Funktionsweise, Chancen und Gefahren von Kernreaktoren
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Zusammenfassung
Funktionsweise, Chancen und Gefahren von Kernreaktoren
Durch die Kernspaltung wird Energie freigesetzt. Bei einer Kernspaltung von Uran-235 wird ca. 210 MeV (eV = Elektronenvolt) Energie freigesetzt, was bedeutet, dass bei einer Spaltung von lediglich einem Gramm Uran ein Haushalt für 10 Jahre mit elektrischer Energie versorgt wäre. Das Ziel eines Kernreaktors ist es, diese Energie zur Erzeugung elektrischen Stroms zu verwenden. Dabei ist die Herausforderung, die Kettenreaktion kontrolliert ablaufen zu lassen und die Wärmeenergie möglichst effizient zu nutzen.
Spaltmaterial
Der Kernreaktor soll dazu dienen, die bei Kettenreaktionen freigesetzte Energie zu verwenden. Da im natürlichen Uran zu wenig spaltfähiges Uran-235 für eine dauerhafte Kettenreaktion enthalten ist, muss es angereichert werden. Das angereicherte Uran wird in Brennstäbe abgefüllt.
Moderator und Reflektor
Die bei einer Kernspaltung freigesetzten Neutronen sind zu schnell, um neue Spaltungen auszulösen. Daher gibt es ein Moderatormedium, welches die Neutronen nicht selbst absorbiert, sondern durch Stösse abbremst. Bei langsameren Neutronen steigt die Wahrscheinlichkeit, für weitere Kernreaktionen. Ein solches Moderatormedium ist beispielsweise Wasser oder auch Grafit (Kohlenstoff). Damit nicht zu viele Neutronen den Reaktionsbereich ohne eine Wechselwirkung verlassen, gibt es Reflektoren, welche die Neutronen durch Streuung wieder zurückwerfen.
Steuerung
Damit die Kettenreaktion gesteuert werden kann, gibt es die Regelstäbe aus Bor oder Cadmium. Diese Stäbe fangen Neutronen ein, wodurch die Kettenreaktion durch ein- bzw. ausführen dieser Stäbe im Reaktionsbereich gehalten werden kann. Auch eine Schnellabschaltung ist durch Einfügen der Stäbe möglich, da somit der Neutronenfluss gestoppt wird.
Kühlmittel
Um die kinetische Energie der Spaltprodukte in Form von Wärme zu nutzen, wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, flüssiges Natrium oder Gase verwendet, welche die Neutronen nicht absorbieren. Das Kühlmittel interagiert durch Stösse mit den Spaltprodukten, wodurch die Energie übertragen wird. Das Kühlmittel wärmt sich folglich auf.
 | 1. Betonabschirmung 2. Dampf 3. Druckbehälter 4. Regelstäbe 5. Brennstäbe 6. Reflektor 7. Moderator 8. Wasser 9. Wärmetauscher |
Vor- und Nachteile des Kernreaktors
Vorteile | Nachteile |
| enorm grosse Energiequelle | grosse Menge an stark radioaktivem Material |
| im Normalfall emissionsfrei und weitgehend klimaneutral | die Endlagerung der radioaktiven Abfälle ist unklar |
| gute Sicherheitssysteme, damit normalerweise nichts in die Umwelt austritt | Unfälle (bspw. Fukushima) kann grosse Folgen haben |
| Sicherheitssystem ist auch bei ernsten Störfällen fähig, die Umwelt zu schützen | Uran steht nicht unbegrenzt zur Verfügung |
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Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Was ist das Problem bei natürlichem Uran als Spaltmaterial?
In natürlichem Uran kommt nur sehr wenig spaltbares Uran-235 vor, weshalb eine dauerhafte Kettenreaktion nicht möglich ist.
Was ist die Aufgabe eines Moderatormediums?
Das Moderatormedium dient dazu, die schnellen Neutronen abzubremsen, ohne sie dabei selbst zu absorbieren, damit die Wahrscheinlichkeit steigt, dass eine weitere Kernspaltung ausgelöst wird.
Wie kann die Kettenreaktion schnell beendet werden?
Durch einfügen der Regelstäbe, welche Neutronen einfangen, wird der Neutronenfluss gestoppt. Somit gibt es keine freien Neutronen mehr, die eine Kernspaltung anregen können.
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