mini|Kernkraftwerk Leibstadt. Der Kernreaktor befindet sich unter der Kuppel links. Rechts befindet sich der Kühlturm. Ein Kernkraftwerk oder Atomkraftwerk ist ein Wärmekraftwerk, in dem mittels kontrollierter Kernspaltung Strom erzeugt wird. In Kernkraftwerken findet eine gesteuerte Kettenreaktion statt. Neutronen spalten einige Isotope der Elemente Uran oder Plutonium. Die Bindungsenergie pro Nukleon ist in den Spaltprodukten größer als vorher im spaltbaren Kern. Diese Energiedifferenz wird bei der Kernspaltung – hauptsächlich als Bewegungsenergie der Spaltprodukte – freigesetzt. Die Spaltprodukte werden von den Hüllen der Brennelemente und vom Wasser im Reaktorbecken abgebremst. Dabei entsteht Wärme, die Wasserdampf erzeugt.
Viele Kernkraftwerke haben mehrere Blöcke, die unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Jeder Block enthält einen Kernreaktor.
Im Jahr 2025 waren weltweit 413 Kernreaktoren am Netz. Der relative Anteil am weltweiten Strommix ist 2022 erstmals seit rund 40 Jahren unter zehn Prozent gesunken. Der Höchstwert lag bei 17,5 Prozent im Jahr 1996.
Geschichte Begriffsgeschichte mini|Kernkraftwerk Grafenrheinfeld. Der Kernreaktor befindet sich unter der Kuppel in der Mitte. Links und rechts stehen zwei Kühltürme.
Für die bei Kernreaktionen und radioaktiven Umwandlungen frei werdende Energie wurde 1899 der Begriff Atomenergie von Hans Geitel geprägt. Damals war der Aufbau der Atome noch unbekannt.
Die Verwendung der Begriffe „Kernkraftwerk“ und „Atomkraftwerk“ hat eine politisch-ideologisch motivierte Verschiebung erfahren. In der ersten Phase, die in Deutschland etwa bis Mitte der 1970er Jahre andauerte, wurde die Kernenergie als Inbegriff des Fortschritts gefeiert; man sprach allgemein von „Atomzeitalter“. Experten bevorzugten bereits in dieser Zeit den Begriff „Kernkraft“, da die relevanten Prozesse im Atomkern ablaufen, und nicht im gesamten Atom. Ab etwa 1975 begann die zweite Phase, in der öffentliche Diskussionen über die Gefahren von Kernkraftwerken und spektakuläre Widerstandsaktionen zunahmen. Während Befürworter der Nukleartechnik auf den Begriff „Kernkraftwerk“ bestanden, verwendeten ihre Gegner bewusst die Vorsilbe Atom- und konnten so an die Bürgerinitiativen gegen die Atombewaffnung der Bundeswehr in den 1950er-Jahren anknüpfen.
Die Bezeichnung „Kernkraftwerk“ wird durch die Norm DIN ISO 921/834 geregelt.IEV 393-18-44 (Source: ISO 921/834)
Technikgeschichte mini|KRB A Gundremmingen im August 1966, Blick vom Wettermast mini|Blick in die Blockwarte des ersten Atomkraftwerks der DDR bei Rheinsberg (1966)
Das erste zivile Kernkraftwerk der Erde wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen. Es hatte eine elektrische Leistung von 5 MW. 1955 wurde in Calder Hall (England) ein Kernkraftwerk errichtet, das 1956 mit einer Leistung von 55 MW ans Netz ging und als erstes kommerzielles Kernkraftwerk der Welt bezeichnet wird.
Transportable Kernreaktoren spielten im Bereich der nuklear angetriebenen Unterwasserschiffe mit der Nautilus ab 1954 und deren sowjetischem ersten Gegenstück, der K-3 Leninski Komsomol und 1960 mit dem ersten nuklear angetriebenen Flugzeugträger der Enterprise eine zentrale Rolle im Wettrüsten.
Erstes Kernkraftwerk in der Schweiz war 1969 das Kernkraftwerk Beznau. In Österreich wurde 1978 die Inbetriebnahme des ersten Kernkraftwerks Zwentendorf durch eine Volksabstimmung verhindert, weitere wurden nicht mehr gebaut.
In den meisten frühen Kernkraftwerken kamen Siedewasserreaktoren zum Einsatz, da diese einfacher zu bauen und zu regeln sind. Inzwischen sind dagegen Druckwasserreaktoren üblicher, die höhere Leistungsdichten haben und bei denen der Kontrollbereich kleiner ist.
Kernkraftwerke in Deutschland
Für die Markteinführung der Kernenergie im Bereich Forschung und Entwicklung wurden hohe staatliche Förderungen aufgewendet. In Westdeutschland beliefen sich diese zwischen 1956 und 1996 auf 25,9 Mrd. Deutsche Mark.
