Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

71 22.6 Kernenergie Risken der Kernenergie Beim Betrieb von Kernkraftwerken treten Sicherheits- risken auf, die möglichst gering gehalten werden sol- len: 1. Ionisierende Strahlung des Reaktorkerns Bei der Kernspaltung wird U-235 in leichtere Kerne zerlegt. Diese Kerne zerfallen zum Teil mit kurzen Halbwertszeiten weiter und senden dabei ionisieren- de Strahlung aus. Um die frei werdenden Neutronen, a -, b - und c -Strahlen abzuschirmen, ist der Reaktor- kern mit meterdicken Betonwänden umgeben. 2. Austritt von radioaktivemMaterial Für den Betrieb von wassergekühlten Reaktoren wird der angereicherte Uranbrennstoff in Rohre einge- schweißt, die zu Brennelementen verbunden werden. Gemeinsammit dem Kühl- und Moderatorwasser und den Regelstäben sind diese Brennelemente in einem Druckgefäß untergebracht. Der Reaktorkern ist von einem Sicherheitsbehälter umgeben, der bei einem eventuellen Unfall die Abga- be radioaktiver Stoffe an die Umgebung verhindern soll. Im Inneren herrscht ein geringer Unterdruck, so dass Gase nicht nach außen entweichen können. Die Luft aus diesem Behälter wird beim Austausch an die Außenwelt gefiltert, um radioaktiven Staub zurückzu- halten. A1 Erkundige dich, welche „Schutzhüllen“ bei ver- schiedenen Bauweisen von Kernkraftwerken vorgese- hen sind! Sind„Ostreaktoren“ unsicherer? 22.6.4 3. Zu hohe, nicht mehr kontrollierbare Leistung des Reaktors Der Reaktor wird durch die Stellung der Regelstäbe gesteuert, die die überschüssigen bei der Spaltung frei werdenden Neutronen absorbieren. Beim Regelbe- trieb werden diese Regelstäbe so weit aus den Brenn- elementen herausgezogen, dass der Multiplikations- faktor gleich 1 ist. Steigt die Leistung des Reaktors, so werden die Regelstäbe zwischen die Brennelemente geschoben: Mehr Neutronen werden absorbiert, die Zahl der Kernspaltungen pro Sekunde sinkt, und die Leistung des Reaktors geht zurück. Die automatische Reaktorsteuerung soll verhindern, dass der Reaktor- kern„überkritisch“ wird. 4. Ausfall des Kühlsystems Die frei werdende Spaltenergie wird durch das Kühl- wasser abgeführt. Beim Ausfall des Kühlsystems wird der Reaktor abgeschaltet. Weil der weitere Zerfall der Spaltprodukte nicht durch das Einführen der Regel- stäbe gestoppt werden kann, muss der Reaktorkern auch nach dem Abschalten weiter gekühlt werden. Dazu dient ein Notkühlsystem, das neben demHaupt- kühlsystem einen eigenen Kreislauf bildet. 5. Transport der Brennelemente Der Transport von Brennelementen muss in möglichst sicheren Behältern durchgeführt werden, die auch schweren Unfällen wie Frontalzusammenstößen oder Treibstoffbränden standhalten. 6. Wiederaufbereitung von Brennelementen Durch Neutroneneinfang wird 238 U in 239 Pu umge- wandelt. Dieser Prozess wird in schnellen Brütern gezielt eingesetzt, um spaltbares Material erzeugen zu können. In Wiederaufbereitungsanlagen wird die- ses Plutonium und restliches Uran aus verbrauchtem Spaltmaterial gewonnen und der Rest als radioaktiver Abfall zur vorläufigen Endlagerung vorbereitet. 7. Endlagerung des radioaktiven Abfalls Beim Betrieb von Kernkraftwerken fallen verschieden hoch radioaktive Abfälle an. Beispielsweise entsteht in den Luftfiltern und bei der Reinigung des Wassers des Kühlkreislaufes schwachradioaktiver Abfall. Solche Abfälle werden beispielsweise mit Bitumen verfestigt und in Stahlfässer eingegossen. Da die Spaltprodukte auch nach dem Abschalten des Reaktors eine erhebliche Leistung abgeben, werden die abgebrannten Brennelemente zunächst im Re- aktorgebäude in tiefen Wasserbecken zwischengela- gert. Für die Endlagerung werden diese hochradio- aktiven Abfälle verfestigt und in Stahlfässer gefügt. Als Endlagerstätten sind beispielsweise aufgelassene Bergwerke vorgesehen. Abb. 71.1 Nur der Kühlkreislauf und der Antrieb für die Regel- stäbe reichen in das Druckgefäß. Steuerung Regelstäbe Brennstäbe Moderator (Wasser) Kühlwasser (kalt) Reaktordruck- gefäß Kühlwasser (heiß) TH8/K2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv