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Notkühlung und Nachkühlung

Systeme zur Not- und Nachkühlung erfüllen sowohl betriebliche als auch sicherheitstechnische Aufgaben. Zum einen übernehmen sie die langfristige Kühlung des Reaktorkerns  nach dessen planmäßiger Abschaltung, zum anderen stellen sie bei einem Störfall die Notkühlung des Reaktorkerns sicher. Teilweise werden sie auch zur Kühlung des Brennelementlagerbeckens  eingesetzt. Die Not- und Nachkühlysteme sind direkt an den Reaktorkühlkreislauf angeschlossen, der im Leistungsbetrieb die Wärme, die im Reaktorkern entsteht, abführt.

Im normalen Leistungsbetrieb wird die durch den Reaktorkühlkreislauf aufgenommene Wärme in Dampf umgewandelt, der die Turbine zur Stromerzeugung antreibt und sich dabei wieder abkühlt.  Im Not- und Nachkühlbetrieb steht die Turbine i. d. R. nicht zur Verfügung, so dass die durch die Not- und Nachkühlsysteme aufgenommene Wärme über spezielle  Wärmetauscher  in diesen Systemen nach außen abgegeben wird. Dabei wird sie zunächst an einen geschlossenen Zwischenkühlkreislauf übertragen, der wiederum durch ein z. B. mit Flusswasser betriebenes sogenanntes Nebenkühlwassersystem gekühlt wird. Der Zwischenkühlkreislauf dient als Barriere  zwischen dem Hauptkühlmittel des Reaktorkühlkreislaufes und dem Nebenkühlwasser, um bei einer Leckage im Reaktorkühlkreislauf ein mögliches Übertreten von radioaktiven Stoffen in das Nebenkühlwasser und damit in die Umwelt zu verhindern.

Bei Leckstörfällen mit Kühlmittelverlust sinkt als direkte Folge des Lecks der Druck im Reaktorkühlkreislauf, was u. a. genutzt wird, um das Auftreten eines Lecks festzustellen. Als Reaktion auf diese Art Störfall wird automatisch der Reaktor abgeschaltet. Der Prozess der kontrollierten Kernspaltung erlischt damit, es wird aber weiterhin die Nachzerfallswärme im Reaktorkern freigesetzt. Den Not- und Nachkühlsystemen kommen damit zwei sicherheitstechnische Funktionen zu: das Nachfüllen des über das Leck ausströmenden Reaktorkühlwassers sowie die Sicherstellung der langfristigen Nachwärmeabfuhr.
Die konkrete Umsetzung dieser allgemeinen Systemfunktionen ist dabei je nach Anlagentyp unterschiedlich. Bei Druckwasserreaktoren erfolgt z.B. die Einspeisung bei kleineren oder mittleren Leckagen mit relativ langsamem Druckabbau zunächst mit Hochdruck-Sicherheitseinspeisepumpen, die aus sogenannten Flutbehältern Kühlwasser in den Reaktorkühlkreislauf fördern. Ist der Druck weit genug gesunken, übernehmen automatisch Niederdruckeinspeisesysteme die Funktion der Einspeisung. Insbesondere bei großen Leckagen wird zudem zwischen der Einspeisung durch das Hochdruck- und der des Niederdruckeinspeisesystems weiteres Notkühlwasser aus zusätzlichen Behältern bereitgestellt, um die Gesamtleistung des Einspeisesystems zu erhöhen.  

Bei einem Leck sammelt sich das eingespeiste Wasser im tiefsten Teil des Sicherheitsbehälters, dem sogenannten Gebäudesumpf. Nach abgeschlossener Einspeisung aus den Flutbehältern und Druckspeichervorräten wird das Wasser mit speziellen Pumpen aus dem Gebäudesumpf über die Nachwärmekühler in den Reaktorkühlkreislauf zurückgefördert. Es entsteht somit in diesem Fall über die Kette Reaktorkühlkreislauf – Leck – Gebäudesumpf – Reaktorkühlkreislauf ein geschlossener Kreislauf, der die Wärme aus dem Reaktorkern abführt. Der Normalbetrieb der Anlage kann wieder hergestellt werden, wenn das Leck behoben ist.