Vorwärmanlagen in die Dampferzeuger zurück.
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Im Druckwasserreaktor erreicht das Wasser eine Temperatur von ca. 300 Grad Celsius. Trotzdem siedet es nicht, da es unter einem Druck von 150 bar steht. In einem Wärmetauscher gibt das heiße Wasser seine Energie an den Sekundärkreislauf ab, ohne dass ein Stoffaustausch stattfindet. Im Sekundärkreislauf entsteht so heißer, unter hohem Druck stehender Dampf. Er führt die Energie zu einer Dampfturbine, die einen Generator antreibt. Im Kondensator kondensiert der Dampf mithilfe von Kühlwasser. Das Wasser wird wieder in den Wärmetauscher zurückgepumpt. 30
Aufgabe Ein Druckwasserreaktor ist durch getrennte Wasserkreisläufe gekennzeichnet (Primär- und Sekundärkreislauf sowie Kühlkreislauf). Markieren Sie die Kreisläufe und erläutern Sie ihre Funktionsweise! 31
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Reaktordruckbehälter Hauptkühlmittelpumpe Dampferzeuger Sicherheitsbehälter Brennelementlagerbecken Turbinen-Hochdruckteil Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer Turbinen-Niederdruckteil Generator Transformator Kondensator Vorwärmanlage Speisewasserpumpe Hauptkühlwasserpumpe Kühlturm
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