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CANDU Schwerwasser-Kernreaktor: Wie es funktioniert

Der CANDU-Kernreaktor erhielt seinen Namen, weil dieses Schwerwasserreaktordesign in Kanada entwickelt wurde – es steht für Canada Deuterium Uranium. Deuterium ist das Hauptelement in schwerem Wasser, und Uran ist der Brennstoff, der in dieser Reaktorklasse verwendet wird.

CANDU-Schwerwasser-Kernreaktoren weltweit

Alle 20 kanadischen Kernreaktoren sind vom CANDU-Design. Andere Nationen mit CANDU-Reaktoren sind Argentinien, China, Indien, Südkorea, Pakistan und Rumänien. Indien hat auch 16 „CANDU-Derivate“. Diese Derivate basieren auf dem CANDU-Design und verwenden schweres Wasser als Moderator. Die fast 50 CANDU-Reaktoren und CANDU-Derivate machen weltweit rund 10% der Reaktoren aus.

Es wird geschätzt, dass Kraftwerke mit dem CANDU-Design mehr als 23.000 Megawatt erzeugen, was etwa 21% des durch Kernenergie erzeugten Stroms entspricht. Jedes Megawatt, das ein Kraftwerk produzieren kann, reicht im Allgemeinen aus, um 750 mittelgroße Haushalte mit Strom zu versorgen.

Wie sich CANDU-Reaktoren von Leichtwasserreaktoren unterscheiden

Schwerwasser -Kernreaktoren und Leichtwasser-Kernreaktoren unterscheiden sich darin, wie sie die komplexe Physik der Kernspaltung oder Atomspaltung erzeugen und verwalten, die die Energie und Wärme erzeugt, die Dampf erzeugt – und dann die Generatoren antreibt. Die in den USA verwendeten Kernreaktoren sind alle Leichtwasserkonstruktionen. Einige Hauptunterschiede, die zwischen Leichtwasserreaktoren und dem CANDU-Schwerwasserdesign unterscheiden, umfassen die folgenden Konstruktionsmerkmale:

Kern:  Der Kern eines CANDU-Reaktors befindet sich in einem horizontalen, zylindrischen Tank, der als Calandria bezeichnet wird. Kraftstoffkanäle verlaufen von einem Ende der Kalandrien zum anderen. Jeder Kanal innerhalb der Kalandrien hat zwei konzentrische Röhren. Das äußere Rohr ist das Calandria-Rohr und das innere ist das Druckrohr. Das Innenrohr hält den Kraftstoff und das unter Druck stehende schwere Wasserkühlmittel. Diese Konstruktion ermöglicht das Auftanken während des Betriebs.

Im Gegensatz dazu ist der Kern eines Leichtwasserreaktors vertikal und enthält vertikale Brennelemente, bei denen es sich um Bündel von Metallrohren handelt, die mit Brennstoffpellets gefüllt sind. Der Reaktorkern wird in einem Sicherheitsbehälter aufbewahrt.

Brennstoff:  Im Gegensatz zu anderen Kernreaktoren, bei denen angereicherter Uranbrennstoff und leichtes Wasser als Moderator verwendet werden, verwenden CANDU-Schwerwasserreaktoren nicht angereichertes natürliches Uranoxid als Brennstoff und schweres Wasser als Moderator.

Moderator: Der Moderator ist das Material im Reaktorkern, das die aus der Spaltung freigesetzten Neutronen verlangsamt, so dass sie mehr Spaltung verursachen und die Kettenreaktion aufrechterhalten. Der Moderator in Leichtwasserreaktoren ist gewöhnliches Wasser, aber der CANDU-Schwerwasserreaktor verwendet schweres Wasser oder Deuteriumoxid, das eine chemische Formel von D 2 O hat.

Im Gegensatz zu gewöhnlichem Wasser mit seiner bekannten chemischen Zusammensetzung von H 2 O enthält schweres Wasser zwei Deuteriumatome. Im Gegensatz zu gewöhnlichem Wasserstoff, der in seiner häufigsten Form kein Neutron und kein Proton aufweist, hat Deuterium ein Neutron im Zentrum. 

Kühlmittel: Das  Kühlmittel zirkuliert durch einen Kern des Kernreaktors, um die Wärme von diesem abzuleiten und eine Kernschmelze zu verhindern, die die Energieerzeugung stoppen würde. Der Wassermoderator fungiert auch als primäres Kühlmittel in Leichtwasserreaktoren. Der CANDU-Reaktor verwendet entweder leichtes oder schweres Wasser als Kühlmittel.

So funktioniert ein CANDU-Reaktor zur Stromerzeugung

Das schwere Wasserkühlmittel wird in einem geschlossenen Kreislauf durch die Rohre des Reaktorkerns gepumpt. Die Rohre enthalten Brennelemente, um die Wärme aufzunehmen, die aus der im Kern stattfindenden Kernspaltung erzeugt wird. Der Schwerwasserkühlmittelkreislauf verläuft durch Dampferzeuger, in denen die Wärme des Schwerwassers gewöhnliches Wasser in Hochdruckdampf umkocht. Das jetzt kühlere schwere Wasser wird in den Reaktor zurückgeführt, während der Kühlkreislauf fortgesetzt wird.

Der Hochdruckdampf aus dem Dampferzeuger wird außerhalb des Reaktorbehältergebäudes geleitet, um herkömmliche Turbinen anzutreiben. Diese Turbinen treiben Generatoren an, um Strom zu erzeugen, der dann in das Netz eingespeist wird. Der Kernreaktor ist von den zur Stromerzeugung verwendeten Geräten getrennt. Der aus der Turbine austretende Dampf wird wieder zu Wasser kondensiert und in den Dampferzeuger zurückgepumpt.

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