Kernkraftwerk THTR-300
aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
| Kernkraftwerk THTR-300 | ||
|---|---|---|
 Trockenkühlturm des THTR-300 (1991 abgerissen) |
||
| Lage | ||
|
||
| Koordinaten | 51° 40′ 45,5″ N, 7° 58′ 17,6″ O51.6792972222227.9715583333333Koordinaten: 51° 40′ 45,5″ N, 7° 58′ 17,6″ O | |
| Land: | Deutschland | |
| Daten | ||
| Eigentümer: | HKG | |
| Betreiber: | HKG | |
| Projektbeginn: | 1971 | |
| Kommerzieller Betrieb: | 1. Juni 1987 | |
| Stilllegung: | 20. April 1988 | |
|
Stillgelegte Reaktoren (Brutto): |
1 (308 MW) | |
| Eingespeiste Energie im Jahre 1988: | 1.083 GWh | |
| Eingespeiste Energie seit Inbetriebnahme: | 2.756 GWh | |
| Website: | Offizielle Seite | |
| Stand: | 6. Okt. 2006 | |
| Die Datenquelle der jeweiligen Einträge findet sich in der Dokumentation. | ||
Das Kernkraftwerk THTR-300 (Thorium-Hoch-Temperatur-Reaktor) war ein heliumgekühlter Hochtemperaturreaktor in Hamm-Uentrop (Nordrhein-Westfalen) in der ehemaligen Bauernschaft Schmehausen mit einer elektrischen Leistung von 300 Megawatt. Nachdem am Versuchsreaktor AVR (Jülich) die prinzipielle Funktion des Hochtemperatur- bzw. Kugelhaufenreaktors erprobt worden war, wurde der THTR-300 als Prototyp für die kommerzielle Nutzung von Hochtemperaturreaktoren (HTR) gebaut. Er wurde 1983 in Betrieb genommen und im September 1989 endgültig stillgelegt.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Kernphysikalische Grundlagen des THTR
[Bearbeiten] Energiegewinnung
Die Energiegewinnung erfolgt wie in anderen Kernreaktoren durch Kernspaltung, die durch thermische Neutronen herbeigeführt und als Kettenreaktion kontrolliert aufrechterhalten wird. Als Moderator dient Graphit, der hier Bestandteil der Brennelemente (siehe unten) ist. Die Steuerung der Kettenreaktion erfolgt wie bei anderen Reaktortypen durch Steuerstäbe aus neutronenabsorbierendem Material.
Die Besonderheit des Thorium-Hochtemperaturreaktors ist, dass er als Brennstoff nicht nur Uran-235, sondern außerdem und hauptsächlich Uran-233 nutzt. Das Uran-233 wird aus Thorium-232 im laufenden Reaktorbetrieb in den Brennelementen erbrütet und sofort mitverbrannt; es muss also nicht erst, wie bei anderen Brutreaktoren das erbrütete Plutonium, in einem getrennten Wiederaufarbeitungsprozess abgetrennt und zu neuen Brennelementen verarbeitet werden. Das Reaktorkonzept gestattet so die relativ einfache Ausnutzung der großen Thoriumvorräte der Erde zur Energiegewinnung.
[Bearbeiten] Brutprozess
Die Umwandlung des Thoriums in Uran 233 lässt sich als folgende Formel schreiben:
![\mathrm{^{232}_{\ 90}Th \ + \ ^{1}_{0}n \ \longrightarrow\ ^{233}_{\ 90}Th \ \xrightarrow [22,2 \ min]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 91}Pa \ \xrightarrow [26,97 \ d]{\beta^-} \ ^{233}_{\ 92}U}](http://upload.wikimedia.org/math/9/9/5/995e936cc1b2e753ee63960a14501810.png)
In Worten: ein Thorium-232-Atomkern fängt ein thermisches Neutron ein und wird dadurch zu Thorium-233. Dieses zerfällt mit einer Halbwertszeit von 22,2 Minuten durch Betazerfall in Protactinium-233; dieser Kern geht mit knapp 27 Tagen Halbwertszeit durch einen weiteren Betazerfall in Uran-233 über.
