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Schule > Physik > Atom- und Kernphysik > Kernenergie und -reaktoren > Die Kernkaraft/ Atomenergie

Kernkraft

1899 wurden die ersten Fortschritte in der Atomkraft erzielt, durch den Forscher Hans Geitel. Es fehlte allerdings die Kenntnisse über den Aufbau von Atomen.
Als 1955 das Bundesministerium in Deutschland für Atomfragen eingerichtet wurde war schon viel weiter. 1962 wurde es dann in Bundesministerium für Wissenschaftliche Forschung umbenannt. Auch die im Jahr 1957 gegründete Europäische Atomgemeinschaft (EAG oder heute EURATOM) erhielt ihren Namen mit dem damals überwiegend positiv besetzten Begriff Atom.
In der Mitte der 60er Jahre setzte sich dann zu ersten Mal anstelle von Atom der Begriffsteil Kern durch. Der Grund dafür ist das durch den Kalten Krieg und der Kuba- Krise der Begriff Atom in ein schlechtes Licht kam. Die Begriffe Kernkraftwerk und Atomkraftwerke werden heute noch als Synonyme verwendet. 1966 wurde für die Kraftwerke Rheinsberg und Gundremmingen A sowie alle nachfolgenden Anlagen in Deutschland die Bezeichnung Kernkraftwerk verwendet.
Das erste zivile Kernkraftwerk der Welt wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen, es hatte eine Leistung von 5 MW. Ein Jahr später wurde in Calder Hall, England das zweite Kernkraftwerk eröffnet, welches eine Leistung von 55 MW hatte und als erstes kommerzielles Kernkraftwerk der Welt bezeichnet wird. Bei den ersten Kernkraftwerken kamen Siedewasser Reaktoren zum Einsatz, da diese einfacher zu konstruieren waren. Heute kommen fast ausschliesslich Druckwasserreaktoren zum Einsatz, welche höhere Leistungsdichten besitzen und bei denen der Kontrollbereich kleiner ist. Alle noch im Betrieb befindlichen deutschen Kernkraftwerke wurden von der Siemens AG oder deren ehemaliger Tochter, der Kraftwerk Union (KWU), gebaut. Ausnahmen bilden die Kraftwerke mit Siedewasserreaktoren. Sie wurden von der AEG begonnen und von der KWU fertiggebaut, nachdem die Kernkraftsparte der AEG in der KWU weiter geführt und übernommen wurde.

Im April 1986 ereignete sich dann im Kernkraftwerk Tschernobyl die bislang schwerste Havarie eines Kernkraftwerks beim ukrainischen Prypjat, bei dem der Reaktor des Blocks 4 explodierte. Ein Brand des als Moderator enthaltenen Graphits beförderte mit den Rauchgasen erhebliche Mengen radioaktiver Nuklide in die Atmosphäre. Der radioaktive Niederschlag der entstehenden radioaktiven Wolke reichte bis West-Europa. Eine politische Folge der Havarie war der weitgehende Stopp des Ausbaus der Kernenergie in West-Europa bis hin zum Beschluss des Atomausstiegs in Deutschland. Im Jahre 2004 wurde dann jedoch das erste Kernkraftwerk in Finnland in Auftrag gegeben und gebaut. Die Zahl der Kernkraftwerke stieg beständig in der ganzen Welt an bis in die achtziger Jahre. So erreichten sie 1989 den vorläufigen Höhepunkt mit 423 produzierenden Reaktoren. Danach wurde das Wachstum deutlich verlangsamt, sogar wurde seit 2000 eine leicht sinkende Prognose festgestellt. Im Jahre 2002 waren es 444 Reaktoren und im Jahre 2009 nur noch 436 Reaktoren. Im Jahre 2008 wurde seit den 60er Jahren wieder ein neues Kernkraftwerk in Betrieb genommen. Und die Zunahme der Kernkraftwerke ist erneut steigend. So sind momentan 440 Reaktoren im Betrieb und 62 Reaktoren befinden sich im Bau.
Trotz weltweit zunehmender Zahl von Ankündigungen über Pläne zum Bau von neuen Kernkraftwerken stagniert der Neubau, wofür nicht zuletzt die zurückgehende Bereitschaft der Banken beiträgt, neue Kernkraftwerke zu finanzieren. Besonders in den USA zeichnet sich ab, dass aufgrund der sich verschärfenden Haushaltslage keine staatlichen Subventionen für Kernkraftwerke mehr möglich sind. Banken verlangen dort Staatsbürgschaften über 100 % der Baukosten. In Großbritannien erwägt die Regierung, die geplanten neuen Kernkraftwerke nicht mehr wie bisher durch Subventionen zu finanzieren, sondern die Stromverbraucher dafür mit einer Energiesondersteuer zu belasten.[10] Dabei würden den privaten Haushalten in Großbritannien jährliche Mehrkosten in Höhe von durchschnittlich 49 € entstehen. Eine Studie von 2009 sagt voraus, dass die Zahl der weltweiten Kernkraftwerke bis 2030 um 30 Prozent sinken werde. Zwar gebe es eine hohe Zahl von Neubauvorhaben, jedoch wird angenommen, dass höchstens ein Drittel realisiert wird. Weltweit befinden sich seit Mitte 2011 62 Kraftwerksblöcke in Bau, 154 in Planung und weitere 342 sind langfristig angedacht.