Im Juni 1961 speiste das Versuchsatomkraftwerk Kahl erstmals Strom in das westdeutsche Verbundnetz ein. Es folgten weitere Kernkraftwerke, darunter das erste wirtschaftlich genutzte der DDR, das Kernkraftwerk Rheinsberg. In den 1990er Jahren betrug der Anteil der Kernenergie am Strommix rund 30 Prozent. Ab 2011 sank die Stromproduktion, nachdem Deutschland den Atomausstieg beschlossen hatte.
In der DDR wurden Kernkraftwerke in Rheinsberg und Greifswald mit sowjetischen WWER-Reaktoren betrieben. Wegen Sicherheitsbedenken wurden beide Anlagen 1990 stillgelegt. Im April 2023 wurden die letzten Kernkraftwerke, Emsland, Isar 2 und Neckarwestheim 2, abgeschaltet.
Generationen von Kernkraftwerken Man kann Kernkraftwerke in verschiedene Generationen einteilen:
GenerationBeschreibungBeispiele IErste kommerzielle PrototypenShippingport 1957, DWR 60 MW (elektrisch)Dresden (Illinois) 1960, SWR 180 MW (elektrisch),Fermi 1 1963, Brutreaktor 61 MW (elektrisch) IIKommerzielle LeistungsreaktorenDie meisten Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren, CANDU, Konvoi, EdF-Kraftwerke (DWR) IIIFortschrittliche Reaktoren (evolutionäre Weiterentwicklungen aus Generation II)EPR, AP1000, ABWR, Hochtemperaturreaktor, Advanced CANDU Reactor, MKER, Russisches schwimmendes Kernkraftwerk IVZukünftige Reaktortypen (derzeitvom Generation IV International Forum vorangetrieben)Flüssigsalzreaktor, S-PRISM, Laufwellen-Reaktor, Brutreaktoren, Small Modular Reactor
Anzahl der Kernkraftwerke
mini|hochkant=1.4|Weltweite Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung mini|hochkant=1.4|Weltweite Inbetriebnahme und Stilllegung von Kernkraftwerken, in MW installierte Leistung gemessen, Länderspezifisch (Farben) Bis Ende der 1980er Jahre stieg die Zahl der Kernkraftwerke weltweit stetig an; im Jahr 1989 erreichte sie einen vorläufigen Höhepunkt mit 423 für die Stromproduktion genutzten Reaktoren. Nach Tschernobyl verlangsamte sich das Wachstum stark. Die Zahl der betriebenen Anlagen betrug im Jahr 2002 444, im Jahr 2009 436. Im Jahr 2008 wurde erstmals seit den 1960er Jahren weltweit kein neues Kernkraftwerk in Betrieb genommen. Im März 2011 kam es während der Nuklearkatastrophe von Fukushima zu drei Kernschmelzen; auch die übrigen drei Reaktoren an diesem Standort wurden aufgegeben.
Im April 2020 waren weltweit offiziell 442 Reaktorblöcke mit einer Gesamtleistung von 391 Gigawatt in Betrieb, allerdings waren 25 Kernreaktoren in Japan im Langzeitstillstand (siehe Nuklearkatastrophe von Fukushima); sie sollten nach und nach wieder in Betrieb gehen. Weitere 53 Reaktorblöcke mit einer Gesamtleistung von 56 Gigawatt befanden sich in Bau, der größte Teil davon in asiatischen Ländern. Ende 2024 waren 417 Kernreaktoren in Betrieb – 2003 waren es noch 443.Statistik „In Operation & Suspended Operation“ auf iaea.org, abgerufen am 16. März 2026
Die Gesamtleistung aller Kernkraftwerke stieg von 2014 (~ 354,56 GWe) bis 2019 (379,79 GWe) an. +Anzahl und Gesamtleistung der Kernkraftwerke weltweitInternational Atomic Energy Agency (IAEA): Nuclear Power Capacity TrendStatista: Number of operational nuclear reactors worldwide from 1954 to 2019JahrAnzahlVeränderungGesamtleistung in GigawattVeränderung19541 +10,005 +0,005196015 +140,8 +0,8197084 +6916 +151980245 +161135 +1191990416 +171325 +1902000435 +19350 +252010441 +6375 +252020442 +1391 +16
Funktionsweise und Aufbau mini|Schema eines Kraftwerks mit Druckwasserreaktor mini|Schema eines Kraftwerks mit Siedewasserreaktor
Die Umwandlung in elektrische Energie geschieht indirekt wie in herkömmlichen Wärmekraftwerken: Die Wärme, die bei der Kernspaltung im Kernreaktor entsteht (er entspricht dem Kessel in einem Kohlekraftwerk), wird auf einen Wärmeträger – meist Wasser (Standardtyp Leichtwasserreaktor) – übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Direkt im Reaktor oder indirekt in einem Dampferzeuger entsteht Wasserdampf. Der unter Druck stehende Wasserdampf wird einer meist mehrstufigen Dampfturbine zugeführt. Dampfturbinen in Kernkraftwerken gehören zu den größten Dampfturbinen überhaupt. Nachdem die Turbine den Dampf expandiert und teilweise kondensiert hat, wird der restliche Dampf in einem Kondensator niedergeschlagen. Der Kondensator entspricht dabei einem Wärmeaustauscher, welcher auf Sekundärseite etwa mit einem Fluss oder einem Kühlturm verbunden ist. Nach der Kondensation wird das nunmehr flüssige Wasser durch Pumpen auf den Dampfdruck im Kernreaktor oder Dampferzeuger gebracht und in mehreren Schritten nahezu auf Sättigungstemperatur regenerativ vorgewärmt. Das Wasser gelangt danach in den Kernreaktor und der Kreislauf beginnt erneut. Der Wasser-Dampfkreislauf entspricht dabei dem Clausius-Rankine-Kreisprozess.
Kernreaktor
Der Kernreaktor ist das Herz des Kraftwerks. In seinem zentralen Teil befindet sich der Reaktorkern, der aus Brennelementen besteht, in denen Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltung und radioaktiven Zerfall freigesetzt und in Wärme umgewandelt wird. Mit dieser Wärme wird ein Kühlmittel erhitzt, das durch den Reaktor gepumpt wird und dadurch die Energie aus dem Reaktor abtransportiert.
Da die Kernspaltung mit für Lebewesen gefährlicher Radioaktivität verbunden ist, ist der Reaktorkern von einem Schutzschild umgeben. Dieser sogenannte biologische Schild absorbiert die aus dem Reaktordruckbehälter austretende Strahlung. Die äußere Hülle um den Reaktor und die radioaktiven Nebenkreisläufe, zu denen auch das Brennelementlagerbecken gehört, bildet der Sicherheitsbehälter (Containment), der bei Störfällen verhindert, dass radioaktives Material in die Umwelt gelangt. Der Sicherheitsbehälter wird bei einem Bruch des Primärkreises automatisch hermetisch abgeschlossen (sog. Durchdringungsabschluss) und ist so ausgelegt, dass er dem dabei sich aufbauenden Druck standhält. Zusätzlich sind viele Reaktorgebäude mit einer Kuppel aus Beton ausgestattet, um den Reaktor vor Einwirkungen von außen zu schützen.
In Kernkraftwerken werden unterschiedliche Reaktortypen eingesetzt, die sich im Wesentlichen durch die verwendeten Kernbrennstoffe, Kühlkreisläufe und Moderatoren unterscheiden.
Dampfturbine mini|Niederdruck-Turbinenläufer aus dem Kernkraftwerk Unterweser Die Aufgabe der Dampfturbine ist es, die im Dampf enthaltene Wärme in Rotationsenergie umzuwandeln. An die Turbinenwelle ist die Welle des Generators gekuppelt. In Kernkraftwerken finden zumeist Sattdampfturbinen Anwendung. Die Turbine hat einen Hochdruckteil und – meist zwei oder drei – Niederdruckstufen. Aufgrund der hohen Dampffeuchte nach dem Hochdruckteil wird der Dampf vor Eintritt in den Niederdruckteil mittels Frischdampfüberhitzung und Hochgeschwindigkeitsabscheidung getrocknet. Am Ende der letzten Schaufelreihe des Niederdruckteils hat der Dampf etwa eine Feuchtigkeit von 15 %. Die Entspannung bis in das Nassdampfgebiet führt zu einer hohen Arbeitsausbeute, allerdings mit den Nachteilen, die mit feuchtem Wasserdampf verbunden sind.
Wenn der Generator durch eine Störung die erzeugte elektrische Energie nicht mehr abgeben kann, nimmt er entsprechend wenig mechanische Energie auf. Als Reaktion auf diesen Lastabfall würde sich die Drehzahl der Turbine bis über die zulässige Betriebsgrenze erhöhen, mit der Gefahr der Selbstzerstörung durch zu hohe Zentrifugalkräfte. Um diesen Ablauf zu vermeiden, sind kurz vor dem Turbineneintritt Ventile in der Frischdampfleitung montiert. Wenn diese Schnellschlussventile betätigt werden, leiten sie den Dampf unter Umgehung der Turbine direkt in den Kondensator. Parallel dazu wird der Reaktor heruntergefahren, da der Kondensator die volle Reaktorleistung nur begrenzte Zeit aufnehmen kann. Diese Turbinenschnellabschaltung (TUSA) ist, wie jeder unplanmäßige sicherheitsrelevante Vorfall in deutschen Kernkraftwerken, gemäß AtSMV meldepflichtig.