Auch in Kernkraftwerken – ganz gleich, welchen Typs – finden wie in anderen Kraftwerken viele Energieumwandlungen hintereinander statt.

Im Kernkraftwerk wird atomare Bindungsenergie...

Den Anfang macht im Kernkraftwerk die Energie, die in der Bindung der Kernbausteine, zum Beispiel der Uran-235-Kerne steckt. Diese Energie wird in Bewegungsenergie verwandelt, indem man die Atome spaltet: Die Spaltprodukte der Uran-Kerne fliegen mit großer Geschwindigkeit auseinander. Dadurch versetzen sie die umgebenden Urandioxid-Kerne in heftige Schwingungen; die Kernbindungsenergie wurde also in thermische Energie umgewandelt. Infolgedessen steigt die Temperatur im Brennstab auf etwa 800 °C.

...zu elektrischer Energie

Diese thermische Energie macht weitere Verwandlungen durch: Das die heißen Brennstäbe umgebende Wasser erhitzt sich so sehr, dass es zum Beispiel im Reaktordruckgefäß eines Siedewasserreaktors verdampft. Der Dampf presst aufgrund seines hohen Drucks (Lageenergie) gegen das Schaufelrad der Turbine und treibt es an (Bewegungsenergie). Diese Bewegungsenergie wiederum wird zum Schluss im Generator in elektrische Energie umgewandelt.

In Deutschland sind neun Kernkraftwerke mit einer elektrischen Bruttoleistung von 12.696 MW in Betrieb. Im Jahr 2010 erzeugten 17 Kernkraftwerke 140,6 Mrd. kWh elektrischen Strom.

Das neueste Kernkraftwerk wurde 1989 in Betrieb genommen: Das Kernkraftwerk Neckarwestheim 2, ein Druckwasserreaktor.

Neben Kernreaktoren, die in Kraftwerken zur Erzeugung von Strom dienen, gibt es auch Forschungsreaktoren, deren Reaktoren vor allem Neutronen für Forschungszwecke verfügbar machen. Diese Reaktoren stehen in Berlin, in Geesthacht bei Hamburg, in Garching bei München und am Institut für Kernchemie der Uni Mainz.

Folgende Animation zeigt das Schema eines Siedewasserreaktors. Mit der Maus können die einzelnen Energieflüsse aktiviert werden. Neben diesen wichtigsten Energieumwandlungen finden aber im Kraftwerk noch zahlreiche weitere Umwandlungen statt.

Hier zeigen wir ein Schema des Inneren eines Brennstabs. Dort schwingen die Urandioxid-Moleküle durcheinander, beschleunigt durch den Zerfall der Uran-235-Atome. Durch Stoßprozesse wird diese thermische Energie durch die Atome in der Hülle des Brennstabs (er besteht aus einer speziellen Metalllegierung, dem „Zirkaloy”) in das umgebende Wasser geführt, in das die Brennstäbe eintauchen. Mit dem Wasser wird die Energie im Kraftwerk weiter transportiert.
 

Blick in den Tank des Forschungsreaktors TRIGA Mainz beim Pulsbetrieb mit der typischen Tscherenkow-Strahlung. Im Vordergrund sind Instrumentierungseinrichtungen zu sehen.

Neben den Energieumwandlungen von thermischer Energie bis zur elektrischen Energie passieren im Kernkraftwerk noch zahlreiche andere Energieumwandlungen, die nicht für die Stromgewinnung ausgenutzt werden: Zum Beispiel erhitzt sich das Turbinen-Kühlwasser und trägt so thermische Energie aus dem Kraftwerk heraus.

Im Reaktorbecken wird außerdem nicht nur Wärme frei, sondern auch Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung (Gammastrahlung bzw. Licht, die sogenannte Tscherenkow-Strahlung, die das Reaktorbecken blau leuchten lässt).