Funktionsweise eines Kernkraftwerks

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Funktionsweise eines Kernkraftwerks
Physik; Klasse 10
Gym. Ricarda-Huch-Schule
Braunschweig
23.06.1999
Inhalt:
1. Die Funktionsweise eines AKW's
2. Die Kettenreaktion [Folie 4]
2.1 Video (20sek.)
3. Der Reaktor [Folie 5,7]
3.1 Video (2:10 min)
4. Sicherheit [Folie 9]
5. Tschernobyl
5.1 Video (1 min)
6. Kommentar
Die Funktionsweise eines AKW's
In einem Reaktor wird eine Kettenreaktion gestartet. Bei dieser Reaktion entsteht
Wärme, die Wasser in Dampf umwandelt. Dieser Dampf treibt die Turbinen an, welche
einen Generator betreiben. Dadurch wird Strom erzeugt. Die Erzeugung von Strom
durch Kernkraft ist wesentlich günstiger als die durch Verbrennung fossiler Brennstoffe.
Die Sicherheit spielt im Bereich der Kernkraft durch die radioaktive Strahlung eine sehr
große Rolle. Deutschland ist im Bereich der Sicherheitstechnik eines der führenden
Länder.
Die Kettenreaktion
Die kontrollierte Kettenreaktion wird meistens im Zusammenhang mit der Kernspaltung
genannt. Bei der Kernspaltung werden schwere Atomkerne (wie z.B. Uran 235) mit
sogenannten „langsamen" Neutronen, die eine Geschwindigkeit von ca. 2km/ haben
s
beschossen. Beim Aufprall auf den Atomkern wird dieser zu schwer und deformiert sich.
Die kerneigenen Kernkräfte, die die Protonen und Neutronen zusammenhalten, reichen
ab jetzt nicht mehr aus um den Kern zusammen zu halten, die Folge ist: Der Kern
spaltet sich in zwei verschiedene Elemente auf, meistens im Verhältnis 2:1.
Beim Spaltungsprozess eines Urankerns werden daher meistens Die beiden Elemente
Barium 144 und Krypton 89 frei.
Aber bei der Kernspaltung werden nicht nur neue Elemente frei, sondern auch 2 bis 3
km
„schnelle" Neutronen (100.000
/ ). Diese sind noch zu schnell um andere Kerne zu
s
spalten und müssen zuerst einmal durch wiederholtes Abprallen an anderen Atomen
ihre Energie reduzieren, so daß sie auch langsam werden und weitere Kerne spalten
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können. Um den Vorgang unter Kontrolle zu halten, müssen die überschüssigen
Neutronen entfernt werden, andernfalls kommt es zu einer Kettenreaktion, die sich
rapide ausbreitet. Ein Ergebnis der unkontrollierten Kernspaltung ist die Atombombe.
Sie war die erste „praktische" Anwendung der Kernspaltung – 1945 warfen die USA je
eine Bombe auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki.
Video: 0:00:00 - 0:00:20
Der Reaktor
Es gibt zwei verschiedene Reaktortypen: Den Siedewasser- und den
Druckwasserreaktor. Beide arbeiten mit Wasser, welches sich in den meisten
Kraftwerken ,ob nun Kernkraft , Kohle oder Gaskraftwerk wiederfindet. Überall wird
Wasser erhitzt, um eine Turbine anzutreiben. Aber zurück zu den Kernreaktoren: Der
Druckwasserreaktor hat 2 separate Wasserkreisläufe: Der erste ist der Reaktorkreislauf,
in dem das Wasser direkt durch den Reaktor läuft und sich dabei auf Temperaturen
zwischen 320°C und 330°C erhitzt. Dieses Wasser fließt zu einem sogenannten
Wärmetauscher um seine Wärme an den zweiten Kreislauf abzugeben und dann wieder
zurück zum Reaktor zu fließen. Dieses Wasser kann nicht verdampfen, weil es unter
155bar Druck steht. Das Wasser im zweiten Kreislauf steht nicht unter diesem Druck, es
erhitzt sich und verdampft im Wärmetauscher um dann anschließend zur Turbine
weitertransportiert zu werden. Anschließend kommt es in den Kondensator wo es durch
Kühlwasser abgekühlt wird und wieder kondensiert, von dort beginnt sein Kreislauf von
neuem.
