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.

Physik; Radioaktivität und Kernphysik; 1. Sek / Bez / Real; Funktionsweise, Chancen und Gefahren von Kernreaktoren

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