Die Magnox Reaktoren hatten Anfangs noch Behälter aus Stahl, was wegen des geringeren Drucks durchaus möglich war. Aber später nutzte man mit Stahl ausgekleidete Behälter aus Spannbeton, wie er etwa auch beim Bau von Staudämmen und Brücken üblich ist.
Anders als CO2, ist Wasser im Inneren eines Kernreaktors aber niemals nur ein Kühlmittel. Das CO2 hat trotz des Drucks von 7-27 bar (je nach Bauart) schon nur einen Bruchteil der Dichte als Wasser. Dazu kommen noch die viel kleineren Neutronenquerschnitte. Im Resultat ändert sich an den restlichen Eigenschaften des Reaktors praktisch nichts, wenn CO2 als Kühlmittel aus dem Reaktor entkommt.
Wasser ist dagegen ein sehr guter Moderator für Neutronen, absorbiert Neutronen aber gleichzeitig auch. Wenn das Wasser in den Druckröhren fehlt, dann gibt es innerhalb der Druckröhren mehr Neutronen die noch dazu schneller sind. Die schnellen Neutronen gehen aber nicht verloren, weil sie früher oder später in den Moderator geraten und abgebremst werden. Davor haben sie aber noch die Chance Atome zu spalten bevor sie abgebremst werden, wobei mehr Neutronen als sonst frei werden. Beides zusammen verändert die Reaktorphysik ganz erheblich, wenn das Wasser aus den Druckröhren verschwindet.
Wie genau das sich die Reaktorphysik verändert und unter welchen Umständen würde hier zu weit führen. Es kommt dann später in einen Artikel nur zu diesem Reaktortyp und den Unfall von Tschernobyl. Ich habe gerade versucht eine kurze Erklärung zu schreiben, aber die wäre entweder zu sehr verkürzt und vereinfacht (wie sonst überall), oder sie würde einfach nur verwirren. Also lasse ich das für’s erste.
Der Nachteil von CO2 als Kühlmittel
Das CO2 ist der große Vorteil und der große Nachteil der englischen Magnox Reaktoren. Es ist für einen Reaktor als Kühlmittel gut geeignet. Aber man kann nicht auf einen Jahrhunderte alten Erfahrungsschatz zurückgreifen wie beim Wasser. Wasser wurde in allen möglichen Dingen unter hohem Druck und hohen Temperaturen verwendet, vom Schnellkochtopf zur Heizung, von der Dampflokomotive bis zu den Turbinen mit denen die Reaktoren den Strom erzeugten. Fehlende Erfahrung im Umgang mit CO2 machte solche Reaktoren teuer und in einigen Bereichen fehleranfällig.
Anders als beim Wasser kannte man sich zum Beispiel noch nicht mit den Korrosionseigenschaften von heißem CO2 unter hohem Druck aus. Deswegen musste man nach einigen Jahren die Temperaturen im Reaktor senken, als sich zeigt, dass die Korrosion weiter fortgeschritten war, als man erwartet hat. Das senkte die Leistung. Aber es war natürlich nur möglich das zu tun, weil man vorsichtig war und die Reaktoren regelmäßig untersucht hat. (Man verweist ja sehr gern auf Fehler die von den Betreibern selbst gefunden wurden und behauptet, es wäre ein Beleg für Inkompetenz.) Solche Probleme sorgen für höheren Wartungsaufwand und können die Leistung oder Lebensdauer erheblich einschränken. Rein wirtschaftlich betrachtet ist das ein sehr großes Problem für ein Kraftwerk, dass über Jahrzehnte laufen muss, um sich zu rechnen. Aber die Probleme stellen sich langsam ein und sind deswegen kein akutes Sicherheitsproblem.
Die Vorteile von CO2 als Kühlmittel
Die Verwendung von Gas als Kühlmittel hat auch einige große Vorteile. Gas hat nicht nur wenig Einfluss auf die Kettenreaktion im Reaktor, es verändert auch nicht plötzlich seine Kühleigenschaften. Wenn flüssiges Wasser verdampft, verliert es fast die gesamte Kühlwirkung. Mit Gas kann das nicht passieren. Die Spielräume für die Temperatur, gerade im Notfall, werden dadurch viel größer.
Höhere Temperaturen führen zur Ausdehnung der Brennstäbe und besserer Absorbtion von Neutronen. Das verlangsamt die Kettenreaktion. Um so größer die Spielräume für die Temperaturen sind, um so besser für sie Sicherheit des Reaktors. Vor allem ist immer gewährleistet, dass ein heißerer Reaktor immer zu einer schlechteren Reaktivität führt. Es kann somit also nicht passieren, dass sich die Kettenreaktion in einem heißen Reaktor sich wegen der Hitze noch weiter verstärkt.
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