Im Siedewasserreaktor gibt es nur einen Kreislauf, der Reaktor und Turbine verbindet.
Das Wasser läuft durch den Reaktor, verdampft und kommt durch die Turbine zum
Kondensator.
Die Turbinen sind in beiden Fällen jeweils mit einem Generator verbunden, der dann
den Strom liefert.
Sicherheit
Die Sicherheit wird in westlichen AKW's groß geschrieben. Die Brennelemente sind von
einem Bleimantel umgeben, der den größten Teil der radioaktiven Strahlung zurückhält.
Dieser Mantel wiederum ist vom Druckbehälter umgeben ,der dem enormen Druck und
den hohen Temperaturen im Reaktorinneren standhalten muß. Der Druckbehälter ist
von einem Betonmantel, von einem gasdichten Stahlbehälter und zu guter Letzt von
einer Stahlbetonhülle umgeben. Also wird selbst bei einer Kernschmelze nur ein
minimaler Teil radioaktiver Strahlung freigesetzt.
Tschernobyl
Video: 0:00:20 - 0:02:30
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Zitat aus „Die Chronik des 20.Jh":„Tschernobyl. Im ukrainischen Kernkraftwerk
Tschernobyl kommt es zum bisher schwersten Unfall in der Geschichte der friedlichen
Nutzung von Atomenergie. Bei einem Reaktorbrand werden Strahlungen von insgesamt
50 Mio. Curie freigesetzt: Das ist 40-50mal soviel Radioaktivität wie bei der
Atombombenexplosion über Hiroshima.
Auslöser des GAU (größter anzunehmender Unfall) war eine Reihe von
Bedienungsfehlern (u.a. Abschaltung des Notkühlsystems). An den unmittelbaren
Folgen des Unfalls sterben innerhalb von drei Monaten 28 Personen, 200 werden
wegen akuter Strahlenkrankheit in Krankenhäuser eingeliefert. 135000 Menschen
werden aus einer 30-km-Sicherheitszone evakuiert. Die radioaktive Wolke breitet sich
bis nach Nord- und Mitteleuropa aus. Am 30.5. werden in Süddeutschland
Radioaktivitätswerte in der Luft gemessen, die 15mal höher sind als die Normalwerte.
Weltweit wird mit mehreren Tausend Krebstoten als Spätfolge des Unfalls gerechnet,
hinzu kommen genetische Schäden bei nachfolgenden Generationen."
Video: 0:02:30 - 0:03:45
Kommentar
Daß die Kernkraft als so gefährlich verschrieen ist, ist zwar verständlich, aber mit den
strengen Sicherheitsvorkehrungen ist ein weiterer Zwischenfall, wie in, Tschernobyl
ziemlich unwahrscheinlich. Kernkraftwerke machen im Gegensatz zu anderen
Kraftwerken kaum Umweltverschmutzung. Man kann also sagen, die Kernkraft ist eine
der sichersten Energieerzeugungsvorgänge unserer Zivilisation. Natürlich ist es auch
sinnvoll, sich auf alternative Energien zu konzentrieren, aber solange wir keine billige,
energiebringende Alternative haben, sind AKW's die besten Kraftwerke um den
Grundbedarf an Strom zu decken (79%).
Quellen:
„Physik"buch, Sek 1 von Schroedel
„Natur und Technik", Kl. 10 von Cornelsen
„Vom Elektron zum Kraftwerk" von der HASTRA
Referatauszüge von http://www.referate.heim.at