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Kernkraftwerke

Wie funktionieren Kernkraftwerke?

In den Medien ist in den letzten Jahren immer wieder von Kernkraftwerken berichtet worden. Dort streiten meist Politiker über den Bau oder die Stilllegung, „Restlaufzeiten“, den „Ausstieg aus der Kernenergie“, über „Forschungsreaktoren“ usw. Immer wieder Menschen demonstrieren um gegen den Transport von Atommüll (Castortransporte). Aber auch gegen die Einrichtung von Zwischenlagerstätten für abgebrannte Brennelement, die Wiederaufbereitungsanlagen und inzwischen auch gegen die Einrichtung von Endlagerstätten.

Der Betrieb von Atomkraftwerken ist generell fragwürdig, weil ein Teil des Inventars entweder hochreaktiv ist oder extrem giftig. Man kann sich leicht vorstellen, dass weder gegen eine Verstrahlung durch noch gegen eine Vergiftung durch Plutonium ein Kraut gewachsen ist (Tschernobyl, UdSSR bzw. Three Mile Island, USA).

Einleitung

In einem Kernkraftwerk oder Atomkraftwerk (Wie ist ein Atom aufgebaut?) finden sogenannte Kernreaktionen statt. Dabei wird eine große Menge Wärmeenergie frei, die zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden kann. Im Kernreaktor werden dazu bestimmte Isotope, meist Uran (U) und Plutonium (Pu), kontrolliert gespalten. Dabei kann die Bindungsenergie oder Kernenergie, welche die Atomkerne zusammenhält, über eine Wärmekraftmaschine zur Stromerzeugung verwertet werden.

Aspekte des Themas

Der Begriff Atomkraft oder Kernkraft führt bei vielen Menschen spontan zu Unbehagen. Die militärische Verwendung der Kernenergie im zweiten Weltkrieg und zur Abschreckung zwischen den Machtblöcken während des kalten Krieges hat bis dahin Zerstörung, Angst und Schrecken ausgelöst. So genannte Störfälle in Kernkraftwerken haben in der Vergangenheit zu Katastrophen für Mensch und Natur geführt. Die zivile Nutzung der Atomenergie zur Stromerzeugung bietet aber andererseits die Möglichkeit, große Energiemengen zu gewinnen. Die Kernenergie könnte in den nächsten Jahrzehnten vielleicht sogar die einzige Möglichkeit sein, den rasant wachsenden Energiebedarf der Weltbevölkerung zu decken. Keine Form der Energieerzeugung ist so kontrovers diskutiert worden wie die Nutzung der Kernenergie.

Physik

Der radioaktive Zerfall ist zunächst ein natürlicher Prozess. Schwere Atomkerne, z.B. von Uran (U) und Radium (Ra), sind von Natur aus instabil und wandeln sich spontan um. Dabei senden sie energiereiche, so genannte radioaktive Strahlung aus. Diesen Effekt nutzt man im Kernkraftwerk. Dort führt man künstlich und koordiniert Kernspaltungen – kontrollierte Zertrümmerungen von Atomkernen – durch. Es entstehen neue, kleinere Atomkerne, Radioaktivität und große Energiemengen.

Energie

Die Möglichkeiten der Energieumwandlung durch die Kernspaltung sind beeindruckend. Die Kraft, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält, die so genannte starke Wechselwirkung, ist so außergewöhnlich groß, dass bei der Kernspaltung eine entsprechend große Energie frei wird. 1 Kilogramm Uran besitzt in seinen Atomkernen Bindungsenergien, die der Wärmeenergie von rund 2500 Tonnen Steinkohle entspricht. Das spaltbare Material, der „Brennstoff“ des Kernreaktors, hat also mit großem Abstand die höchste Energiedichte, der je von Menschen zur Energiegewinnung verwandten Stoffe.

Bau und Funktion

Die „normalen“ Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren arbeiten mit Uran als spaltbarem Material. Hochtemperaturreaktoren auf Thoriumbasis und so genannte „Schnelle Brüter“ auf Plutoniumbasis sind bei uns nicht zur Serienreife gelangt. Im Siede- und Druckwasserreaktor wird die Bindungsenergie der gespaltenen Atome in Wärmeenergie umgewandelt und von einem primären Kühlkreislauf aufgenommen. Über Wärmetauscher gelangt die Wärmeenergie in einen sekundären Kühlkreislauf, in dem letztlich Dampf erzeugt wird. Dieser treibt die Generatoren an. Dabei wird die Wärmeenergie zunächst in Bewegungsenergie und dann mittels der elektromagnetischen Induktion in elektrische Energie umgewandelt.

Sicherheit

Die Sicherheit von Atomkraftwerken gehört zu den meist diskutierten Themen der letzten Jahrzehnte. In Risikoanalysen wird berechnet, mit welcher Wahrscheinlichkeit bestimmte Reaktorunfälle passieren können, bis hin zum „größten anzunehmenden Unfall“ (GAU), der totalen Havarie mit Kernschmelze und Freisetzung der gesamten radioaktiven Inventars. Die größte Unwägbarkeit besteht darin, dass man selbst bei einer Wahrscheinlichkeit, dass ein bestimmtes Ereignis beispielsweise nur einmal in 1000 Jahren auftritt, nicht vorhersagen kann, wann genau in diesem Zeitraum dies sein wird.
Die deutschen Kernkraftwerke gelten im weltweiten Vergleich als verhältnismäßig sicher. Keine anderen Bauwerke in Deutschland sind mit ihren meterdicken Betonwänden so massiv und sicher konstruiert. Da aber freigesetzte Radioaktivität nicht vor Grenzen Halt macht, sind die Sicherheitsstandards in weniger entwickelten Ländern ein großes Problem, wie der Reaktorunfall von Tschernobyl gezeigt hat. Seit den Terroranschlägen mit absichtlich zum Absturz gebrachten Passagierflugzeugen am 11. September 2001 in New York und Washington steht aber selbst die Sicherheit dieser gut geschützten Kernreaktoren in Frage. Dem Aufprall eines Großflugzeuges wären selbst meterdicke Betonwände wohl kaum gewachsen.

Umwelt

Atomkraftwerke setzen keine schädlichen Treibhausgase frei, insbesondere kein Kohlendioxid (CO2). Daher ist die Umweltbilanz unter diesem Aspekt viel günstiger als die von Kraftwerken, in denen fossile Energieträger (Kohle, Öl, Gas) verbrannt werden. Andererseits setzen Atomkraftwerke ständig geringe Mengen an Radioaktivität frei, deren Auswirkungen auf die Umwelt bis heute umstritten sind. Zudem ist die nach wie vor ungelöste Frage der Endlagerung des stark radioaktiven Atommülls gesellschaftlich stark umstritten.


 


 

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