Ein RBMK (, transkribiert Reaktor Bolschoi Moschtschnosti Kanalny, zu Deutsch etwa Hochleistungs-Reaktor mit Kanälen) ist ein graphitmoderierter wassergekühlter Siedewasser-Druckröhrenreaktor sowjetischer Bauart.
Der Reaktortyp wurde durch die Katastrophe von Tschernobyl, die sich mit einem Reaktor des Typs RBMK-1000 ereignete, weltweit bekannt. Insgesamt sollten 26 dieser Reaktoren gebaut werden, von denen neun aber nicht fertiggestellt wurden. Von den 17 in Betrieb genommenen RBMK-Reaktoren sind 7 noch in Betrieb (Stand: Mai 2026). Nach dem Unfall von Tschernobyl wurden Verbesserungen der Sicherheit vorgenommen. Der letzte RBMK soll 2034 stillgelegt werden.http://www.atominfo.ru/, A.Slobodcikov (russisch)
Geschichte Der Reaktortyp RBMK wurde Mitte der 1960er Jahre in der Sowjetunion unter Federführung des Akademiemitgliedes Nikolai Antonowitsch Dolleschal entwickelt.Medwedew, Grigori: Verbrannte Seelen – Die Katastrophe von Tschernobyl. Hanser Verlag, 1991, ISBN 3-446-16116-3 Die Entwicklung fand am Kurtschatow-Institut statt. Dabei konnte man auf Erfahrungen mit den ersten sowjetischen Kernkraftwerken Obninsk und Belojarsk zurückgreifen. Ziel war es, in relativ kurzer Zeit und ohne größere Investitionen in die Entwicklung neuer Technologien eine größere Anzahl von Leistungsreaktoren zu errichten. Der erste RBMK-Reaktor war Block 1 des Kernkraftwerks Leningrad, der 1973 in Betrieb ging.
Die größten Reaktoren dieses Typs, die RBMK-1500, stehen im mittlerweile stillgelegten litauischen Kernkraftwerk Ignalina nahe Visaginas. Die zwei Blöcke, die 1984 und 1987 in den kommerziellen Betrieb gingen, waren die größten jemals in der Sowjetunion gebauten Reaktoren. Was die elektrische Leistung betrifft, wurde der RBMK-1500 erst 2018 vom EPR übertroffen, der in der Volksrepublik China in Betrieb ging. Hinsichtlich der thermischen Leistung bleibt der RBMK-1500 Rekordhalter.
Aufbau mini|hochkant=1.8|Vereinfachte Schnittdarstellung des RBMK
Beim RBMK handelt es sich um einen graphitmoderierten Siedewasser-Druckröhrenreaktor. Anstelle eines Reaktordruckbehälters enthält er zahlreiche Druckröhren mit einem Durchmesser von 8 cm, in denen sich die Brennelemente befinden. Die Kettenreaktion im Reaktor wird durch Steuerstäbe kontrolliert.Tschernobyl – Zehn Jahre danach. Der Unfall und die Sicherheit der RBMK-Anlagen, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit, Köln, Februar 1996, (GRS; Bd. 121), ISBN 3-923875-74-6, Seite 36 Die durch die Kernspaltung entstehende Wärme wird durch Wasser und dessen Verdampfung aufgenommen. Der so entstandene Sattdampf wird durch Dampfabscheider geleitet, um noch flüssiges Wasser in den Reaktor zurückzuführen, und dann in Dampfturbinen genutzt, die Generatoren antreiben und so elektrischen Strom bereitstellen.
Damit die Wärmeübertragung innerhalb des Reaktors zwischen den Graphitblöcken verbessert wird, zirkuliert ein Gasgemisch aus Helium und Stickstoff in den Spalten zwischen den Graphitblöcken. Die Steuerstäbe enthalten Borcarbid (B4C) und können teils von oben, teils von unten in den Reaktorkern eingefahren werden. Zur Leistungsregelung im Betrieb werden die von oben eintauchenden Steuerstäbe genutzt; die von unten einfahrbaren Stäbe dienen zur Einstellung einer gleichmäßigen Leistungsverteilung im Reaktorkern. Die Steuerstäbe werden im Normalfall über Neutronendetektoren des automatischen Steuersystems im Reaktorkern gesteuert. Der Reaktor hat zwei getrennte Kühlsysteme mit jeweils vier Pumpen, welche jeweils eine Hälfte des Reaktorkerns kühlen. Im Normalbetrieb sind drei Pumpen in Betrieb, während eine weitere Pumpe betriebsbereit als Reserve dient. Falls es zu einer Überhitzung des Kernes kommt oder die Stromversorgung unterbrochen ist, wird ein Kern-Notkühlsystem automatisch gestartet.
