Energie aus Atomkernen

Medienpaket für Kinder VIII – Energie aus Atomkernen
Inhalte
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Einführungstext: Riesenenergie aus Miniteilchen (mit Grafik)
Infobox: Zahlen, bitte!
Hintergrund: Gefährliche Strahlen
Hintergrund: Immer Ärger mit dem Müll
Wusstest du, dass…? – Atommüllberg
Stichwort: Uran
Blitzmerker: 1) Wichtige Winzlinge
2) Es geht kleiner!
3) Die Hälfte von der Hälfte von der Hälfte
Kurzes Atomkraft-ABC
Alles mal anders herum: Kernfusion
Wusstest du, dass…? – Gefährliche Strahlen für die Medizin
Extra: Kernkraft als Bombe
Grafik
Fotos!:
1 Bei Nutzung der Fotos sind die Fotocredits und Captions zu beachten.!
Atomkraft: Riesenenergie aus Miniteilchen
Wie wäre es, wenn man aus
einem Zuckerwürfel die Energie
holen könnte, um zwölf Millionen
Frühstückseier zu kochen? Das
geht! Allerdings nicht so gut mit
Zucker. Sondern besser mit
einem anderen Stoff, der Uran
genannt wird. Es ist ein Metall,
das in der Natur vorkommt. Aus
ihm lassen sich unglaubliche
Energiemengen gewinnen. So viel,
dass man aus einem zuckerwürfelgroßen Stück die Energie
Zwei große Kühltürme sind schon von Weitem zu sehe: Das ist das
bekommt, um Millionen Eier zu
Atomkraftwerk Biblis in Hessen Foto: Boris Roessler, dpa
kochen. Gemacht wird das mit
einer besonderen Technik in Atomkraftwerken.
Das Uran für die Kraftwerke wird zum Beispiel unter der Erde abgebaut und dann noch
behandelt. Die Energie steckt im Innersten der winzigen Bausteine des Urans: in den Kernen seiner Atome. Man kann sie sich wie lauter Minikugeln vorstellen, so klein, dass niemand sie sehen kann. Die Atomkerne sind aus noch kleineren Kügelchen zusammengesetzt, ähnlich wie eine Brombeere. Eine starke Kraft hält die Kügelchen der Beere zusammen. Wenn alles einfach so in Ruhe da ist, ist von der vielen Energie darin noch nichts zu
ahnen. Um die Kernenergie freizusetzen, muss man die Atomkerne kaputt machen.
Sie werden dazu mit noch kleineren Teilchen beschossen, den Neutronen. Wenn ein Neutron auf einen Atomkern trifft, spaltet es ihn. Zwei neue Kerne entstehen. Doch dabei geschieht etwas Sonderbares: Die beiden neuen Kerne wiegen zusammen weniger als der
Kern, aus dem sie entstanden sind. Die Masse ist aber nicht einfach verschwunden. Sie
wandelt sich um. In Energie!
In Atomkraftwerken wird das massenhaft gemacht. Das geht bei Uran
besonders gut: Teilt man nämlich ein
Uran-Atom in zwei Teile, geben sie
zwei bis drei der kleinen Neutronen
ab. Eines davon kann dann wieder
ein Uran-Atom nebenan spalten. Das
gibt wieder Neutronen ab… Und so
weiter, und so weiter. Das nennt sich
Kettenreaktion. Im Kraftwerk wird
sie genau gesteuert.
Bei jeder Spaltung wird ein bisschen Energie frei. Insgesamt kommt eine Menge zusammen. Und zwar als Wärme. In Atomkraftwerken wird mit der Wärme Wasser erhitzt. Das
kennt ihr von zu Hause: Wenn Wasser kocht, dampft es. In einigen Atomkraftwerken treibt
der Dampf eine Art Windrad an, das Turbine genannt wird. Die Turbine dreht einen riesigen
Dynamo – so wie am Fahrrad, nur viel größer. Der Dynamo im Kraftwerk heißt Generator.
Er wandelt das Drehen in elektrische Energie um. Also in Strom.
