Atom- und Kernphysik. Kernkraftwerke

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1 Atom- und Kernphysik Kernkraftwerke

2 Standorte in Deutschland

3 Kernkraftwerk Grafenrheinfeld Das leistungsstärkste Kraftwerk Deutschlands mit: 1345 Megawatt liefert allein für Bayern 17% unseres gesamt benötigten Stromes Das sind ca. 3.5 Mio. Haushalte Jahresstromerzeugung 10 Milliarden kwh Strom

4 Daten zum Kraftwerk in Grafenrheinfeld - Projektbeginn: 1970 kommerzieller Betrieb: 26. März In Betrieb seit März Mitarbeiter und 117 Berufsfeuerwehrler - unter der Obhut von e-on Bayern - Kernkraft: 2500 Mitarbeiter hat 11 Kernkraftwerke in Niedersachen, Schleswig-Holstein und Bayern Stunden ist das Kraftwerk jährlich an Netz Nächste Revision ist im März Kraftwerkleistung: 1375 Megawatt ( Milliarden Kilowattstunden) (2384 MWh) - Eingespeiste Energie im Jahre GWh - Eingespeiste Energie seit Inbetriebnahme: GWh

5 Jahr Millionen Kilowattstunden Jahr Millionen Kilowattstunden , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,9 Millionen Kilowattstunden

6 Kurze Vorausinformation: Als Grundlast bezeichnet man die Netzbelastung, die während eines Tages im Stromnetz nicht unterschritten wird, das heißt => Die Grundlast ist der Anteil im Stromnetz, der immer eingespeist ist. Momentane Grundlast in Deutschland liegt bei knapp 50 GW. In Deutschland werden 47% der Grundlast allein durch die 18 Kernkraftwerke (incl. Grafenrheinfeld) gedeckt. Zu bedenken ist, dass zum momentanen Stand in der Technik nur die Kernenergie grundlastig ist. In einem Kernreaktor nutzt man die Kernspaltung zur Energiegewinnung. Alle Kraftwerke, die bis 1980 erbaut wurden, müssen (Stand (2011)) bis 2014 weiterlaufen aber, dann stillgelegt werden. Alle Bauten ab 1981 dürfen (Stand (2011)) bis 2018 laufen. 2,27 Kilogramm Pellets (Kernbrennstoff) liefern 32 Tausend Megawattstunden, um genau die selbe Menge an Energie zu gewinnen benötigt man 6 Millionen Liter Öl oder 9.3 Millionen kg Kohle. Jeder Mitarbeiter im Kernkraftwerk trägt ein sogenanntes Dosimeter, damit werden die anfallenden Strahlen gemessen. Im Gegensatz zur Atombombe läuft beim Kernreaktor die Spaltung der Atomkerne kontrolliert ab. Nach dem Prinzip der kontrollierten Kettenreaktion im Jahr 1987 ein Drittel des gesamten elektrischen Energiebedarfs der Bundesrepublik Deutschlands gedeckt. Um eine Kernspaltung kontrollieren zu können, müssen überschüssige thermische Neutronen absorbiert werden. Die Anzahl der Neutronen kann durch Regelstäbe bestimmt werden. Sie bestehen aus Stoffen mit einem hohen Einfangquerschnitt für Neutronen, meist verwendet man Borcarbid oder Cadmium. Durch Herein- und Herausfahren der Regelstäbe in den Reaktor kann die Anzahl der thermischen Neutronen geregelt werden. Ein einziger der Regelstäbe reicht aus, um einen Notstopp zu erreichen, hierbei würde die Leistung von 3765 MW (100%) auf 200 MW sinken.

7 Fahrzeugschleuse Der erste Schritt zur Sicherheit des Kraftwerks, hier werden alle Fahrzeuge sehr gründlich gecheckt auf alles Mögliche (Bomben o. ä.). Personen welche keine Zutrittserlaubnis besitzen, kommen an der Fahrzeugschleuse nicht weiter, sie werden vom Securitydienst aufgehalten und abgewiesen. Die Schleuse besteht aus 2 Toren (Ein- und Ausgang). Es kann immer nur ein Tor geöffnet sein, dies hat zur Folge, dass niemand ohne Kontrolle rein- oder rauskommt.

