Ein Atomkraftwerk besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Dem Nuklearteil – dort befindet sich der Kernreaktor – und dem konventionellen Teil. Im Nuklearteil, auch Primärteil genannt, wird mit Hilfe der Kernspaltung Wärme produziert. Im konventionellen Anlagenteil findet die Stromproduktion statt.

• So ist ein Atomkraftwerk aufgebaut
• Wärmeerzeugung: Das geschieht im Nuklearteil des Kraftwerks
• Stromproduktion: Das geschieht im konventionellen Teil des Kraftwerks
• Der Reaktor und seine Kühlung
• Die Dampfturbine und ihre Kühlung

So ist ein Atomkraftwerk aufgebaut
Ein Kernkraftwerk besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen. Im Nuklear- oder Primärteil wird mit Hilfe von Kernspaltung Wärme produziert. Im konventionellen Teil (Sekundärteil) findet dann die eigentliche Stromproduktion statt.
 
Ein Atomkraftwerk unterscheidet sich nur im Primärteil von anderen Kraftwerken, die mit Hilfe von Wärme Strom produzieren. Im konventionellen Anlagenteil ist ein Kernkraftwerk weitestgehend identisch mit Öl-, Gas- und Kohlekraftwerken. Ebenfalls zum konventionellen Anlagenteil gehört bei einem Teil der Anlagen der gut sichtbare Kühlturm. Der Kühlturm ist kein Charakteristikum eines AKWs. Kühltürme findet man auch bei anderen Kraftwerken, die mit Wärme Strom produzieren.

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Wärmeerzeugung: Das geschieht im Nuklearteil des Kraftwerks
Der Nuklearteil umfasst den Reaktorkern mit dem Reaktordruckbehälter, die dazugehörigen Pumpen sowie die Druckleitungen, in denen die Energie aus dem Reaktor weggeführt wird.
 
Bei Druckwasserreaktoren wie in den Kernkraftwerken Beznau-1, Beznau-2 und Gösgen reicht der Nuklearteil bis zu den Dampferzeugern, wo die Wärme an den zweiten Wasserkreislauf mit den Turbinen abgegeben wird.

Bei Siedewasserreaktoren wie in den Kernkraftwerken Leibstadt und Mühleberg reicht der Nuklearteil bis zum Übertritt der Dampfleitungen aus dem Reaktorgebäude in das Maschinenhaus mit den Turbinen. Der Dampf, der auf die Turbine gelangt, ist somit radioaktiv. Die Halbwertszeit (Radioaktivität) des radioaktiven Dampfes beträgt allerdings nur sieben Sekunden. Wenn der Reaktor abgestellt wird, ist die radioaktive Strahlung nach wenigen Minuten vollständig abgeklungen.

Im Reaktorkern wird Wärme durch Kernspaltung erzeugt. Der Reaktorkern besteht aus Brennelementen und Steuerstäben. Die Brennelemente enthalten die Urantabletten. Diese sind in dünnen Rohren eingeschlossen ? den Brennstäben. Brennelemente und Steuerstäbe werden permanent von Wasser durchströmt. Das Wasser im Reaktor hat zwei Aufgaben: Es dient als Kühlmittel und Bremse (Moderator). Der Moderator sorgt dafür, dass die bei der Kernspaltung freigesetzten Atomteilchen (Neutronen) abgebremst werden. Nur so können sie weitere Kernspaltungen auslösen. Fehlt das Wasser im Reaktor, hört die Kernspaltung auf.

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Stromproduktion: Das geschieht im konventionellen Teil des Kraftwerks
Im konventionellen Anlagenteil wird Strom produziert: Der heisse Dampf treibt eine Dampfturbine an. Diese wiederum dreht im Generator die dort angebrachten Magnete über Drahtwicklungen. Auf diese Weise entsteht elektrischer Strom. Oder anders ausgedrückt: Bewegungsenergie (Turbine) wird in magnetische und diese schliesslich in elektrische Energie umgewandelt. Es ist also genau der gleiche Vorgang, mit welchem ein Fahrrad-Dynamo den Strom für die Velolampe erzeugt.
 