Das Besondere ist, dass aus sehr wenig Uran ziemlich viel Strom gewonnen werden kann.
Das klingt alles super toll. Doch Kernenergie birgt viele Gefahren. Uran ist sehr giftig. Und
es setzt gefährliche Strahlen frei, die Menschen, Tieren und Pflanzen schaden oder sie sogar töten können. Im Atomkraftwerk schirmt daher ein dicker Betonmantel den Bereich
ab, in dem Uran liegt. So dringt nichts nach außen. In anderen Ländern gab es aber schon
Unfälle. Gefährlich ist auch der Atommüll, der zum Teil Zehntausende Jahre strahlt. Man
weiß noch nicht, wo man diesen Abfall aufbewahren soll.
Deswegen wird über Atomkraft viel gestritten. Gerade jetzt auch wieder. Denn eigentlich
sollten die Atomkraftwerke in Deutschland bis etwa 2022 eins nach dem anderen abgeschaltet werden. Doch die Regierung von Bundeskanzlerin Merkel will sie nun länger laufen
lassen. Darüber wird noch viel gesprochen und diskutiert.
Infobox: Zahlen, bitte!
- 17
Atomkraftwerke produzieren in Deutschland im Moment Strom. Fast die
Hälfte davon steht in Bayern und in Baden-Württemberg.
- 235
Diese Zahl hängt am Namen des Urans, das in unseren Atomkraftwerken
genutzt wird. Es heißt ganz genau Uran-235 – weil 235 kleine Kügelchen seinen Atomkern bilden.
- 450
Etwa so viel Atomkraftwerke gibt es weltweit.
- 1961
gab es in Deutschland das erste Mal Atomstrom.
Hintergrund: Gefährliche Strahlen
Sie sind unsichtbar, man hört und riecht sie nicht: Die Rede ist von Strahlen, die bei der
Kernspaltung frei werden. Fachleute nennen sie auch radioaktive Strahlen. Diese Strahlen
entweichen, wenn Atomkerne von allein zerfallen. Das gibt es auch
bei Uran. Weil auf der Erde immer irgendwo Atome zerfallen,
bekommen wir alle ständig ein bisschen dieser Strahlen ab. Das
schadet in der Regel nicht.
Sehr gefährlich aber sind große Strahlenmengen. Denn die Strahlen zerstören die Zellen, aus denen Menschen, Tiere und Pflanzen
aufgebaut sind. Wer viel abbekommt, kann sehr krank werden
oder sogar sterben. Ein schwerer Unfall in einem Atomkraftwerk
kann zum Beispiel dazu führen, dass Regionen für sehr lange Zeit
Hier darf kein Fremder weiter gehen. Das Schild warnt vor Strahlung
und hängt in einem Atomkraftwerk in Bayern. Foto: dpa.
unbewohnbar werden. So passierte es bei einem schlimmen Unfall 1986, also vor 24 Jahren, in der Ukraine im Osten Europas. Da explodierte eine Anlage im Atomkraftwerk des
Ortes Tschernobyl. Es war der bisher schwerste Unfall in der Geschichte der Atomkraft. Die
deutschen Werke sind ganz anders gebaut und gelten als sehr sicher.
Hintergrund: Immer Ärger mit dem Müll
Bei der Atomkraft gibt es ein Müll-Problem. Denn nach einiger
Zeit ist das Uran in den Kraftwerken verbraucht. Es kann nicht
mehr genug Energie daraus gewonnen werden. Neues Uran
muss her. Doch wohin mit dem alten? Es ist Atommüll. Und der
hat es in sich: Atommüll ist sehr gefährlich, er strahlt und ist
super giftig. Und zwar für Hunderte oder Tausende Jahre! Einfach wegwerfen geht also auf keinen Fall.
