TECHNIK : So funktioniert ein Atomkraftwerk

Das Grundprinzip nuklearer Stromerzeugung ist seit den 1950er Jahren gleich: Eine Kettenreaktion spaltet radioaktive Atomkerne. Den Beginn macht ein einziges Neutron, das auf einen radioaktiven Kern trifft. Der schluckt das Neutron, wird dadurch instabil und zerfällt in zwei Teile und zwei bis drei freie Neutronen. Dabei bleibt Energie übrig; sie sprengt die Bruchstücke auseinander. Diese prallen auf den restlichen Brennstoff und heizen ihn auf. Zugleich bringen die freien Neutronen weitere Kerne zum Zerfallen, so dass die Kettenreaktion weiterläuft.

Deutschland hat nur Leichtwasser-Reaktoren. In ihren Kühlkreisläufen fließt gewöhnliches Wasser, nicht wie in anderen Reaktortypen "schweres" Wasser, in dem die Wasserstoffkerne ein zusätzliches Neutron enthalten. Sechs der deutschen Atommeiler sind Druckwasser-Reaktoren, nur die zwei noch laufenden Blöcke in Gundremmingen sind vom Siedewasser-Typ. Bei ihnen stecken die Brennstäbe in einem Behälter mit siedendem Wasser, der heiße Dampf treibt die Turbinen an.

Beim Druckwasser-Reaktor ist noch ein Kreislauf zwischengeschaltet: Der Druck im Wasserbehälter mit den Brennstäben ist so hoch, dass das Wasser nicht kocht, obwohl es mehrere Hundert Grad Celsius heiß wird. Dieses heiße Wasser bildet den "Primärkreislauf". Es wird in Röhren durch einen zweiten Kessel geleitet, den "Dampferzeuger", wo es seinerseits das Wasser im Sekundärkreislauf erwärmt. Dabei kühlt das Primärkreislauf-Wasser ab, und eine Pumpe treibt es zurück in den Reaktordruckbehälter, wo es von den Brennstäben wieder erhitzt wird. Das Wasser im Sekundärkreislauf verdampft derweil, und dieser heiße Dampf wird auf die Turbinen geleitet. Er bringt sie zum Rotieren, was einen Generator antreibt, der den Strom erzeugt. Am Ende der Turbinen kühlt der Dampf mittels Kühlröhren ab und wird wieder zu Wasser, das zurück in den Dampferzeuger fließt. Die Kühlröhren werden ihrerseits von einem dritten Wasserkreislauf durchströmt, dem Kühlkreislauf. Das Kühlwasser kommt meist aus einem Fluss oder dem Meer. Hat es seinen Dienst getan, wird es zurückgeleitet. Bei vielen Anlagen rieselt es vorher noch durch einen Kühlturm, um abzukühlen.

Moderne Druckwasser-Reaktoren gelten als relativ sicher. Ihr Kühlmittel H2O transportiert nicht nur die Wärme ab, sondern bremst auch die bei den Kernspaltungen entstehenden Neutronen. Nur gebremst können diese ausreichend weitere Kerne spalten, um den Reaktor am Laufen zu halten. Würde das Kühlwasser verdampfen oder auslaufen, stoppt die Kettenreaktion automatisch - anders als beim Reaktor in Tschernobyl, der mit Graphit als Neutronenbremse arbeitete.

Zudem befindet sich der Primärkreislauf von Druckwasser-Reaktoren in einem Sicherheitsbehälter aus Stahl. Bei Problemen unterbrechen Steuerstäbe die Kernreaktion. Weil auch danach die Spaltprodukte zerfallen und Wärme produzieren, muss die Kühlung weiterlaufen, sonst können die Brennstäbe schmelzen. Darum sollen mehrere Kühl- und Stromversorgungssysteme im Notfall übernehmen. Das war indes auch in Fukushima so - und half doch nichts, weil Haupt- und Notstromversorgung ausfielen.

Die Autorin ist Wissenschaftsredakteurin der "Süddeutschen Zeitung».