Der Kernreaktor ist der wichtigste Bestandteil eines Kernkraftwerks. Im Reaktorkern wird durch gezielte Kernspaltung Wärme erzeugt. Diese Wärme wird dazu verwendet eine Kühlflüssigkeit zu erwärmen, welches durch den Reaktor gepumpt wird. So wird die Energie die durch die Spaltung entsteht abtransportiert. Der Reaktor wird von einem Schild umgeben (Thermischer Schild). Weil bei der Kernspaltung radioaktive Strahlungen entstehen. Dazu besteht eine äussere Hülle welche bei Störfällen verhindern sollte, dass radioaktive Teile an die Umwelt gelangen. Sie funktioniert wie ein Sicherheitsbehälter welcher sich in einem Ernstfall hermetisch schliesst. Er wird so gebaut dass er dem Druck standhalten kann der sich entwickelt und beständig verstärkt. Dazu kommt das fast alle Reaktorgebäude mit einer Betonkuppel überbaut sind. Die Betonkuppel ist so konstruiert das sie äusseren Einwirkungen standhalten kann.
Für die Kernspaltung werden bei den meisten Reaktoren die in Betrieb sind Uran mit dem Isotop 235U verwendet in seltenen Fällen kommt noch Uran mit dem Isotop 237U vor. Das Uran muss alle drei Jahr ausgewechselt werden, da dann der Anteil des Isotops 235U zu starkgesunken ist. Ein weiterer Faktor ist dass das Uranisotops 238U in Plutonium umgewandelt wird. Man wechselt die Brennelemente alle drei Jahre dabei teilt man diese in Drittel auf. So brennen 2 Elemente weiter.
Das Plutonium das entsteht bei dem Zerfall von dem Uran, lässt sich besonders gut als Brennelement nutzen. Dafür müssen aber die Brennelemente wieder aufbereitet werden. Doch die Brennelemente welche einen höheren Gehalt an Plutonium haben (MOX- Brennelemente) sind aufgrund des höheren Sicherheitsrisiko durch Proliferation sehr umstritten.
"Am weltweiten Gesamtverbrauch von Primärenergie hatte die Kernkraft 2008 einen Anteil von 5,5 %."

