Physik verstehen 4, Schulbuch

81 Das radioaktive Verhalten der Materie  Lernzielkontrolle 16, Seite 91 Tritium Deuterium Fusion Neutron Proton Helium Neutron H + + + H He n Energie 2 1 3 1 4 2 1 0 81.4 Prinzip der Kernfusion 81.3 Die kontrollierte Kettenreaktion Dampfturbine Generator Reaktor- Druckbehälter Brennstäbe Primärkreislauf Sekundär- kreislauf Kühl- wasser Kondensator Wärmetauscher Wasser Schwerbetonmantel Sicherheitsbehälter Regelstäbe 81.1 Prinzip eines Druckwasserreaktors in einem Kernkraftwerk 81.5 Die Sonne ist ein großer Fusionsreaktor. 81.6 Blick in einen Forschungsreaktor Neutron Brennstäbe U-235 (2−3%) U-238 Wasser (Moderator) Regelstäbe 81.2 Regelung der Kettenreaktion in einem Kernreaktor 3. Wie funktionieren Kernreaktoren? In Reaktoren von Kernkraftwerken findet die Kettenreaktion geregelt statt. In den Brennstäben befinden sich Uranpellets, die etwa 3% Uran-235 enthalten. Die Brennstäbe verbrennen allerdings nicht, sondern werden bei der Kernspaltung sehr heiß. Sie tauchen zB in Wasser ein, das durch die frei werdende Wärme erhitzt wird. Der erzeugte Wasserdampf treibt die Turbine eines Generators an. Das Wasser dient auch als Moderator – so werden Materialien bezeichnet, die Neutronen abbremsen können. Dies ist notwendig, damit die Spaltung stattfinden kann. Um die Kettenreaktion steuern zu können, benötigt man Regelstäbe aus Cadmium- oder Borverbindungen, die Neutronen einfangen können. Die auffälligen Kühltürme geben lediglich die Wärme des Kühlwassers an die Umgebung ab. Die kontrollierte Kettenreaktion (Abb. 81.3) Bau die Dominosteine wie in V1 auf. Halte die Kettenreaktion gezielt auf, indem du ein Lineal zwischen die stehenden Steine stellst. M Ein Kernreaktor erzeugt Wärme durch Kernspaltung. Die Kettenreaktion wird geregelt. Die Wärme erzeugt Wasserdampf, der die Turbine eines Generators betreibt. Vorteile eines Kernkraftwerks: • Die Erzeugung von Strom durch Kernspaltung ist etwa 2 Millionen Mal wirksamer als die Erzeugung von Strom in Wärmekraftwerken. • Es entstehen keine Verbrennungsabgase aus fossilen Brennstoffen. Das gilt natürlich nicht für die Gewinnung des Kernbrennstoffes! Nachteile eines Kernkraftwerks: • Durch Fehlbedienung, Fehlfunktionen und Naturkatastrophen kann es zu Katastrophen ungeheuren Ausmaßes kommen, wie 1986 in Tscherno- byl und 2011 in Fukushima. Große Landstriche werden dabei auf viele Jahre durch radioaktive Stoffe verseucht. • Die bei der Spaltung entstehenden Spaltprodukte müssen jahrtausende- lang zB in aufgelassenen Bergwerken sicher gelagert werden. 4. Was bedeutet Kernfusion? Die Sonne gibt ungeheure Energiemengen durch die Verschmelzung (Fusion) von Wasserstoffatomkernen zu Heliumkernen ab. Dazu sind hohe Temperaturen von etwa 20 Millionen Kelvin notwendig. Bis jetzt wurde die Kernfusion nur in Wasserstoffbomben, nicht aber in Kraftwerken angewen- det. V2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv