Wie ist der HZB-Forschungsreaktor aufgebaut?

Im Jahr 1958 wurde im Helmholtz-Zentrum Berlin der Forschungsreaktor BER I (Berliner-Experimentier-Reaktor I) in Betrieb genommen. Er war einer der ersten deutschen Reaktoren . Sein Betrieb wurde 1971 eingestellt, und die Nachfolge übernahm Ende 1973 der BER II mit einer Leistung von 5 Megawatt. Von 1985 bis 1989 erfolgte der Ausbau auf 10 Megawatt verbunden mit besseren Experimentiermöglichkeiten. Er ist, wie die meisten der Forschungsreaktoren, ein sogenannter »Schwimmbadreaktor«.

Konstruktion

Dieser Name erklärt sich durch seine Konstruktion: Der Kern des Reaktors (im wesentlichen die Brennelemente und die Steuerstäbe) hängt in einem offenen Wasserbecken. Das Wasser dient gleichermaßen als Moderator, als Kühlmittel und als Strahlenabschirmung. Die Wasserschicht über dem Reaktorkern hält die Strahlung so vollständig zurück, daß keine Zeit- und Aufenthaltsbeschränkung für das Bedienungspersonal notwendig ist. Diese Bauweise hat zwei große Vorteile: Der Reaktor ist gut zugänglich und im gesamten sogenannten Primärkühlkreislauf, also im Beckenwasser, herrscht Normaldruck. Damit treten die bei Kernkraftwerken nötigen hohen Temperaturen und großen Drücke nicht auf.  

Forschungsreaktor BER II


Das Wasser im Reaktorbecken erwärmt sich im Betrieb auf eine Temperatur von rund 40°C. Die Wärmeabfuhr erfolgt beim BER II durch drei hintereinander geschaltete Wasserkreisläufe, die über Wärmetauscher miteinander verbunden sind. Der erste, den Reaktorkern durchströmende Kreislauf, liegt vollständig im Reaktorbecken. Die dem Reaktorkern entzogene Wärme wird zuletzt über Kühltürme in die Atmosphäre abgegeben.

Die thermische Leistung des HZB-Forschungsreaktors beträgt 10 Megawatt. Sie ist damit einige hundertmal geringer als die übliche thermische Leistung eines Kernkraftwerks mit etwa 3000 bis 4000 Megawatt. Entsprechend kleiner ist damit die Größe der Anlage und die Menge des eingesetzten Urans.


Das Gebäude des Forschungsreaktors besteht aus drei Hallen. Oben befindet sich die Reaktorhalle; sie umgibt das offene Wasserbecken. Von dieser Halle aus werden sämtliche Arbeiten am Reaktorkern durchgeführt, wie zum Beispiel das Umsetzen von Brennelementen. Eine Schaltwarte ragt in die Reaktorhalle hinein und ist durch ein Sichtfenster von ihr getrennt.

Unter der Reaktorhalle liegen die Experimentierhalle und die angrenzende Versuchshalle. Dort enden mehrere Strahlrohre, mit denen die Neutronen vom Reaktorkern durch das Wasserbecken und die Betonabschirmung zu den Experimentierplätzen geleitet werden. Die hier tätigen Wissenschaftler sind durch Abschirmungen an den Experimenten vor Strahlung geschützt.

In den Hallen des Forschungsreaktors wird immer ein etwas geringerer Luftdruck als in der Umgebung erzeugt. Der geringe Druckunterschied wird mit einer Lüftungs- und Klimaanlage aufrecht erhalten. Die Luft dieser Anlage wird auf Radioaktivität kontrolliert, gegebenenfalls gefiltert und dann über den Kamin an die Atmosphäre abgegeben.

Der Reaktorkern besteht aus 24 Brennelementen mit je 322 Gramm Uran-235 und 6 Brennelementen zur Aufnahme der Steuerstäbe mit je 238 Gramm Uran-235. Jedes von ihnen ist aus 23 dünnen Platten zusammengesetzt, welche eine von Aluminium umschlossene Uran-Aluminium-Verbindung enthalten.
Um die Neutronenintensität zu erhöhen, ist der Reaktorkern von einem Beryllium-Reflektor umgeben.

Am Rand des Reaktorkerns befindet sich eine so genannte »Kalte Quelle«. Dies ist eine etwa zehn Zentimeter dicke Schicht sehr kalten Wasserstoffs. Die Neutronen, die diese Schicht durchströmen, werden abgebremst. Auf diese Weise werden besonders langsame Neutronen erzeugt, mit denen bestimmte wissenschaftliche Untersuchungen überhaupt erst möglich sind. Außerdem können langsame Neutronen durch Neutronenleiter-Rohre zu weiter entfernten Experimentierplätzen geführt werden, wodurch sich der Platz für die Experimentaufbauten vergrößern lässt. An der HZB-Neutronenquelle gibt es eine eigene Versuchshalle, die von fünf Neutronenleiter-Rohren versorgt wird.

Reaktorkern mit Strahlrohren und Wasserzirkulation.
Die kalte Quelle befindet sich in einer Strahlrohrposition am Kern.


Was wird für die Sicherheit getan?