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Nutzung der Kernkraft

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Kernkraftwerke

Erkundige dich über den Aufbau und die Funktionsweise des Kernkraftwerks und ergänze danach die fehlenden Begriffe.

Die gesteuerte Kettenreaktion wird heutzutage in Kernkraftwerken zur Gewinnung von elektrischer Energie genutzt. Bei der Betreibung eines Kraftwerks ist es wichtig, dass die Kernspaltung steuerbar und kontinuierlich abläuft, damit es nicht zu Unfällen kommt.

Dazu müssen genug spaltbares Material und Neutronen mit der notwendigen Geschwindigkeit existieren. Außerdem muss die Neutronenzahl regulierbar sein. Die zur einer Kettenreaktion benötigte Mindestmasse wird als kritische Masse bezeichnet.

Als spaltbares Material benutzt man meistens Uran mit 3,5% U-235 und mit 96,5% U-238.

Das spaltbare Material wird dann in Tablettenform in Brennstäben in das Reaktorgefäß gebracht.

Die Neutronen entstehen bei der Spaltung von alleine. Wenn die Neutronen die richtige Geschwindigkeit haben, werden automatisch bei jeder Spaltung 2-3 Neutronen weitere freigesetzt.

Dies bezeichnet man als Kettenreaktion. Um die Geschwindigkeit zu regulieren benutzt man so genannte Moderatoren. Die Kettenreaktion wird mit Regelstäben aus Bor oder Cadmium gesteuert.

Durch das Ein- oder Ausfahren der Regelstäbe wird die ablaufende Reaktion gesteuert. Dies ist wichtig, da es sonst zu einer Explosion des Reaktors kommen könnte.

Boiling water reactor german.svg

Durch die Kernenergie entsteht Wärme die auf das Wasser übertragen wird. Durch den entstehenden Dampf wird nun eine Turbine angetrieben. Diese treibt dann den Generator an, der wiederrum elektrischen Strom erzeugt.

Die drei größten Vorteile des Kraftwerkes sind: es werden keine fossilen Brennstoffe benötigt, der Schadstoffausstoß bleibt gering und es kann durch kleine Mengen viel Strom erzeugt werden.

Heutzutage gibt es weltweit ca 440 Kraftwerke. Die zwei größten Probleme sind einerseits, dass durch kleine Fehler große Mengen an radioaktiven Material freigesetzt werden können ( Beispiel: Tschernobyl und Fukushima) und die Endlagerung““ von den radioaktiven Abfällen.

Kernspaltung

Um 1930 experimentierten viele Wissenschaftler mit radioaktiver Strahlung. 1932 entdeckte der Engländer Chadwick die Neutronen bei der Bestrahlung von Beryllium mit Alphateilchen. Nun konnte man den Aufbau der (Atomkerne) aus Neutronen und aus Protonen, die Rutherford 13 Jahre vorher entdeckt hatte, erklären. Man erkannte aber auch, dass es noch andere Teilchen gab, da die Neutronen von Protonen nicht abgestoßen wurden.

Darauf bestrahlte Enrico Fermi weitere Elemente mit schweren Kernen mit Neutronen, dabei veränderten sich alle Stoffe. Er nannte sie Transurane, weil er davon ausging, dass sich diese Stoffe im Periodensystem jenseits des Urans befinden (trans-lat. jenseits)

1934 bestrahlte er Platin mit Neutronen und es entstand Gold.

Im gleichen Jahr, 1934, wurde die künstliche Radioaktivität durch das Ehepaar Irène Joliot-Curie, die die Tochter von Marie Curie war, und Frédéric Joliot-Curie entdeckt.

Im Berlin im Kaiser-Wilhelm-Institut bestrahlen Otto Hahn (1879-1968) und sein Mitarbeiter Fritz Straßmann Uran mit Neutronen, um Elemente mit einem schwereren Kern als Urankerne herzustellen. Dabei finden sie allerdings nur Barium. Otto Hahn ist ratlos und schickt die Ergebnisse an die österreichische Physikerin Lise Meitner, die von 1907 bis 1938 mit ihm zusammenarbeitete und neue radioaktive Isotope, das Element Protactinium, die Neutronen (1923) mit ihm entdeckte. Als Jüdin flüchtete Lise Meitner aber 1938 nach Schweden.

Lise Meitner und Otto Hahn im Labor 1928

Zusammen mit ihrem Neffen Otto Frisch deutete sie die Ergebnisse dann als Kernspaltung, bei dem ein freies Neutron in den Kern eines U-235-Atoms dringt und den Urankern zum Zerplatzen bringt (dies geschieht nur bei jedem 140. Uranatom). Dabei fliegen zwei bis drei Neutronen und zwei Trümmerstücke, die zu zwei neuen, hochradioaktiven Atomkernen werden, auseinander. Außerdem entsteht die γ-Strahlung. Die Kernspaltung sorgte für große Aufregung, da bei der Spaltung außerdem viel Energie und Neutronen freigesetzt werden, die weitere Kerne spalten können.

Tisch mit Experimentiergeräten aus dem Labor von Otto Hahn

Darauf fanden Hahn und Straßmann die andere Hälfte der gespaltenen Kerne, Krypton. 1944 sollte Otto Hahn der Chemie-Nobelpreis verliehen werden, jedoch befand er sich zu dieser Zeit zusammen mit neun weiteren Atomwissenschaftlern in Kriegsgefangenschaft in England. Außerdem erfuhr er im August 1945 von dem Atombombenabwurf über Hiroshima und Nagasaki von den US-Amerikanern und fühlte sich mitverantwortlich, da es aufgrund der freigesetzten, radioaktiven Strahlung und Wärme viele Tote und lebenslang Geschädigte gab.

1945 wurden die neu gefundenen Elemente Nr. 108 und Nr. 109 zu Ehren Meitners und Hahn, zu Meitnerium und Hahnium umbenannt.

(Anne Wessel)