[Bearbeiten] Brennelemente und Reaktorkern
Im Thorium-Hochtemperaturreaktor sind die Brennelemente, in denen sich das Spalt- und Brutmaterial befindet, Kugeln mit sechs Zentimetern Durchmesser. Diese kugelförmigen Brennelemente enthalten je 192 g Kohlenstoff, 0,8928 g Uran 235, 0,0672 g Uran 233 und 10,2 g Thorium 232. Die Brennelemente haben eine äußere brennstofffreie Schale aus Graphit mit einer Dicke von 5 mm. Im Inneren ist der o. g. Brennstoff in Form von beschichteten Teilchen in eine Graphitmatrix eingebettet. Die partikelfreie Schale ist zusammen mit der Graphitmatrix für die mechanische Festigkeit des Brennelementes verantwortlich. Graphit sublimiert erst bei ca. 3.500 °C, d. h. bis zu dieser Temperatur bleibt die Struktur des Brennelements intakt.
Der Reaktor enthält keinerlei Halterungen oder Führungen für die Brennelemente, sondern diese bilden unter ihrem eigenen Gewicht eine Kugelschüttung (Kugelhaufenreaktor). Dadurch hat der Thorium-Hochtemperaturreaktor den Vorteil, dass sich im Reaktorkern nur Materialien befinden, die auch eine Temperatur weit über der Betriebstemperatur ertragen.
Die beschichteten Teilchen im Inneren des Brennelementes bestehen aus UO2- und ThO2-Teilchen, die von drei Pyrocarbonschichten umhüllt sind. Diese Schichten halten zusammen mit der Graphitmatrix die Teilchenstrahlung des Brennstoffes weitgehend zurück.
Die Zahl der Brennelemente im THTR-300 beträgt 675.000 Stück. Es wird eine Kerntemperatur von ca. 700 °C erreicht.
[Bearbeiten] Funktionsprinzip des THTR
Im THTR-300 wird durch den Reaktorkern im sogenannten Primärkreislauf Helium unter einem Druck von ca. 50 bar geleitet. Helium als Edelgas hat gegenüber dem konventionellen Wärmeträger Wasser den Vorteil, das es auch bei erhöhten Temperaturen nicht mit anderen Materialien chemisch reagiert, also keine Korrosion hervorruft. Helium kann auch nicht in radioaktive Stoffe umgewandelt werden.
Das Helium nimmt während des Durchströmens des Reaktors die Wärmeenergie des Kernspaltungsprozesses auf und wird durch Kühlgasgebläse in Heißgaskanälen zu den Wärmeaustauschern gepumpt. In diesen Dampferzeuger gibt das Helium die Wärmeenergie an den sekundären Wasserkreislauf ab. Hierbei sind der Primärkreislauf und der Sekundärkreislauf durch metallische Rohrwandungen voneinander getrennt, so dass keine Verbindung zwischen dem leicht radioaktiven Primärkreislauf und dem nicht radioaktiven Sekundärkreislauf besteht. Das so auf 250 °C abgekühlte Helium wird daraufhin oberhalb der Dampferzeuger von den Kühlgasgebläsen angesaugt und erneut dem Reaktorkern zugeführt.
Der in den Dampferzeugern von dem Helium erwärmte Dampf im Sekundärkreislauf strömt durch die Frischdampfleitungen zum Hochdruckteil der Dampfturbine, wird anschließend in den Dampferzeugern erneut erhitzt, durchströmt dann den Mittel- und Niederdruckteil der Dampfturbine und wird im Kondensator durch den eigentlichen Kühlkreislauf (Tertiärkreislauf) abgekühlt und als Kondensat, also Wasser, niedergeschlagen. Dieses Kondensat wird daraufhin von den Hauptkühlmittelpumpen (Wasserpumpen) durch die Vorwärmer zum Entgaser mit Speisewasserbehälter gefördert und wieder den Dampferzeugern zugeführt.
Die Wärmeabfuhr aus dem Kondensator des Sekundärkreislaufes und damit die Kühlung des Kreislaufes erfolgt durch den Tertiärkreislauf. Dieser hat wie der Sekundärkreislauf zum Primärkreislauf keinen direkten Kontakt zum Sekundärkreislauf. Die Kühlwasserpumpen fördern das Kühlwasser zum Trockenkühlturm, wo es in geschlossenen Kühlelementen durch die vorbeistreichende Luft abgekühlt wird. Das so abgekühlte Wasser strömt danach zurück zum Oberfächenkondensator.
