Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 2

    • Prinzip der Kernspaltung und Aufbau eines Kernkraftwerks

      Im zweiten Weltkrieg forschten verschiedene Länder an der Nutzung der Kernspaltung zum Bau von besonders effektiven Bomben, den sogenannten Atombomben, um einen Vorteil zu erlangen. Die USA schafften es funktionstüchtige Bomben herzustellen und setzten diese 1945 im Krieg gegen Japan ein. Über den Städten Hiroshima und Nagasaki wurde jeweils eine Bombe abgeworfen, die eine bis dahin ungekannte Zerstörungskraft entfalteten. 120.000 Menschen starben direkt durch die Explosion der beiden Bomben und ungefähr dieselbe Zahl an Verletzten blieb zurück. Langzeitfolgen durch die damals freigesetzte Radioaktivität werden bis heute erforscht. Das folgende Bild zeigt die Staubwolke, die nach der Explosion in Hiroshima aufstieg. Sie war stark radioaktiv belastet, sodass der Staub der sich in der Folge wieder absetzte (sogenannter Fallout) und schwere gesundheitliche Folgen für die Überlebenden mit sich brachte.



      Japan kapitulierte in der Folge der Abwürfe. Bis heute gab es keine weiteren Einsätze von Atombomben in kriegerischen Konflikten, allerdings übertrifft die Sprengkraft von später entwickelten Atombomben, die der damals eingesetzten um ein Vielfaches.


      Erst nach der Entwicklung der Atombombe wurde auch die zivile Nutzung der Kernenergie für die Gewinnung von Elektrizität verstärkt verfolgt. 1966 gingen in Rheinsberg (damals DDR) und Gundremmingen (BRD, Bayern) die ersten Atomkraftwerke in Deutschland in Betrieb. In der Folge wurden in Deutschland 29 weitere Atomkraftwerke gebaut, darin sind Erweiterungen von bestehenden Anlagen inbegriffen (Rettich & Rentrop, 2022).  


      Funktionsweise eines Kernkraftwerks
      Kernkraftwerke erzeugen wie Dampfkraftwerke auch heißes Wasser mit Energie die aus der Kernspaltung freigesetzt wird.

    • Atomspaltung und Kettenreaktion

      Im folgenden Video wird noch einmal oberflächlich das Prinzip erläutert:

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      In einem Kernkraftwerk wird die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, genutzt um damit Wasserdampf zu erzeugen und damit Dampfturbinen anzutreiben. Die Kernspaltung findet im sogenannten Reaktor statt. Das Uran ist in Form von Urandioxid in Form von Brennstäben (Abbildung links) verpackt, von denen mehrere in einem sogenannten Brennelement (Abbildung unten) verpackt sind. Im Brennelement sind auch Steuerstäbe enthalten, mit denen die Kernreaktion gesteuert werden kann.




      (Abb. links: Photo of a magnox nuclear fuel rod von Geni auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-SA 4.0)



      Der Reaktor enthält mehrere Brennelemente und ist von vielfältigen Schutzschichten umgeben und mit allerlei Sicherheitsvorkehrungen ausgestattet, um den Austritt von radioaktiver Strahlung zu verhindern.


      Gefahr atomarer Reaktoren

      Die Gefahr des Austritts radioaktiver Strahlung besteht hauptsächlich darin, dass der Reaktor überhitzt und die umgebenen Bauteile nicht mehr funktionieren. Wenn die Kettenreaktion im Reaktor über längere Zeit unkontrolliert stattfindet, führt dies unweigerlich zu schweren Explosionen, bei denen radioaktive Strahlung in die Umwelt gelangen kann, die große Gefahren für die Menschen bedeutet, die ihr ausgesetzt werden. 

      Der Wasserdampf wird nicht direkt am Reaktor erzeugt, sondern es gibt je nach Bauart der Anlage mindestens einen Kreislauf die zwischen dem Wasserdampfkreislauf und dem Reaktor steht. Der Grund besteht darin, dass die radioaktive Strahlung auch das Wasser radioaktiv macht. Die Flüssigkeit die am Reaktor vorbeifließt und dessen Wärme aufnimmt, wird zu einem Wärmetauscher geleitet, wo der Wasserdampf erzeugt wird, der dann die Turbinen antreibt, die wiederum einen Generator antreibt. Wie bei Kohlekraftwerken muss der Dampf danach wieder gekühlt werden, bevor er wieder in den Zyklus eingespeist werden kann. Dies passiert meist über Kühltürme, oft wird das Wasser aber auch in Flüsse oder Gewässer gegeben, an deren Ufern Kernkraftwerke prinzipiell gebaut werden. Es gibt verschiedene Kraftwerkstypen, die wir hier nicht näher betrachten.

      Atomspaltung und Kettenreaktion

      Im folgenden Video wird gezeigt, wie ein Kernkraftwerk mit Druckwasserreaktor funktioniert. 

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