8 Der Reaktor Reaktor-Innendurchmesser : 5 Meter 193 Steuerstäbe Man kann innerhalb von 2 Sekunden Reaktor ausschalten Brennelemente werden bei der Revision ausgetauscht, das sind ca. 25% der gesamten Brennelemente => damit werden 2-3 Castoren werden befüllt Hier sichtbar in der Mitte der beiden Kühltürme die Reaktorkuppel, der eigentliche Reaktor verbirgt sich allerdings im Inneren.

9 Der (Druckwasser)Reaktor Im Druckwasserreaktor im Kernkraftwerk Grafenrheinfeld wird der Prozess der Kernspaltung bei einem Druck im Reaktor von 158 bar und einer Wassertemperatur von 329 C abgewickelt.

10 Die 3 Kreisläufe beim Druckwasserreaktor Beim Siedewasserreaktor wird die freiwerdende Energie auf das Wasser als Kühlmittel übertragen. Im Reaktorgebäude wird das Wasser verdampft und treibt dann im Gerätehaus eine Turbine an. Das Wasser wird nach der Turbine abgekühlt. Danach wird das kondensierte Wasser zurück in den Reaktorraum gepumpt. Als Kühlwasser dient Flusswasser, welches jedoch nicht mit dem Wasser aus dem Reaktorraum direkt in Berührung kommt. Bei Niederwasser im Fluss dient ein Kühlturm zum Abkühlen des Reaktorwasserkreislauf bzw. in unserem Fall (Grafenrheinfeld) dienen diese (beiden Kühltürme) der Unterstützung, da der Fluss alleine nicht ausreicht.

11 Was passiert bei der Kernspaltung? Das angereicherte Uran geht durch das Einschießen eines Neutrons eine unkontrollierte Kettenreaktion ein, es lösen sich dadurch aus dem beschossenen Stoff 2 bis 3 Neutronen heraus, welche ebenfalls die selbe Reaktion eingehen. Bei der Kernspaltung von Uran-235 entstehen schnelle Neutronen. Um die Kettenreaktion betreiben zu können, müssen diese schnellen Neutronen abgebremst werden. Bei einem Siedewasserreaktor übernimmt diese Aufgabe der Moderator Wasser. Die Neutronen geben beim Durchdringen des Wasser einen großen Teil ihrer kinetischen Energie an die Wassermoleküle ab. Mit langsamen oder thermischen Neutronen können weitere Uran-235-Kerne gespalten werden.

12 Maschinenhaus Im Maschinenhaus werden durch Dampf-Turbinen betrieben. Dies geschieht verschlossen unter Druck bei 66 bar und 282 Grad Celsius. Die Turbine leistet 1500 Umdrehungen pro Minute. Der nun umgespannte Strom hat eine Spannung von Volt und eine Stromstärke von Ampère. Der Strom wird vor der Einspeisung ins Netz von Volt auf Volt hochtransformiert.

13 Kühlturm In unserem Fall (Grafenrheinfeld) gibt es zwei von diesen Kühltürmen, da der nebenliegende Main alleine nicht zur Kühlung ausreicht. Sie sind vom Boden weg 143 Meter hoch und haben einen Durchmesser an der breitesten Stelle von 103 Metern. Diese Wassertürme geben bei voller Laufstärke des Kraftwerks 2 Tonnen Wasserdampf pro Sekunde ab

14 Behälterlager Aufgrund der vielen Schichten gibt ein solcher Castorbehälter (befüllt) lediglich 3 Prozent der sowieso vorhanden nartürlichen Strahlung Castorbehälter sind thermische Behälter. D.h. sie lassen weder Luft noch Wärme weichen. 1 Pellet bringt 5 Jahre Energie anschließend wird er 5 Jahre im Reaktorwasser gelagert, bevor er in Castorbehälter eingelagert wird

15 Kraftwerke in aller Welt. Dänemark 0 Niederlande 1 Belgien 7 Schweiz 5 Tschechische 6 USA 104 Japan 57 China strebt auf und entwickelt sich, die Chinesen bauen gerade 16 Anlagen, 20 sind schon am Netz Polen 0 Anlagen, wollen 3 bauen, scheitert an der finanziellen Situation Österreich 1 Anlage war aber nie in Betrieb (Drehort für den Film Restrisiko) Frankreich 59, ein weiteres ist in Bau, 75 % Gesamtstromerzeugung in Frankreich Vergleich zu Deutschland (25 %) weltweit 440 Anlagen 202 Anlagen allein in Europa A. Höfer, 10B

16

17 Ende

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