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Kernkraft

Ein wesentlicher Anteil der Stromerzeugung erfolgt durch Kernkraftwerke

Der Streit über Gefahren der Kernkraft und ihrer Abfälle macht sie zum “heißen“ Diskussionsthema zwischen Energiewirtschaft und Atomkraftgegnern.

In der Natur kennen wir vier elementare Kräfte: die → Gravitation, die schwache Kernkraft, die starke Kernkraft und die elektromagnetische Kraft. Von diesen vier Kräften ist die Gravitation zwar die schwächste, aber sie ist über größte Entfernungen hin wirksam. Die elektromagnetische Kraft kann über unendliche Entfernungen wirksam sein. Die schwache Kernkraft ist weitaus stärker als die Gravitation, wirkt aber nur über winzige subatomare Entfernungen. Sie ist für die Stabilität der Atomkerne und den Zerfall bestimmter Teilchen verantwortlich. Die starke Kernkraft hält die Atome zusammen, die aus neutralen Neutronen und positiven Protonen bestehen. Ohne diese Kraft würden sich die Protonen eines Atomkerns gegenseitig abstoßen. Eine Bildung von Materie wäre ohne starke Kernkraft nicht möglich. Infolge der Kraft der elektrischen Ladung und der magnetischen Polarität ziehen sich entgegengesetzte Ladungen an.

Kernspaltung - Der Mensch als Naturgewalt:

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Spaltung von Uran-235

Bei der Kernspaltung wird ein Neutron verbraucht, aber es entstehen gleichzeitig zwei oder drei neue Neutronen. Sie spalten wiederum Kerne und setzen Neutronen frei.

Nach Vorarbeiten der österreichischen Physikerin Lise Meitner (1878-1968) entdeckten die Chemiker Otto Hahn (1879-1968) und Friedrich Straßmann (1902-1980) 1938 die Spaltung von Urankernen. Otto Hahn bekam dafür 1944 den Nobelpreis für Chemie. Durch den Beschuss mit Neutronen ist der Atomkern verschiedener Elemente spaltbar. Das ist möglich, da Neutronen ungeladene Teilchen sind, die mit den elektrischen Ladungen im Atomkern nicht in Wechselwirkung treten. Beim Vorgang der Kernspaltung wird ein Neutron verbraucht, aber es entstehen gleichzeitig zwei oder drei neue Neutronen. Sie spalten wiederum Kerne und setzen Neutronen frei. Damit wird eine Kettenreaktion in Gang gesetzt. Relativ kleine Materiemengen werden in gewaltige Energiemengen umgewandelt.

Nach einer Kernspaltung scheint ein Teil der Masse verschwunden zu sein. Denn die Masse der Produkte einer Kernspaltung ist geringer als diejenige des spaltbaren Materials. Dass dieser Massenverlust auf die freigesetzte Energie zurückzuführen ist, zeigte uns schon lange vor der ersten Kernspaltung der berühmte Albert Einstein (1879-1955). Ein Teil der Masse (m) wird beim Vorgang der Kernspaltung demnach in Energie (E) umgesetzt. Dass es möglich ist, Masse in Energie umzuwandeln, konnte Einstein bereits sehr viel früher aus der Relativitätstheorie ableiten. Dies war seine berühmte Formel: E = m c2. Da der Faktor c, der für die Lichtgeschwindigkeit steht, sehr groß ist, ergibt sich aus der Formel, dass bereits ein kleiner Massenverlust ungeheure Energiemengen freisetzt. Dabei könnte man ein Kilogramm Materie in eine Energie umwandeln, die derjenigen eines Erdbebens gleichkommt.

Kernkraftwerke:

Kernkraftwerke liefern seit Jahrzehnten auf der ganzen Welt Strom. Der Streit darüber, welche Gefahren von ihnen und ihren Abfällen ausgehen, macht sie ebenso lange zum “heißen“ Diskussionsthema zwischen Energiewirtschaft und Atomkraftgegnern. Das Prinzip eines Kernkraftwerks beruht auf der Umwandlung von Masse in Energie. Bei der Kernspaltung von Uran- oder Plutoniumatomen werden vergleichsweise kleine Mengen an Materie in ungeheure Energiemengen umgewandelt.

Brennstäbe im Kernreaktor

Ein Brennstab oder Brennelement besteht aus zahlreichen Brennstofftabletten aus Uranoxid.

Im Kernreaktor werden Brennstäbe aus Uran zur Wärmeerzeugung “abgebrannt“. Ein Brennstab oder Brennelement besteht aus zahlreichen Pellets. Das sind Brennstofftabletten aus Uranoxid. Die Brennstäbe sind von Wasser oder Graphit als Moderator umgeben. Dadurch werden die schnellen Neutronen, die bei der Kernreaktion entstehen, abgebremst, damit sie auf neue Urankerne treffen und die Kettenreaktion aufrechterhalten bleibt. Steuerstäbe etwa aus Bor kontrollieren dabei die Zahl neu freigesetzter Neutronen. Mit der erzeugten Wärme wird Wasser verdampft. Die Energie des Dampfes, der in einem Wärmeaustauscher erzeugt wird, nutzt man schließlich zur Stromgewinnung. Der Wasserdampf treibt Turbinen an, die wiederum mit Generatoren verbunden sind. Der Reaktorkern mit den Brenn- und Steuerstäben ist zur Abschirmung austretender Strahlung von einem starken Betonmantel umhüllt. Das erste kommerzielle Kernkraftwerk wurde im Jahre 1956 im englischen Calder Hall in Betrieb genommen. 30 Jahre später kam es am 26. April 1986 im ukrainischen Atomkraftwerk Tschernobyl erstmals zum größten denkbaren atomaren Unfall - zum Super-GAU. 130 000 Menschen mussten aus der Umgebung des Kraftwerkes evakuiert werden. Eine radioaktive Wolke zog mehrmals um die Erde. Die Folgen dieses Unfalls für Mensch und Umwelt wirken bis heute nach.

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