Een kerncentrale werkt in grote mate zoals een klassieke thermische centrale. Alleen wordt de warmte geproduceerd door kernsplijting en niet door het verbranden van steenkool, aardgas of biomassa. De warmte die vrijkomt door kernsplijting wordt omgezet in stoom, die een turbine aandrijft en zo een alternator laat draaien. Die alternator zet de mechanische energie om in elektrische energie.

Wat is kernsplijting?

Alle materie bestaat uit atomen. Die atomen zijn opgebouwd uit een kern waarrond elektronen draaien. De kern zelf bestaat uit protonen en neutronen. In een kernreactor komt thermische energie vrij door de kernen van zware atomen, zoals uranium, te splijten.

Dat gebeurt door ze te beschieten met neutronen. Bij elke splijting komen er 2 of 3 neutronen vrij. Die veroorzaken op hun beurt nieuwe splijtingen en zorgen zo voor een kettingreactie.

In een kernreactor is het belangrijk dat die kettingreactie gecontroleerd verloopt. Na elke splijting mag slechts 1 vrijgekomen neutron een nieuwe splijting veroorzaken. Het overschot aan neutronen in de reactor moet dus worden geabsorbeerd. Dat kan door boorzuur toe te voegen aan het water in de reactorkuip en door regelstaven in de reactorkuip neer te laten. Door alle regelstaven tegelijk te droppen, valt de reactie binnen 1,3 seconden stil.

Hoe werkt een kerncentrale?

Een kerncentrale met drukwaterreactor (of hogedrukreactor) zoals in Doel en Tihange heeft 3 volledig gescheiden waterkringen: een primaire kring, een secundaire kring, een tertiaire kring.

De kerncentrales van Doel en Tihange gebruiken uranium als splijtstof. In de natuur bestaat uranium in 3 vormen: 99% uranium-238, 0,7% uranium-235 en een minieme hoeveelheid uranium-234. De kern van uranium-235 is splijtbaar, die van uranium-238 niet. Het uraniummengsel dat gewonnen wordt in de mijnen wordt verrijkt tot het ongeveer 4% uranium-235 bevat. Dat is de ideale concentratie voor een kettingreactie.

De reactorkuip is een grote stalen kuip met dikke wanden, waarin zich de splijtstofstaven bevinden. Die zijn gevuld met kleine splijtstoftabletten van uraniumoxide. De staven worden gebundeld in de reactor geplaatst. De warmte die vrijkomt bij de splijting van de uraniumkernen wordt opgenomen door het water van de primaire kring. Dat warmt hierdoor op tot een erg hoge temperatuur. Het drukregelvat houdt alles onder hoge druk, zodat het water niet gaat koken of stoom vormt. Vandaar de naam hogedrukreactor.

Het warme water wordt vervolgens naar een warmtewisselaar geleid, een zogenaamde stoomgenerator. Dat is een cilindervormig reservoir met duizenden pijpen in omgekeerde U-vorm. Het water loopt door deze pijpen en geeft zijn warmte af aan het water van de secundaire kring, dat langs de buitenkant van de pijpen stroomt. Dat warmt op en gaat over in stoom. Als het water van de primaire kring zijn warmte heeft afgegeven, stuwt een pomp het terug naar de reactor.

De stoom die uit de stoomgeneratoren komt, drijft één of meerdere stoomturbines aan. Die bestaan uit een reeks schoepen gemonteerd op een as. Door de grote druk van de stoom gaat de as heel snel draaien. Zo drijft de turbine een alternator aan, die uiteindelijk elektriciteit produceert. Een beetje zoals de dynamo van een fiets. Transformatoren voeren de spanning aan de uitgang van de alternator op, om de elektriciteit met zo weinig mogelijk verlies naar de gebruikers te brengen.

Wat gebeurt er met de stoom die van de turbines komt? Die passeert een condensor. Dat is een warmtewisselaar met duizenden buisjes. Doorheen deze buisjes stroomt het koelwater van de tertiaire kring. In Doel komt dit koelwater uit de Schelde, in Tihange uit de Maas. De stoom geeft zijn warmte af aan het koelwater en condenseert zo terug tot water. Dit wordt weer naar de stoomgenerator geleid, om het opnieuw tot stoom te verhitten.

Het opgewarmde koelwater wordt op zijn beurt naar de koeltoren gevoerd. Daar koelt het af door contact met een opstijgende luchtstroom. Het natuurlijke schoorsteeneffect, zeg maar. Het grootste deel van dit water wordt verzameld in een bekken onderaan in de koeltoren en daarna terug naar de condensor geleid. Slechts een klein deel (1,5%) verlaat de koeltoren als waterdamp.