am Beispiel eines Druckwasserreaktors
(sehr stark vereinfacht)


In einem Kernkraftwerk wird die bei einer kontrollierten Kernspaltungsreaktion entstehende Wärmeenergie in elektrische Energie umgewandelt.
Die Reaktion findet im nuklearen Teil, dem Kernreaktor (Atomreaktor, Atommeiler, Atombrenner) statt, die Energieumwandlung im konventionellen Teil.
Prinzipiell funktioniert das gesamte Kern- oder Atomkraftwerk wie ein herkömmliches Wärmekraftwerk (wie etwa ein Kohlekraftwerk) mit dem Unterschied, dass der Reaktor den befeuerten Wasserkessel ersetzt.

Ausgangspunkt ist die Nutzung der Kernspaltungsreaktion.
Ihr liegt eine Erkenntnis deutscher Wissenschaftler aus dem Jahre 1938 zugrunde. Otto Hahn und Fritz Strassmann, stellten zusammen mit Lise Meitner und Otto Frisch fest, dass sich Atome – entgegen der bis dahin gültigen Annahme – spalten lassen.
Meitner und Frisch nannten dieses Phänomen „Kernspaltung“.

Weitere Forschungen führten dann zu der Erkenntnis, dass die Atome bei der Spaltung erstens sehr viel Energie freisetzen (Wärme), sich die Reaktion zweitens selbst fortführt (Kettenreaktion) und drittens steuerbar ist.

Grundsätzlich sind alle Atome spaltbar. Allerdings oft mit einem sehr hohen Energieaufwand. Eine der wenigen Ausnahmen stellt das Uran-235 dar. Da Uran zudem fast ausschließlich zur Energiegewinnung verwendet wird, wird es kaum einer anderen Nutzung entzogen und bietet sich für die Verwendung in einem Atomkraftwerk an.

Vereinfacht dargestellt, fängt ein Uran-235-Atomkern ein langsames Neutron ein; vorher bestand er aus 143 Neutronen und 92 Protonen.
Durch das zusätzliche Neutron gerät der Kern in Schwingungen, die so stark sind, dass er zerbricht. Mit dem Auseinanderbrechen entstehen zwei, manchmal auch drei neue Stoffe – die sogenannten Spaltprodukte – und Energie (Wärme) wird frei.
Gleichzeitig werden zwei bis drei neue Neutronen freigesetzt. Diese können ihrerseits von weiteren Uran-235-Atomen eingefangen werden, die dann ebenfalls auseinanderbrechen. Voraussetzung ist allerdings, dass die Neutronen vorher stark abgebremst werden.

In einem Atomkraftwerk wird diese Kettenreaktion kontrolliert ausgelöst: Wenn der Reaktor mit konstanter Leistung läuft, löst nach jeder Spaltung genau ein Neutron wieder eine neue Spaltung aus. Die überzähligen Neutronen werden von sogenannten Steuerstäben sicher eingefangen.
Die Steuerstäbe werden zur Leistungsregulierung in den Reaktor zwischen die Brennstäbe gesenkt (Leistungsreduktion/Abschaltung) oder herausgezogen (Leistungssteigerung).

Beim Druckwasserreaktor wird die Wärme die im Reaktor entsteht in einem primären Kreislauf von einem Wärmeträger (üblicherweise Wasser) aufgenommen und von dort aus wiederum auf Wasser in einem sekundären Kreislauf übertragen; der Wärmeträger des Primärkreislaufs ist radioaktiv kontaminiert, da er direkt mit dem Brennstoff in Kontakt gerät.

Der im sekundären Kreislauf entstandene Wasserdampf wird in Dampfturbinen geleitet. Die Turbinen beginnen zu rotieren und treiben ihrerseits Generatoren zur Stromerzeugung an.

Schließlich wird der aus den Turbinen austretende Abdampf über Kühltürme und Flüsse gekühlt und erneut dem Sekundärkreislauf zugeführt oder (teilweise) in Flüsse geleitet. Bei der Kühlung in Türmen wird das erwärmte Wasser des Sekundärkreislaufs versprüht und gibt so die Wärme an die Umgebungsluft ab.