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Multimedia: Beschreibung der Simulationen

KKW-Simulator – Wie arbeitet ein Kernkraftwerk?

Harrisburg, Tschernobyl, Fukushima – drei Orte, die für die erschreckende Kehrseite der Kernenergie stehen. Durch das verheerende Erdbeben und eine darauf folgende Tsunamiwelle in Japan wurden am 11. März 2011 mehrere Kernkraftwerke in Fukushima schwer beschädigt und konnten nach der Schnellabschaltung nicht mehr ausreichend gekühlt werden. Infolge Überhitzung der Brennstäbe ist radioaktives Material in die Umgebung abgegeben worden.

Die Simulation bietet einen anschaulichen Überblick über die Funktionsweise eines Kernkraftwerks. Der virtuelle Reaktor kann interaktiv gesteuert werden.

Kernkraftwerk starten

Durch einen Klick auf die Schaltfläche "Ausfall der Kühlung" kann eine Situation ähnlich der in Fukushima simuliert werden.

Bedienung des interaktiven Kernkraftwerks

Die Simulation bietet die Möglichkeit, einen Kernreaktor zu steuern. Beim Starten der Interaktivität läuft dieser mit voller Leistung. Als Reaktorfahrer kann man die erzeugte Leistung senken und wieder anheben. Dabei müssen die angezeigten Werte im zulässigen Bereich bleiben, sonst schalten die Sicherheitsvorrichtungen den Reaktor ab.

Detailansicht der Simulation: Primärkreislauf

Das Wasser im Reaktor steht unter hohem Druck. So ist es immer flüssig und kann die bei der Kernspaltung entstehenden Wärme gut transportieren. Diese Wärme gibt das Wasser im Primärkreislauf an den Sekundärkreislauf ab.

Der Reaktor wird über folgende Steuermöglichkeiten kontrolliert:

Die sogenannten Steuerstäbe sind aus einem Stoff, der Neutronen absorbiert. Mit ihnen kann man die Feinregulierung der Leistung vornehmen. Werden die Steuerstäbe in den Reaktor gesenkt, dann bremsen sie die Kettenreaktion. Die Reaktorleistung und die Kühlmitteltemperatur sinken, bis sich wieder ein Gleichgewicht zwischen Reaktor- und Turbinenleistung eingestellt hat.

Dabei gilt es Folgendes zu beachten: Alle Reaktionen des Reaktors finden verzögert statt. Insbesondere beim Hochfahren steigt die Leistung nur langsam, tendiert dann aber sehr schnell zur Überreaktion.

Gleichzeitig muss der Wärmefluss zur Turbine gesteuert werden. Das Turbineneinlassventil reguliert, wie viel Dampf in die Turbine zur Stromerzeugung gelangt. Wenn die Turbine weniger Dampf abnimmt, als im Dampferzeuger entsteht, dann steigt die Temperatur im Primärkreislauf. Das bedeutet, dass sich die Wassermoleküle schneller bewegen und die Neutronen weniger stark bremsen. Als Folge werden weniger Kerne gespalten und die Reaktorleistung sinkt – es wird weniger Wärme produziert. Damit passt sich die Reaktorleistung automatisch an die Turbinenleistung an.

Detailansicht der Simulation: Turbineneinlassventil

Das Turbineneinlassventil reguliert, wie viel Dampf in die Turbinen kommt. Es steuert damit die Menge der erzeugten Energie.

Das Turbinenventil muss so justiert werden, dass der Reaktor in seinem Nenntemperaturbereich von 310 bis 320 Grad Celsius arbeitet.

Mithilfe der Schaltfläche "Ausfall der Kühlung" kann man eine Situation simulieren, die der Katastrophe von Fukushima gleicht. Die Simulationsgeschwindigkeit ist dabei deutlich beschleunigt. Bis etwa 350 Grad Celsius befindet sich noch flüssiges Wasser unter hohem Druck im Reaktor. Durch nochmaliges Schalten kann man den Kühlkreislauf wieder in Gang setzen und den Reaktor unter Kontrolle bringen.

Weiterführende Informationen zu den einzelnen Elementen des Kraftwerks erhält man, wenn man die Maus über diese bewegt.

Anmerkung: Das vorgestellte – stark vereinfachte – Modell der Reaktorsteuerung basiert auf den grundlegenden Mechanismen der Kernspaltung und des Wärmetransports vom Reaktorkern zu den Turbinen. Im Unterschied zum Reaktor in Fukushima ist ein sogenannter Druckwasserreaktor simuliert. Ein Siedewasserreaktor besitzt keinen zweiten Kreislauf, sondern nur einen einzigen Kreislauf, der auf einer niedrigeren Temperaturstufe, ca. 280 Grad Celsius, arbeitet und dessen heißer Dampf direkt in die Turbinen geleitet wird.

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