Deshalb wird erstmal versucht, ihn fest und sicher zu verpacken, damit nichts davon verstreut wird. Oft wird er in spezielle
Fässer gefüllt. Und die lagert man im Moment meist in alten
Bergwerken ein, damit nichts von den Strahlen auf die Erde
dringt. Doch dort kann der Müll nicht für immer bleiben. Gibt
es irgendwann ein Erdbeben, bricht ein Vulkan aus oder wird
es extrem kalt, könnten die Fässer kaputtgehen und der Inhalt
nach oben kommen oder das Grundwasser verschmutzen.
Ein Demonstrant in Ahaus (Kreis
Deshalb suchen Fachleute schon seit vielen Jahren auch bei
Borken) Als Atomfass verkleidet und
uns fieberhaft nach einem geeigneten Ort. Sie wollen
hält ein Schild „keiner will mich“.
Atomkraftgegner demonstrierten an
sozusagen eine Müllkippe für die Ewigkeit finden. Bisher ist
diesem Tag bundesweit gegen Atomdas noch nicht gelungen. Aber jeden Tag kommt mehr Aenergie. Foto: Frico Gentsch, dpa
tommüll hinzu.
Wusstest du, dass…? - Atommüllberg
Wusstest du, dass allein die deutschen
Atomkraftwerke jedes Jahr 450 Tonnen
gefährlichen Abfall produzieren? Dieser
Atommüll wiegt also so viel wie 90 große
Elefanten zusammen. Nimmt man den Müll
aller Atomkraftwerke anderswo auf der Welt
hinzu, kommt noch viel mehr zusammen.
In diesen gelben Fässern ist Atomüll gelagert. Sie
stehen rund 500 Meter unter der Erde in einem
Stichwort:Foto
Uran
Zwischenlager
Jens Wolf, dpa
Uran ist ein Metall. In reiner Form ist es silberweiß und recht weich. Doch in reiner Form
findet man Uran in der Natur nicht. Denn es verbindet sich sehr schnell mit anderen Stoffen, etwa mit dem Sauerstoff aus der Luft. Daher wird es an der Luft schnell gelblich und
dann schwarzbraun. Uran wird zum Beispiel in Bergwerken abgebaut. Früher wurde das
auch in Deutschland gemacht. Heute sind die Uranminen hier geschlossen.
Blitzmerker:
1) Wichtige Winzlinge
Stell dir vor, die Natur wäre komplett aus Lego gebaut. Dann wären Atome die einzelnen
Legosteine, die Bausteine der Natur. Atome sind winzig klein, man kann sie nicht sehen.
Alles auf der Erde besteht aus verschiedenen dieser Winzlinge. Sogar du selbst. Wie klein
Atome sind, wird an folgendem Beispiel klar: Ein Wassertropfen besteht aus
6.000.000.000.000.000.000.000 Atomen! Das sind sechs Trilliarden.
2) Es geht kleiner!
Noch viel kleiner als das Atom ist der Atomkern in seiner Mitte. In ihm steckt die Energie,
die in Atomkraftwerken genutzt wird. Und wie klein ist viel kleiner? Stellen wir uns vor, ein
Atomkern wäre so groß wie eine Kirsche. Und diese Kirsche läge im Mittelkreis eines Fußballstadions. Dann wäre das Atom insgesamt ungefähr so groß wie das ganze Fußballstadion. Ehrlich gesagt können sich nicht mal Erwachsene wirklich vorstellen, wie winzig das
alles ist.
3) Die Hälfte von der Hälfe von der Hälfte…
Wie lange dauert es, bis zerfallende Atomkerne nicht mehr strahlen? Diese Frage ist super
wichtig – zum Beispiel, wenn man wissen will, wie lange Atommüll gefährlich bleibt. Das zu
berechnen, ist etwas kniffelig. Denn man weiß vorher gar nicht, wann ein einzelner Atomkern zerfallen wird. Das kann ganz schnell gehen oder unheimlich lange dauern. Man weiß
immer nur, wie lange es dauert, bis von ganz vielen Atomkernen die Hälfte zerfallen ist.