[Bearbeiten] Bau und Betrieb
Das Kernkraftwerk THTR-300 wurde von der HKG Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH Hamm-Schmehausen von 1970 bis 1983 aufgrund immer strengerer neuer Auflagen und Genehmigungsverfahren erst spät fertiggestellt. Mit dem Bau der schlüsselfertigen Anlage wurde am 29. Oktober 1971 ein Konsortium aus den Firmen BBC, Krupp Reaktorbau GmbH und Nukem beauftragt[1].
Eingeweiht wurde er vom damaligen Bundesforschungsminister Heinz Riesenhuber und am 13. September 1983 zum ersten Mal mit einer sich selbst erhaltenden Kettenreaktion in Betrieb genommen. Erst am 9. April 1985 aber wurde die Teilgenehmigung der atomrechtlichen Genehmigungsbehörde erteilt. Am 16. November 1985 wurde der erste Strom ins Netz eingespeist.
Der THTR-300 war als kommerzielles Kernkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie ausgelegt und vergleichbar mit dem Reaktor im Kernkraftwerk Fort St. Vrain (kein Kugelhaufenreaktor, sondern ein so genannter Block-Type-HTR) in den USA. Er hatte einen heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor mit Kugelhaufenkern aus ca. 670.000 rund sechs Zentimeter großen Kugelbrennelementen aus Uran-235 und Thorium-232 mit Kernwandungen aus Graphit.
Er wurde von dem bauausführenden Unternehmenskonsortium, bestehend aus den Firmen Brown, Boveri & Cie. (BBC), deren Tochter Hochtemperatur Reaktorbau GmbH (HRB) und der Nukem GmbH als ein integrierter heliumdichter Druckbehälter aus Spannbeton ausgeführt und konnte einem Innendruck von etwa 40 bar standhalten. Die thermische Leistung des Reaktors betrug 750 Megawatt und wurde dazu benutzt, über eine Dampfturbinenanlage eine elektrische Leistung von 308 Megawatt zu produzieren. Die Abwärme aus dem Kraftwerksprozess wurde über einen Trockenkühlturm an die Umwelt abgeführt.
[Bearbeiten] Probleme und Stilllegung
Der THTR-300 galt aufgrund des Funktionsprinzips, bei dem keine Kernschmelze auftreten kann, als wesentlich sicherer als andere Reaktortypen. Doch es gab technische Probleme, z. B. war der Kugelbruch aufgrund der von oben in den Kugelhaufen eingeführten Absorberstäbe wesentlich höher als vorausberechnet und die Herstellung sowie Wiederaufbereitung der Thorium-Kugelbrennelemente war nicht garantiert. (Daher werden die geplanten zukünftigen Hochtemperaturreaktoren in Südafrika ohne Wiederaufarbeitung geplant. Dieser Nachteil soll durch einen wesentlichen höheren Abbrand, d. h. eine bessere Ausnutzung des vorhandenen Kernbrennstoffs im Vergleich zu den üblichen Abbränden in wassermoderierten Reaktoren, kompensiert werden.)
Neben den genannten Problemen führten ein Störfall mit Austritt von Radioaktivität am 4. Mai 1986[2] sowie sicherheitsrelevante und wirtschaftliche Überlegungen dazu, dass am 1. September 1989 die Stilllegung des THTR-300 beschlossen wurde. Am 10. September 1991 wurde der 180 Meter hohe Trockenkühlturm, der damals höchste Kühlturm der Welt, gesprengt und vom 22. Oktober 1993 bis April 1995 wurden die Brennelemente in Castor-Behältern in das Transportbehälterlager Ahaus transportiert. Überlegungen, den Kühlturm als technisches Denkmal zu erhalten, scheiterten aus Kostengründen.
Der Reaktor selbst wurde bis 1997 in den so genannten „sicheren Einschluss“ überführt und verursacht weiter Kosten in Höhe von 6,5 Mio € jährlich. Er enthält noch ca. 390 Tonnen radioaktive Anlagenbauteile. Frühestens 2027, nach Unterschreiten der relevanten Grenzwerte, kann er endgültig abgerissen werden.
Von 1985 bis 1989 verzeichnete der THTR-300 nur 16.410 Betriebsstunden mit einer abgegebenen elektrischen Energie von 2.891.000 MWh, dies entspricht einer Volllastbetriebsdauer von 423 Tagen (16.410 Stunden = 393,84 Tage).
Bereits 1982 plante eine Firmengruppe aus Brown, Boveri & Cie. und Hochtemperatur Reaktorbau GmbH (HRB) mit dem HTR-500 einen Nachfolger des THTR-300 mit einer thermischen Leistung von 1.250 Megawatt und einer elektrischen Leistung von 500 Megawatt.
