Druckwasserreaktoren (DWR) gehören wie die Siedewasserreaktoren zu den Leichtwasserreaktoren.

In Druckwasserreaktoren steht der Reaktordruckbehälter unter einem Druck von zirka 160 bar. Dieser hohe Druck verhindert das Sieden des Wassers im Hauptkühlmittelkreislauf (auch Primärkreislauf genannt) trotz der dort herrschenden Temperatur von etwa 320 Grad Celsius (°C).

Der für die Stromerzeugung benötigte Dampf wird über Dampferzeuger in einem weiteren Kreislauf - dem Sekundärkreislauf - produziert und dann auf die Dampfturbine weitergeleitet.

Primärkreislauf - Hauptkühlmittelkreislauf des DWR

Hauptkühlmittelpumpen pumpen das Wasser des Primärkreislaufes in den Reaktordruckbehälter, wo es von unten nach oben durch den Reaktorkern strömt. Das erwärmte Wasser verlässt den Reaktordruckbehälter und strömt in einem Kreislauf durch die Heizrohre der Dampferzeuger zurück zu den Hauptkühlmittelpumpen.

Sekundärkreislauf des DWR

Das Wasser im Sekundärkreislauf nimmt die Wärme des Primärkreislaufes über die Dampferzeuger auf und erwärmt sich dadurch auf etwa 280°C. Da im Sekundärkreislauf ein niedriger Druck herrscht (etwa 60 bar), siedet das Wasser. Der entstehende Dampf des Sekundärkreislaufes treibt die Dampfturbine an, die mit einem Generator verbunden ist.

Dritter Kreislauf des DWR

Der Wasserdampf des Sekundärkreislaufes gibt seine Energie an die Turbine ab und kondensiert in einem Kondensator wieder zu Wasser, das in die Dampferzeuger zurückgespeist wird. Die freigewordene Wärme im Kondensator wird über einen dritten Kreislauf, dem Hauptkühlwassersystem, an den Fluss oder den Kühlturm abgegeben.

Radioaktive Stoffe nur im Primärkreislauf

Der Reaktordruckbehälter und alle anderen Bestandteile des Primärkreislaufs befinden sich im Reaktorsicherheitsbehälter (Containment). Die Trennung von Hauptkühlmittel- und Sekundärkreislauf im DWR mittels Dampferzeuger verhindert, dass radioaktive Stoffe den Primärkreislauf verlassen können.

Das Maschinenhaus mit dem Sekundärkreislauf, der Turbine und dem Generator enthält keine radioaktiven Stoffe. Bei einem Störfall greifen Sicherheitseinrichtungen, um einen sofortigen Gebäudeabschluss des Reaktorsicherheitsbehälters zu erreichen.

Steuerung der Kernspaltung im DWR

Die Anzahl der Kernspaltungen kann durch neutronenabsorbierendes Material begrenzt werden. Die Steuerstäbe des Reaktors, die neutronenabsorbierendes Material enthalten, werden elektromotorisch (Normalantrieb) von oben in den Reaktorkern eingefahren und regeln über die Eindringtiefe den Reaktor. Bei einer Schnellabschaltung fallen die Steuerstäbe durch die Schwerkraft in den Reaktorkern ein und beenden die Kettenreaktion.

Neben den Steuerstäben wird zur Regulierung der Reaktivität im Reaktorkern eines Druckwasserreaktors dem Primärkreislauf Borsäure zugesetzt. Bor absorbiert Neutronen, so dass sich durch Veränderung der Borsäurekonzentration der Reaktor regeln lässt.

Siedewasserreaktoren (SWR) gehören wie die Druckwasserreaktoren zur Baulinie der Leichtwasserreaktoren.

Im Siedewasserreaktor herrscht im Reaktordruckbehälter im Vergleich zum Druckwasserreaktor (DWR) ein relativ geringer Druck (etwa 70 bar, somit circa halb so hoch wie im DWR).

Das Kühlmittel Wasser strömt von unten nach oben durch den Reaktorkern und führt dabei die in den Brennstäben entwickelte Wärme ab. Es verdampft bei etwa 290°C zum Teil oberhalb des Reaktorkerns (Dampfdom). Der entstehende Dampf wird über Dampftrockner, welche die im Wasserdampf enthaltene Feuchte abscheiden, direkt auf die Turbine geleitet und treibt diese an.

Hauptkühlwassersystem

Der "verbrauchte" Dampf, der einen großen Teil seiner Energie an die Turbine übertragen hat, wird im Kondensator durch einen weiteren Kreislauf (Hauptkühlwassersystem) abgekühlt, wieder zu Wasser kondensiert und durch Pumpen in den Reaktorkern zurückgespeist.

Radioaktive Stoffe erreichen Turbine

Aus dem Sicherheitsbehälter führen die Rohrleitungen (Frischdampf- und Speisewasserleitungen) in das Maschinenhaus. Da der Wasserdampf radioaktive Stoffe enthalten kann, können die Firschdampfleitungen, die Turbine, der Kondensator und die Speisewasserleitungen radioaktive Ablagerungen enthalten. Daher gehört beim SWR auch das Maschinenhaus zum Kontrollbereich der Anlage mit entsprechenden Schutzeinrichtungen (zum Beispiel Abschirmung der Turbine).

Eine Reihe von Sicherheitseinrichtungen ist eingebaut, um bei einer Störung den Reaktor sofort vom Maschinenhaus zu trennen (sogenannter Durchdringungsabschluss).

Steuerung der Kernspaltung im SWR

Im Reaktordruckbehälter vermischen dort integrierte Umwälzpumpen das aus dem Kondensator zurückgepumpte Speisewasser mit dem im Reaktordruckbehälter nicht verdampften Wasser. Je nach Umwälzmenge des Kühlwassers verändert sich die Temperatur des Kühlmittels, das die Brennelemente durchströmt. Dadurch wird auch der Anteil an Dampf im Bereich des Reaktorkerns beeinflusst.

Dampf hat eine geringere Moderationswirkung als Wasser. Je mehr Dampf im Bereich des Reaktorkerns vorhanden ist, desto weniger Kernspaltungen laufen ab und somit sinkt die Reaktorleistung (negativer Dampfblasenkoeffizient). Durch Änderung der Drehzahl der Umwälzpumpen kann die Reaktorleistung somit über den Anteil der Dampfblasen im Kühlwasser beeinflusst werden. Ein geringerer Kühlmitteldurchsatz senkt die Reaktorleistung durch Erhöhung des Dampfblasenanteils und umgekehrt.

Die Steuerstäbe des Reaktors, die neutronenabsorbierendes Material (sogenanntes Neutronengift) enthalten, werden elektromotorisch (Normalantrieb) von unten in den Reaktorkern eingefahren und regeln den Reaktor. Bei einer Schnellabschaltung werden die Steuerstäbe pneumatisch in den Reaktorkern "eingeschossen" und beenden die Kettenreaktion.