Auch wenn ein Kraftwerk so geplant und gewartet wird, dass es eigentlich über Jahrzehnte hinweg reibungslos funktionieren sollte – zu 100 Prozent lassen sich Störungen nicht ausschließen.

Daher ist das Kernkraftwerk wie eine russische Matroschka aufgebaut: Zwischen den einzelnen Hüllen befinden sich Unterdruckzonen und Druckschleusen. Die Wärme wird im Notfall vom Notkühlsystem abgeführt und die ionisierende Strahlung ist sicher eingeschlossen.

Wie in einer Matroschka ist der Kernbrennstoff im Kernkraftwerk in mehrere Hüllen eingepackt. Die Innerste sieht man nicht auf den ersten Blick: Das Kristallgitter des Brennstoffs in den Brennstäben hält die radioaktiven Elemente zusammen. Die Brennstäbe drumherum sind gasdicht, so dass radioaktive Gase, die direkt bei der Spaltung entstehen, weitgehend eingeschlossen bleiben.

Die Brennelemente stehen in Wasser, das Alpha- und Betastrahlung praktisch vollständig abschirmt. Das alles wird vom Reaktordruckgefäß umgeben – einem Koloss aus einigen hundert Tonnen Stahl, der die Gammastrahlung auf ein Hunderttausendstel abschirmt. Beim Druckwasserreaktor Neckar II hat dieser Behälter eine Wanddicke von 25 Zentimetern und ein Leergewicht von 520 Tonnen.

Um das Reaktordruckgefäß herum befindet sich eine Betonschicht, die der Sicherheitsbehälter umgibt – und darüber wölbt sich beim Druckwasserreaktor die typische meterdicke Betonkuppel (beim Siedewasserreaktor ist das Gebäude eckig gebaut) zum Schutz gegen äußere Einwirkungen.

Man kennt das vielleicht aus Science-Fiction-Filmen: In der Außenhaut des Raumschiffs öffnet sich eine Tür, der Astronaut schwebt in eine kleine Kammer, die Tür geht zu und es zischt. Nach einer Weile öffnet sich in der Kammer eine andere Tür und der Astronaut betritt das eigentliche Raumschiff. Das ist das Prinzip einer Druckschleuse: Der Luftdruck im Inneren des Raumschiffs bleibt erhalten und die Luft kann nicht entweichen, wenn ein Astronaut das Raumschiff betritt.

Ähnliches gibt es auch im Kernkraftwerk, zum Beispiel am Übergang in den Sicherheitsbehälter (allerdings mit umgekehrten Druckverhältnissen; hier ist der Innendruck kleiner als der Außendruck) – denn die Gase aus dem Inneren des Sicherheitsbehälters sollen auch beim Betreten nicht unkontrolliert nach außen dringen. Gase, die im Kernkraftwerk radioaktiv wurden, schickt man durch Kohlefilter, die sie so lange durchströmen, bis die radioaktiven Gas-Atome zum größten Teil zerfallen sind.

Die Druckschleuse stellt auch sicher, dass der Luftdruck-Unterschied zwischen Innen und Außen erhalten bleibt: Das Drucksicherungssystem...

Die Animation zeigt, wie das Schleusen funktioniert. Beim Klick auf den Button kann man beobachten, wie sich der Druck ändert: Hellblau steht für Innenluft, Dunkelblau für Außenluft.

Der Sicherheitsbehälter besteht eigentlich aus zwei Behältern,
mit einem kleinen Zwischenraum, in dem Luft bei 10 mbar geringerem
Luftdruck zirkuliert. Was würde passieren, wenn in der Außenhaut des
Sicherheitsbehälter ein kleines Loch wäre.
Die Luft beginnt...

a) ...in den Zwischenraum einzuströmen.

b) ...aus dem Zwischenraum auszuströmen.

Ein Bruch in einer der Hauptkühlmittelleitungen innerhalb des Sicherheitsbehälters ist bei einem Leichtwasserreaktor ein schwerer Störfall. Wasser und Dampf treten dann aus der Bruchstelle aus und sammeln sich im Sicherheitsbehälter. Sofort werden automatisch die Steuer- und Abschaltstäbe in den Reaktor geschoben, damit die Kettenreaktion gestoppt wird. Gleichzeitig werden die aus dem Sicherheitsbehälter herausführenden Dampfleitungen gesperrt.

Bei Druckwasserreaktoren wird ein Volldrucksicherheitsbehälter verwendet. Er hält dem Druck stand, der beim völligen Ausdampfen des Kühlmittels entstehen würde. Bei Siedewasserreaktoren dagegen verwendet man einen Sicherheitsbehälter mit Druckabbausystem, bei dem der Wasserdampf in speziellen Wasserbecken kondensiert und so der Druck reduziert wird.

Um die Nachzerfallswärme abzuführen, sieht das Reaktorsicherheitssystem mindestens vierfach vorhandene Notkühlsysteme vor. Sie bestehen im Prinzip aus drei Komponenten:

1. Es sind ausreichend Wasservorräte sowohl innerhalb als auch außerhalb des Sicherheitsbehälters vorhanden. Mit Hilfe von Rohrleitungen, Pumpen und Ventilen wird das Wasser in den Reaktordruckbehälter gepumpt.
2. Wasser, das aus der Bruchstelle austritt und in den sogenannten Sumpf des Sicherheitsbehälters gelangt, wird in das Reaktordruckgefäß oder eines der Wasserreservoirs zurückgepumpt. So entstehen Notkreisläufe.
3. Außerdem gibt es Wärmetauscher, die die sogenannte Nachzerfallswärme des abgeschalteten Reaktors an die Umgebung abgeben können. Diese Wärme macht anfangs rund 5 Prozent der Leistung eines Reaktors aus und sinkt dann auf 2 Prozent.