In unmittelbarer Nachbarschaft des THTR-300 liegt das Kraftwerk Westfalen. Neben dem THTR-300 sollte das Kernkraftwerk Hamm gebaut werden. Der Plan wurde jedoch verworfen.
[Bearbeiten] Trockenkühlturm
Der THTR-300 war mit dem damals größten Trockenkühlturm der Welt ausgerüstet. Am 10. September 1991 wurde der Kühlturm gesprengt.
| Technische Daten[3] | |
|---|---|
|
|
Trockenkühlturm |
|
|
141 m |
|
|
147 m |
|
|
19 m |
|
|
181 m |
|
|
7 m |
|
|
31.720 m³/Stunde |
|
|
38,4 °C |
|
|
26,5 °C |
[Bearbeiten] Daten des Reaktorblocks
| Reaktorblock[4] | Reaktortyp | Netto- leistung |
Brutto- leistung |
Baubeginn | Netzsyn- chronisation |
Kommer- zieller Betrieb |
Abschal- tung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| THTR-300 | Thorium-Hochtemperaturreaktor | 296 MW | 308 MW | 01.05.1971 | 16.11.1985 | 01.06.1987 | 20.04.1988 |
| Technische Daten[5][6] | THTR-300 |
|---|---|
|
|
759,5 MW |
|
|
307,5 MW |
|
|
40,49 % |
|
|
6 MW/m3 |
|
|
6 m / 5,6 m |
|
|
U235 |
|
|
25,5 m |
|
|
24,8 m |
|
|
344 kg |
|
|
Th-232 |
|
|
6400 kg |
|
|
5,4 % |
|
|
B4C |
|
|
He |
|
|
250 °C |
|
|
750 °C |
|
|
39,2 bar (3,92 MPa) |
|
|
H2O |
|
|
180 °C |
|
|
530 °C |
|
|
177,5 bar (17,75 MPa) |
[Bearbeiten] Einzelnachweise
- ↑ Broschüre 300-MW-Kernkraftwerk mit Thorium-Hochtemperatur-Reaktor (THTR-300) der HKG in Hamm-Uentrop des Konsortiums BBC/HRB/Nukem
- ↑ Der Spiegel, 24/1986 vom 09.06.1986, Seite 28
- ↑ Die Technik des THTR 300 in Zahlen, Herausgeber: Hochtemperatur-Kernkraftwerk GmbH, Hamm, 1989
- ↑ Power Reactor Information System der IAEO: „Germany, Federal Republic of: Nuclear Power Reactors“ (englisch)
- ↑ Martin Volkmer: Kernenergie Basiswissen. Informationskreis KernEnergie, Berlin Juni 2007, ISBN 3-926956-44-5. Seite 49
- ↑ Broschüre Hochtemperaturreaktoren BBC/HRB Druckschrift Nr. D HRB 1033 87 D, Seite 6
[Bearbeiten] Siehe auch
- Liste der Kernreaktoren in Deutschland
- Liste der Störfälle in deutschen kerntechnischen Anlagen
- Liste der Kernkraftwerke
[Bearbeiten] Weblinks
- http://www.thtr.de/index.htm
- Verbaut, verschweißt, vergessen. 1,5 Kilo Atomschrott unter fünf Metern Beton: Der 1989 abgeschaltete Thorium-Hochtemperaturreaktor in Hamm-Uentrop ist sein eigenes Zwischenlager Artikel in: die tageszeitung, 1. Februar 2005
- Eintrag über Kühlturm des Kernkraftwerks Schmehausen bei Structurae
- http://www.thtr-a.de/ - Sichtweise der THTR-Gegner
- http://www.buerger-fuer-technik.de/body_technik_der_hochtemperaturreak.html - Referat des THTR-Konstrukteurs Dr. Urban Cleve
Biblis | Brokdorf | Brunsbüttel | Emsland | Grafenrheinfeld | Greifswald | Grohnde | Großwelzheim | Gundremmingen | Isar | Jülich | Kahl | KNK Karlsruhe | Krümmel | Lingen | Mülheim-Kärlich | MZFR Karlsruhe | Neckarwestheim | Niederaichbach | Obrigheim | Philippsburg | Rheinsberg | Stade | THTR-300 | Unterweser | Würgassen