Brennelemente mini|hochkant=0.75|RBMK BE-Bauteil: 1 – Abstandshalter; 2 – Zirkalloy-Hülle; 3 – Brennstofftablette
Der Brennstoff des RBMK bestand anfänglich aus auf 2 % 235U angereichertem Uran. Nach Tschernobyl wurde 2,4 % angereichertes Uran verwendet, später 2,6 % und 2,8 %, da höhere Anreicherungsgrade den Reaktorbetrieb stabiler machen. Seit 1996 wird den Brennstäben der Absorber Erbium(III)-oxid zugesetzt. Zuerst 0,41 %, dann 2001 0,6 %.Cernikov O.G. Einführung eines neuen Brennstofftyps mit ausbrennenden Erbiumabsorbern in den Reaktoren RBMK-100 der Leningrader Kernkraftwerkes, 2001, Schriften des Leningrader Kernkraftwerkes. Seit 2010 werden in der Mitte der Brennstäbe 0,8 % und oben sowie unten in den Brennstäben 0,4 % Erbium integriert. Das senkt den Dampfblasenkoeffizienten praktisch auf Null, was sicherheitstechnisch als bedeutender Fortschritt angesehen wird, denn dann ändern Dampfblasen im Kühlmittel die Reaktivität und damit die Wärmeleistung des Kernreaktors nicht.Fedosov A.M. Begründung der Nutzung von Uran-Erbium Brennstoff für RBMK-Reaktoren und Begleitung dessen Einführung Habilitation, 2008, Kurtschatow-Institut MoskauPatent RU 2372676C1, Petrow I.V. u. a. Erbiumanteil in den Brennstäben von RBMK-1000-Reaktoren in der Mitte 0,6–0,8 % und im unteren und oberen Teil 0,2–0,4 %, 2008 Der Brennstoff liegt in Form von kleinen Brennstofftabletten aus gesintertem Urandioxid mit einem axial-mittigen Loch vor. Sie sind in Stäben aus Zirkalloy von 13,6 mm Durchmesser und 3,65 m Länge untergebracht. Ein Brennelement besteht aus zwei Bauteilen mit je 18 Stäben, die zylindrisch angeordnet sind. Jeweils zwei der BE-Bauteile befinden sich übereinander in der über sieben Meter langen Druckröhre. Ausgetauscht werden können sie bei laufendem Reaktorbetrieb, da jede einzelne Druckröhre durch Ventile vom Wasserkreislauf getrennt werden kann. Ein Brennelement enthält 114,7 kg Uran; der gesamte Reaktor beinhaltet bis zu 192 Tonnen, wenn alle Kanäle besetzt sind.
Steuerstäbe RBMK-Steuerstäbe haben unterhalb des Absorbermaterials einen Verdrängungskörper aus Graphit, auch als „Graphitspitze“ bekannt. Dieses Detail dient zur Verringerung der Xenonvergiftung. Das (unerwünscht) Neutronen absorbierende Xenon-135 entsteht unvermeidlich im Reaktorbetrieb durch radioaktiven Zerfall von Spaltprodukten, wird aber bei konstanter Reaktorleistung wieder durch Neutroneneinfang abgebaut. Das Gleichgewicht von Entstehung und Abbau wird gestört, wenn die Steuerstäbe teilweise eingefahren werden und die Leistung später wieder erhöht werden soll. Der Neutronenfluss und damit der Abbau des Xenon-135 sind dann aufgrund der gedrosselten Leistung verringert, aber Xenon-135 entsteht zunächst noch unverändert, so dass seine Konzentration vorübergehend ansteigt. Das Graphitbauteil an den Steuerstäben bewirkt nun, dass beim Herausziehen im Bereich des Graphitbauteils weniger Wasser im Kanal ist. Das Graphit absorbiert Neutronen viel schwächer als Wasser. Der Graphitkörper hebt dadurch lokal den Neutronenfluss an, so dass das Xe-135 schneller abgebaut wird und sich nicht unerwünscht anreichert.
mini|hochkant=1|Kanal-Schema eines RBMK-Reaktorkerns (Anzahl in Klammern): Neutronendetektor (12) Manueller Steuerstab (167) Kurzer Steuerstab, von unten wirkend (32) Automatischer Steuerstab (12) Brennelement (1661) Die Nummern auf den Steuerstäben geben die Einfahrtiefe in cm im Moment der Tschernobyl-Explosion an.
Das Leit- und Schutzsystem eines RBMK der zweiten Generation kann 211 Steuerstäbe kontrollieren. Sie sind in ausgewählte Kanäle eingelassen, die an einen speziellen Kühlkreislauf angeschlossen sind. Sie werden in vier Klassen gegliedert: manuelle Steuerstäbe zur Steuerung des radialen Neutronenflusses kurze Steuerstäbe zur Steuerung des axialen Neutronenflusses, die von unten eingefahren werden automatische Steuerstäbe, die von der Leittechnik geregelt werden Notfall-Steuerstäbe. Die Steuerstäbe bestehen aus Borcarbid-Elementen von je 967,5 mm Länge. Die kurzen Steuerstäbe bestehen aus dreien solcher Elemente, insgesamt haben sie eine Länge von 3,05 m. Die anderen Stabtypen bestehen aus fünf Elementen und sind 5,12 m lang. Bis auf die Automatik-Steuerstäbe sind alle Steuerstäbe mit den oben beschriebenen Graphit-Verdrängungskörpern ausgestattet.