Genau gesagt ist es so: Nach einer bestimmten Zeit, sagen wir: nach 30.000 Jahren, ist die
Hälfte zerfallen. Damit von der übrigen Hälfte noch mal die Hälfte zerfällt, dauert es wieder
30.000 Jahre. Und dann noch einmal 30.000 Jahre, bis die Hälfte der Hälfte der Hälfte zerfallen ist. Und so weiter…
Kurzes Atomkraft-ABC
Brennelement
-
Brennstäbe
-
Kühlturm
-
Reaktor
-
Ein Bündel Brennstäbe im
Atomkraftwerk
In ihnen steckt in Atomkraftwerken
das Uran. Es wird in Tablettenform
hineingefüllt. Mehrere Brennstäbe
sind gebündelt zu sogenannten
Brennelementen
So etwa sieht ein Brennelement mit
Ein Turm, der oft wie eine
Brennstäben aus. Dies hier ist ein
Modell. Foto: Maurizio Gambarini,
Sanduhr geformt ist. Viele
dpa
Atomkraftwerke haben einen oder
mehrere. In ihm wird das Kühlwasser, wenn es warm wurde, wieder abgekühlt
So heißt eine Anlagen, in der Atomkerne in einer geregelten
Kettenreaktion gespalten werden. Im Kraftwerk ist das der
Bereich, auf den es ankommt. Hier wird die Energie aus den
Atomkernen freigesetzt
Alles mal anders herum: Kernfusion
Was ist unglaublich heiß, wahnsinnig hell und liefert uns am meisten Energie? Die Sonne,
genau! Ihr Energiegeheimnis steckt in ihrem Innern. Dort passiert das Entgegengesetzte
wie bei der Kernspaltung. Kerne verschmelzen! Genauer: Wasserstoffatome. Im Inneren
der Sonne wimmelt es nur so von ihnen. Wenn sie schnell zusammenprallen, verschmelzen
sie. Es entsteht Helium. Ihr kennt das Gas vielleicht: Wenn man Helium in Luftballons füllt,
schweben sie. Ähnlich wie beim Spalten von schweren Atomen wird auch beim Verschmelzen von leichten viel Energie frei. Deshalb ist die Sonne so heiß und wärmt unsere ganze
Erde.
Forscher versuchen, das nachzubauen – sozusagen eine Sonne im Kleinen als Kraftwerk auf
der Erde. Doch das ist nicht einfach. Viele Wissenschaftler aus der ganzen Welt tüfteln nun
schon seit Jahren daran. Das Prinzip nennt sich übrigens Kernfusion (gesprochen: Kern-fusjon).
Wusstest du, dass…? – Gefährliche Strahlen für die Medizin
Wusstest du, dass die gefährlichen Strahlen, die zerfallende Atome freisetzen, auch Gutes
bewirken können? In der Medizin werden sie zum Beispiel zum Kampf gegen Krebs benutzt.
Dazu werden die Krebszellen beispielsweise gezielt mit diesen Strahlen beschossen, um sie
zu abzutöten.
Extra: Kernkraft als Bombe
Was viel Energie hat, kann oft auch viel Schaden anrichten. So ist das auch bei der Atomkernspaltung. Diese Technik kann missbraucht werden, um eine Bombe zu bauen. Eine Atombombe. In solchen Waffen finden im Grunde die gleichen Uran-Kettenreaktionen statt
wie in Kernkraftwerken. Nur nicht so langsam und kontrolliert, sondern alle Atomkerne
werden auf einmal gespalten. So wird in ganz kurzer Zeit wahnsinnig viel Energie frei. Ein
unvorstellbarer Blitz und ein Knall entstehen.
Atombomben können ein ganzes Land zerstören und unbewohnbar machen. Wahrscheinlich
besitzen neun Staaten auf der Erde solche Waffen. Seit vielen Jahren wird versucht, Atomwaffen langsam abzuschaffen. Dazu haben zum Beispiel über 200 Länder einen Vertrag unterschrieben. In ihm versichern Länder, die solche Waffen haben, dass sie sie nicht weitergeben. Länder, die keine haben, dürfen sich solche Waffen auch nicht besorgen. Das wird
auch kontrolliert.