Bei der Kernspaltung entweicht beständig kleine Menge von radioaktivem Material, durch die Kühlung des Reaktors. Es umfasst dabei Edelgase wie Krypton- 85 und ein instabiles Isotop namens Tritium. Doch das ist leider nur der Teil der radioaktiven Verbreitung in der Umwelt, welcher jeden Tag verbreitet wird und als normal eingestuft wird.
Durch Störfälle in den Sicherheitsbarrieren können viel grössere Mengen an radioaktivem Material an die Luft gelangen und somit in die Nahrung der Lebewesen übergehen. Deshalb wird beständig daran gearbeitet das es im Ernstfall viele konstruktive Möglichkeiten gibt das zu verhindern auch wenn der Reaktor zu einem Grossteil zerstört oder ausser Betrieb ist. Es werden auch immer mehrere Sicherheitsbarrieren eingebaut, also könnte theoretisch ein Teil des Systems versagen und es würde immer noch keine grössere Mengen an radioaktivem Material an die freie Luft gelangen, da es noch weitere Sicherheitsnassnahmen gäbe. Jedoch für eine Gefahr einer Kernschmelze (Ausfall der Kühlung des Reaktors und darauffolgende Hitzeentwicklung welche den gesamten Reaktor zum Schmelzen bringt), gibt es eine Lösung welche von grossem Nutzen für die Umwelt ist.
Den Austritt des Materials zu stoppen (Three Mile Island) oder einen kontrollierte Austritt des Materials auf der Anlage des Areals des Kernkraftwerks. Da unter dem Reaktor eine dicke Spezialbetonschicht besteht. Nun aber noch einmal zurück zum Unfall in Tschernobyl, was ist passiert das so ein Unfall zustande kommen konnte und was waren die Reaktionen.
Durch die Kernschmelze wurden die Brennelemente "aufgerissen" dabei bildete sich Wasserstoff. Diese löste eine Dampf- Wasserstoff Explosion aus. Die Explosion zerstörte die Abdeckung des Reaktors. So flogen Brennelemente in der Unmittelbaren Nähe des Kernkraftwerks umher. Es wurde jedoch noch schlimmer, durch die Verteilung des Brennstoffes löste dich ein Graphitbrand aus, was zur Folge hatte das eine riesen Wolke mit radioaktivem Material entstand. Diese Wolke dehnte sich nach Nordeuropa aus und dann weiter über den ganzen Kontinent Europa.
Es war ein sogenannter Super- Gau, so nennt man einen Unkontrollierten Austritt von radioaktivem Material.


Es wurde in letzter Zeit aber noch eine weitere beständige Gefahr festgestellt welche von den Kernkraftwerken ausgeht. Nämlich die Kinder welche im Umkreis von fünf Kilometern an einem Kernkraftwerk leben, haben eine deutlich höhere Leukämie Erkrankungs- Gefahr. So starben in den Jahren 1980- 2003 nur siebzehn Kinder neu an Leukämie wo nicht in einem 5 Kilometerumkreis von einem Kernkraftwerk lebten. Bei den Kindern welche in dem 5 Kilometerumkreis lebten waren 37 Kinder. Das sind 1.2 Kinder pro Jahr. Doch die Kernkraftlobby dementiert das und sagt sie haben keine Verschuldung an der hohen Erkrankungsrate. Sie sagen das die radioaktive Belastung welche von den Kraftwerken auskomme bereits in der Luft zerfallen, vielmehr sei die Belastung in der Luft welche schon immer da war das Problem.
Eines der grössten Probleme habe ich jedoch noch nicht aufgefasst, die Endlagerung.
Die im Betrieb entstandenen Spaltprodukte und erbrüteten Transurane (Plutonium, Americium, Neptunium, etc.) müssen anschließend für längere Zeit aus der Biosphäre ferngehalten werden, bis sie zum größten Teil zerfallen sind. Diese Zeit reicht je nach Isotop von einigen Monaten bis zu vielen tausend Jahren. Zu den Spaltprodukten zählt das zu 0,7 % anfallende Iod-Isotop 129I mit einer Halbwertszeit von 15,7 Mio. Jahren. Iod und seine Isotope werden als essentielles Spurenelement vom menschlichen Organismus aktiv aufgenommen, vor allem von der Schilddrüse. Das Risiko besteht vor allem in einer Freisetzung während der Zeit der Lagerung. Mithilfe von Wiederaufbereitung und Transmutation könnte versucht werden, die nötige Lagerzeit auf wenige hundert Jahre zu senken, jedoch sind die dafür nötigen Anlagen und Verfahren auch in der Kritik und bisher nicht anwendungsreif.
Vor der Endlagerung werden die abgebrannten Brennstäbe chemisch aufgelöst und in ihre Bestandteile getrennt. Bei dieser Konditionierung, die in Wiederaufbereitungsanlagen erfolgt, kann im Betrieb wie auch durch Unfälle und Irrtümer radioaktives Material in die Umwelt gelangen. Abgebrannter Kernbrennstoff aus deutschen Kernkraftwerken wird in der Wiederaufarbeitungsanlage La Hague an der französischen Kanalküste verarbeitet und zur Zwischen- und Endlagerung wieder zurück nach Deutschland gebracht. Der Transport erfolgt mit Hilfe von Castor-Behältern. Seit 2005 sind in Deutschland Transporte abgebrannter Brennelemente aus deutschen Kernkraftwerken per Atomgesetz verboten, die direkte Endlagerung ist daher die einzige Möglichkeit.

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