Reaktorschutzsysteme Auf der Internetseite des Kernkraftwerks Leningrad (Leningrad Nuclear Power Plant, LNPP) werden mehrere automatische Sicherheitssysteme für die dortigen RBMK-Reaktoren aufgezählt. Die Beschreibung ist allerdings allgemein gehalten und enthält keine Angaben über die Art der verwendeten Messeinrichtungen, Redundanz und Möglichkeiten oder Bedarf an menschlichem Eingreifen.
Containment Ein Containment, also eine druckdichte Sicherheitshülle um den Reaktor und radioaktive Nebenaggregate, haben RBMK-Reaktoren nicht. Das Confinement von Leichtwasserreaktoren ist lediglich ein Schutzsystem, das radioaktive Materialien, wie austretendes Kühlwasser, im Falle einer gebrochenen Rohrleitung, davon abhalten soll, aus einer gesicherten Zone zu entweichen. Alle RBMK ab der zweiten Generation wurden nach der Tschernobylkatastrophe mit einem teilweisen Confinement nachgerüstet.LNPP – Confinement (englisch)
Zum Strahlenschutz umgeben den Reaktor dicke Stahlbetonwände zur Abschirmung und mehrere Hohlräume, die als Confinement vorgesehen sind. Der Stahlbehälter, in dem sich der Reaktorkern befindet, ist oben durch einen Stahldeckel abgedeckt (Upper Biological Shield (UBS) oder Schema E) und wiegt verschiedenen Quellen nach zwischen 500 und 1.000 Tonnen. Dieser Deckel besteht aus zwei Stahlplatten, die mit einer Beton-Serpentinit Mischung aufgefüllt sind. Daraus ergibt sich ein Gewicht um die 2.000 Tonnen. Der Stahldeckel ist von Kanälen und Röhren durchzogen, die das erhitzte Wasser zu den Dampfabscheidern führen und die einen Austausch der Kernbrennstäbe erlauben. Die Dampfabscheider haben jeweils eine eigene Strahlenabschirmung. (PDF).
Technische Daten Technische Daten RBMK-1000 (englisch) (englisch). (englisch). (englisch). RBMK-1500 (englisch; PDF; 382 kB). RBMKP-2400I. S. Zheludev, L.V. Konstantinov: Nuclear power in the USSR. In: IAEA Bulletin. Band 22, Nr. 2, Wien 1980. S. 34–45, iaea.org (PDF; 372 kB).Thermische Leistung 3200 MWth 4800 MWth 6500 MWthElektrische Leistung 1000 MW 1500 MW 2400 MWKühlmitteldruck 6,9 bis 6,2 MPa 7,5 bis 7,0 MPa –Kühlmitteldurchsatz 37.440 t/h – 39.300 t/hKühlmitteltemperatur 284 °C 277 bis 290 °C –Dampfproduktionskapazität 5.600 t/h – 8.580 t/hBrennstoff-Anreicherung 2,0 % bis 2,4 % 2,0 % 1,8 % bis 2,3 %Anzahl der Brennelemente 1.550 bis 1.580 – –Anzahl Druckröhren 1661 bis 1693 1661 1920 (960 zum Dampfüberhitzen)Anzahl der Steuerstäbe 191 bis 211 235 –Höhe des Reaktors 7 Meter 7 Meter 7 MeterGröße der Grundfläche des Reaktors Durchmesser 11,8 Meter Durchmesser 11,8 Meter 7,5 × 27 Meter
Vor- und Nachteile
Die RBMK-Linie weist im Vergleich zu anderen Reaktortypen einige Besonderheiten auf.
Vorteile Die Anlagen können in Modulbauweise errichtet werden. Es gibt keine großen Schmiedestücke wie einen Druckbehälter. Dies macht den Bau weniger abhängig von lokalen Gegebenheiten und der vorhandenen Infrastruktur. Indem man der Konstruktion weitere kompatible Elemente hinzufügt, besteht die Möglichkeit, die Gesamtleistung zu erhöhen bis hin zu Reaktorleistungen, die (bei RBMK-1500 und 2400) höher sind als bei westlichen Kernreaktoren.Kernenergie Basiswissen (Broschüre über Kernenergie) Graphit als Moderator erlaubt es, Spaltstoffe zu verwenden, die man in leichtwassermoderierten Reaktoren nicht einsetzen kann. Der Wechsel von Brennelementen ist während des Betriebes möglich, der Reaktor muss dazu nicht abgeschaltet werden.INSP – The RBMK (englisch) Eine jährliche längere Betriebspause zum Umbeladen des Reaktorkerns kann dadurch entfallen. Der Reaktor muss auch nicht mit einem Brennstoffvorrat für z. B. ein ganzes Betriebsjahr beladen werden; dies ist ein Sicherheitsvorteil. Der laufende Brennelementwechsel ermöglicht die Gewinnung von Waffenplutonium mit niedrigem 240Pu-Gehalt.