Doch ganz so einfach ist es nicht: Vor und nach der Turbine müssen unterschiedliche Temperaturen bzw. Drücke herrschen, sonst steht die Turbine still. Erreicht wird dieser Unterschied, indem die Turbine gekühlt wird. Siehe dazu auch das Kapitel «Die Dampfturbine und ihre Kühlung».
 
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Der Reaktor und seine Kühlung
Das Wasser im Reaktorkern dient als Kühlmittel und Teilchenbremse. Es befindet sich in einem eigenen geschlossenen Wasserkreislauf. Ein Siedewasserreaktor hat zwei, ein Druckwasserreaktor drei voneinander unabhängige Wasserkreisläufe. Sie transportieren keine radioaktive Strahlung oder sonstige Schadstoffe nach aussen.
 
Der Reaktor muss auch dann gekühlt werden, wenn er abgeschaltet ist und keine Kernspaltung stattfindet. Grund dafür: die Nachzerfallswärme der Brennelemente. Wenn nicht gekühlt würde, könnte es zu einer Kernschmelze kommen. Eine Kernschmelze wird von den passiven Sicherheitselementen (Reaktordruckbehälter, Containment) der Anlage beherrscht, d. h. es gelangt keine Radioaktivität an die Umwelt. Der Weiterbetrieb des Kraftwerks wäre aber nicht mehr möglich.
 
Damit der Reaktorkern jederzeit gekühlt werden kann, verfügen die schweizerischen Kernkraftwerke über diverse Sicherheitssysteme. Neben der regulären Kühlung besitzen sie vier auf dem Gelände verteilte, unabhängige, mit Diesel betriebene Pumpen. Jede dieser Pumpen ist in der Lage, den Reaktor alleine zu kühlen. Daneben besitzen die Kraftwerke ein zusätzliches Notstandssystem, das den Reaktor ohne menschliches Zutun zehn Stunden lang sicher kühlen kann. Darüber hinaus sind weitere Kühlmöglichkeiten vorhanden. Alle Sicherheitssysteme und Pumpen werden regelmässig auf ihre Einsatzfähigkeit geprüft.
 
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Die Dampfturbine und ihre Kühlung
Damit sich die Dampfturbine für die Stromerzeugung in Bewegung setzt, braucht es ein Druckgefälle im Wasserkreislauf zwischen Turbine und Dampferzeuger. Solch ein Druckgefälle entsteht durch unterschiedliche Temperaturen. Dazu wird der Dampf, der die Turbinen bereits durchlaufen hat, im Kondensator abgekühlt und zu Wasser kondensiert. Eine Pumpe befördert dieses Wasser zurück in den Dampferzeuger, wo es aufgeheizt wird und als Wasserdampf wieder zu den Turbinen gelangt.

In den Kernkraftwerken Beznau-1, -2 und Mühleberg werden die Dampfturbinen mit mechanisch gereinigtem Flusswasser aus der Aare gekühlt. Die Kühlleistung ist abhängig von der Wassertemperatur: Die Leistung der Kraftwerke nimmt im Sommer wegen des wärmeren Wassers geringfügig ab.
 
Das dem Fluss entnommene Wasser wird mit leicht höherer Temperatur wieder in die Aare geleitet. Die kantonale Kühlwasserkonzession regelt die Grenzwerte für die maximal zulässige Temperatur des wiedereingeleiteten Kühlwassers. Damit wird die übermässige Erwärmung des unter dem Kraftwerk liegenden Flussabschnitts verhindert.
 
In den Kernkraftwerken Gösgen und Leibstadt wird die Dampfturbine mit Wasser gekühlt, das in einem Kreislauf vom Kraftwerk zum Kühlturm und wieder zurück fliesst. Im Luftzug des Kühlturms wird das im Kraftwerk erwärmte Wasser abgekühlt, wobei ein geringer Teil verdunstet. Der verdunstete Wasseranteil wird durch Flusswasser ersetzt.