Physik verstehen 4, Schulbuch

91 Das radioaktive Verhalten der Materie 3. Wie funktionieren Kernkraftwerke? In Reaktoren von Kernkraftwerken findet die Kettenreaktion geregelt statt. In den Brennstäben be nden 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 so erhitzt wird. Der erzeugte Wasser- dampf treibt die Turbine eines Generators an (Abb. 91.1). 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, werden Regelstäbe aus Cadmium- oder Borverbindungen benötigt (Abb. 91.2). Diese können Neutronen einfangen. Die auffälligen Kühltürme eines Kernkraftwerks geben lediglich die Wärme­ energie des Kühlwassers an die Umgebung ab. Die kontrollierte Kettenreaktion (Abb. 91.3)  E1 Stelle die Dominosteine in einer Linie auf. Stößt du den ersten Stein an, so fallen die anderen nach und nach um. Bei der kontrollierten Kettenreaktion bleibt die Anzahl der Spaltungen gleich. 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 schwerwiegenden Katastrophen kommen. Große Landstriche werden dabei auf viele Jahre durch radioaktive Stoffe verseucht (  Seite 92–93). • Die bei der Spaltung entstehenden Spaltprodukte müssen jahrtausendelang zB in aufgelassenen Bergwerken sicher gelagert werden. • Der Transport von spaltbarem Material und radioaktivem Abfall birgt Risiken zB bei Unfällen. • Bei der Brennstofferzeugung kann waffenfähiges Material gewonnen werden. 4. Was bedeutet Kernfusion? Die Sonne gibt enorme Energiemengen durch die Verschmelzung (Fusion) von Wasserstoffkernen zu Heliumkernen ab (Abb. 91.4). Dazu sind Temperaturen von einigen Millionen °C und sehr hohe Drücke notwendig. Bis jetzt wurde die Kernfusion nur in Wasserstoffbomben, nicht aber in Kraftwerken angewendet. Dampfturbine Generator Reaktor- Druckbehälter Brennstäbe Primärkreislauf Sekundär- kreislauf Kühl- wasser Kondensator Wärmetauscher Wasser Schwerbetonmantel Sicherheitsbehälter Regelstäbe 91.1 Prinzip eines Druckwasserreaktors in einem Kernkraftwerk Neutron Brennstäbe U-235 (2−3%) U-238 Wasser (Moderator) Regelstäbe 91.2 Regelung der Kettenreaktion in einem Kernreaktor V2 91.3 Die kontrollierte Kettenreaktion – Durch den Einfang von Neutronen verläuft die Kettenreaktion im Reaktor des Kernkraft- werks linear. Im Kernkraftwerk erzeugt ein Kernreaktor Wärmeenergie durch Kernspal- tung. Die Kettenreaktion wird durch Einfangen von Neutronen geregelt. Es entsteht Wasserdampf, der die Turbine eines Generators betreibt. M Tritium Deuterium Fusion Neutron Proton Helium Neutron H + + + H He n Energie 2 1 3 1 4 2 1 0 91.4 Prinzip der Kernfusion 91.5 Die Sonne ist ein großer Fusionsreaktor. 91.6 Blick in einen Forschungsreaktor Arbeitsblätter qa35qg Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv