1. Kernspaltung
1.1 Erforschung der Kernspaltung
Die Kernspaltung ist erstmals 1938 von Otto Hahn und seinem Kollegin Lise Meitner durchgeführt. Sie beruhten dabei auf den vorherigen Forschungsergebnissen von von Enrico Fermi der bereits 1934 Uranatome mit Neutronen bestrahlte und sich das zerplatzen der Atome nicht erklären konnte. 1993 veröffentlichte Lise Meitner mit ihrem Neffen ein Uranmodel bei dem sich zeigte wie durch den Beschuss von Neutronen sich der Urankern in zwei ungefähr gleichgroße Teile teilt.
1.2 Kernspaltung in Deutschland
Bereits 1961 wurde eine Versuchsatomkraftwerk in Kahl in Betrieb genommen. Der zweite Reaktorblock dieses Kraftwerks wurde 1974 in Betrieb genommen und ist immernoch aktiv er ist der älteste funktionierende Reaktor in Deutschland. Das Kernkraftwerk in Grundremmingen ist das größte in ganz Deutschland es liefert rund 2500 MegaWatt in der Stunde
Dabei sind die meisten Kernkraftwerke in Deutschland mit Siedewasserreaktoren und Druckwasserreaktoren ausgestattet jedoch gibt es einige Kraftwerke die mit Reaktoren für schweres Wasser ausgerüstet sind.
Liste der Kernkraftwerke in Deutschland:
Biblis A: Druckwasserreaktor; In Betrieb; 1167 MW (MegaWatt)
Biblis B: Druckwasserreaktor; In Betrieb; 1240 MW
Brokdorf: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1370 MW
Brunsbüttel: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 771 MW
Emsland: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1329 MW
Grafenrheinfeld: Druckwasserreaktor, In Berieb; 1275 MW
in Greiswald sind alle Reaktoren ausgeschaltet worden
Grohnde: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1360
GrundremmingenA: Siedewasserreaktor, nach Unfall 1977 ausgeschaltet
GrundremmingenA: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 1284 MW
GrundremmingenA: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 1288 MW
Isar1: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 878 MW
Isar2: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1400 MW
Krümmel: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 1260 MW
Neckarwestheim1: Druckwasserreaktor, In Betrieb ; 785 MW
Neckarwestheim2: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1305 MW
Philippsburg1: Siedewasserreaktor, In Betrieb; 890 MW
Philippsburg2: Druckwasserreaktor; In Betrieb; 1392 MW
Unterweser: Druckwasserreaktor, In Betrieb; 1345 MW
1.3 Kernspaltung in Kernkraftwerken
1.3.1 Druckwasserreaktor in Kernkraftwerken
Der Druckwasserreaktor in Kernkraftwerken besteht aus zwei Kreisläufen. Der eine ist der Sekundäre und der andere der Pirmäre Kreislauf. Dabei kommt nur der Primäre Kreislauf direkt mit den Brennstäben in Berührung. Durch den Beschuss der Brennstäbe im Reaktor erfolgt die Kernspaltung, dadurch entsteht sehr viel Hitze diese erwärmt das Wasser im Primären Kreislauf. Das Wasser wird vorher noch mit Borsäure angereichert. Dies macht man damit sich der Reaktor bei höheren Temperaturen von selbst wieder abkühltwird. Die Borsäure sorgt nämlich dafür, dass das Wasser bei erhöhten Temeraturen die Neutronen nicht mehr so gut zu den Brennstäben durchlässt, dann veringert sich die Kernspaltungsrate und es ensteht keine größere Hitze mehr. Das Wasser wir mit bis zu 160 Bar Druck in den Reaktorkern geleitet. Das Wasser erwärmt sich durch die Kernspaltungshitze auf rund 325°Celsius auf und wird dann mithilfe von Kreiselpumpen in den Dampferzeuger geleitet dort fließt das heiße Wasser ,das hier Moderator gennant wird, in einer Spirale um den Dampferzeuger und erwärt so das Wasser im Dampferzeuger so stark, dass es verdampft und über Leitungen zu der Turbine gelangt die sich dann durch den Dampf dreht und dann Strom erzeugt dies kann man sich vorstellen wie einen riesigen Dynamo. Ein solcher Reaktorblock erzeugt dann 1400 MegaWatt in der Stunde dies ist das normale Maß für deutsche Stromleitungen.Dabei gibt es eine Hochdruckturbine und eine Niedrigdruckturbine da der Druck abnimmt. Der Wasserdampf, der dann durch die Turbinen gelangt ist ,kommt in den Kühlturm. Dort kühlt er ab. Dadurch kann man immer diese großen Wasserdampfwolken über den Atomkraftwerken sehen. Das Wasser das an der kalten Luft kondensiert fliest zurück in den Sekundären Kreislauf. Das Wasser fließt wieder in den Dampferzeuger und der Kreislauf beginnt von neuem. Der Vorteil des Druckwasserreaktors ist, dass man dadurch dass das Wasser nur im Reaktor radioaktiv verseucht ist und keine speziellen Strahelschutzmaßnahmen im Maschinenhaus nötig sind.
1.3.2 Siedewasserreaktor in Kernkraftwerken
Der Siedewasserreaktor ist im Grunde genauso aufgebaut wie der Druckwasserreaktor. Der Unterschied besteht darin, dass der Siedewasserreator nur einen Kreislauf hat und nicht so wie bei dem Druckwasserreaktor einen Primären und Sekunderen Kreislauf, das heißt es gibt nur einen Hauptkreislauf. Der ganze Reaktor befindet sich unter einer Betonkoppel im Gegensatz zum Druckwasserreaktor ist hier auch der Generater und die
Turbinden mit einer dicken Betonwand geschützt damit keine radioaktive Strahlung nach aussen gelangen kann. Zuerst wird das Wasser vorgewärmt und dann mit Kreiselpumpen in den Reaktor mit rund 71 Bar gepumt dadurch verdammft es erst mit 286°Celsius. Der Reaktorkern ist zu zwei Drittlen mit Wasser gefüllt. Das verdampfte Wasser gelangt durch eine Leitung in eine Turbine. Diese funktioniert genauso wie bei dem Druckwasserreaktor. Der Generator erzeugt dann Strom durch die Rotation des Turbindenrades. Der Wasserdampf wird in einen Kondensator gepumpt dort sind sind Rohre durch die kaltes Wasser fliest dadurch kondensiert der Dampf und kann zurück in den Kreislauf gepumpt werden. Dieser Vorgang wiederholt sich dann wieder und wieder. Bei den Siedewasserreaktoren gibt es verschiedene Baulinien. Die ersten Baulinien sind heute nicht mehr in Betrieb. Ein Reaktor mit der ersten Baulinie war der A- Reaktor in Grundremmingen. Dieser wurde schon stillegelegt. Heute werden nur noch die Baulinie 62, diese kennzeichnet sich durch die rechteckigen Bauten in denen die Kugelförmigen Schutzzonen sind und die sehr störanfällig sind, und die Baulinie 72, die es weltweit nur im Atomkraftwerk in Grundremmigen gibt. Die Baureihe 72 kennzeichnet sich dadurch das in einem großen zylinderförmigen Gebäude viele kleine Schutzzonen sind in der die Kernspaltungen stattfinden.
1.4 Ablauf einer Kernspaltung
1.4.1 beabsichtigte Kernspaltung
Bei einer Beabsichtigten Kernspaltung werden aus den Isotop Uran-235, das bedeutet das dieses Isotop 235 Neutronen bestizt, Brennstäbe geformt. Das Uran wird zuvor mit mehr
Neutronen angereichert als es ursprünglich in der Natur vorkommt. Wenn die Brennstäbe dann in einem Atomreaktor sind werden sie Neutronen bestrahlt da das Uran bereits sein Maximum an Neutronen besitzt versucht es das überflüssige Atom abzustoßen dabei wird das Atom gespalten und es entstehen aus eine schweren Atomkern, dies nennt man so weil er eine größere Masse als urspünglich in der Natur vorkommend hat, zwei leichtere Atomkerne die Spaltprodukte genannt werden. Bei der Spaltung enstehen aber auch drei Neutronen die wiederrum auf eine Uranatom treffen und es dabei Spaltung so ensteht eine Kettenreaktion bei der sehr viel Wärme entsteht die dann zur Stromgewinnung genutzt werden kann.
1.4.2 Kernspaltung in Waffen
Es gibt natürlich auch Waffen die mit Kernspaltung funktionieren. In so einer Atombombe wird je nach Schaden der verursacht wird mit 1 bis 10 kg mit Neutronen angereichertem Uran gefüllt. Dies ist eigentlich illegal, aber einige Staaten drohen mit Atomwaffen in Kriegen. Wenn eine Atombombe dann von einem Flugzeug oder änlichem abgeworfen wird löst sich der Zünder in der Bombe aus und schießt ein Neutron auf das Uran dadurch ensteht wie bei der Kernspaltung in den Kraftwerken viel Energie und Hitze. Diese breitet sich so schnell aus das eine Explosion entsteht. Die Druckwelle zerstört oft ganze Landstriche. Weit aus schlimmere Schäden verursachen die radioaktiven Strahlen die dabei entstehen sie können bei organischem Gewebe zu Mutation wie Krebs führen. Es gibt spezielle Atombomen bei der Neutronen in der Strahlung alles Organische zerstören alles anorganische bleibt jedoch unversehrt.
1.3 Kernspaltung als Energieform
In Deutschland gibt es sehr viele Atomkrafwerke. Die Atomkraft stellt viel mehr Energie als andere Energieformen wie zum Beispiel Kohlekraft her und das mit der gleichen Masse and Verbrennungsstoff
2. Die Kernfusion
2.1 Deffinition
Bei einer Kernfusion werden 2 Atome zu einem neuen Atom verschmolzen deswegen heißt es auch Fusion was so viel wie zusammenfügen bedeutet.
2.2 Erforschung der Kernfusion
Das erste Projekt (Internationale thermonukleare Experimentalreaktor) (ITER) zur Kernfusion wurde von sechs gleichberechtigten Partner ins Leben gerufen. Das sind die Europäische Union, Japan, Russland, Volksrepublik China, Südkorea, Indien und den USA. Bis heute wird versucht den Reaktor für die große Energiegewinnung hersustellen. Dies funktioniert bis jetzt noch nicht weil man die große Hitze die für die Kernfusion nötig ist nicht lange genug halten kann.
2.3 Ablauf bei einer Kernfusion in einem Kernfusionsreaktor
2.3.1 Brennstoff für den Reaktor
Es gibt verschieden Brennstoffe für eine Kernfusion die am häufigsten verwendeten sind aber Deuterium und Tritium. Deuterium kommt zu 0,015% im ganz normalem Wasser vor.
Das chemische Symbol von Deuterium ist ²H. Im Gegensatz zu normalem Wasserstoff, bei dem der Atomkern aus einem einzigen Proton besteht, besteht der Atomkern von Deuterium aus einem Proton und einem Neutron. Tritium muss erst aus Litium gewonnen werden es bestitzt im Atomkern ein Proton und zwei Neutronen.
2.3.2 Probleme bei der Deuterium-Tritiumreaktion
Das Deuterium und Tritium sind sehr schwer zu beschaffen weil es nur in geringen Teilen zu finden ist beziehungsweis muss Tritium künstlich aus Litium gewonnen werden. Außerdem muss ein Reaktor riesengroß sein, denn diese Kernfusionen benötigen Millionen Grad Celsius um die Fusion herbeizuführen dabei muss das Material diese Strapazen ohne Beschädigungen überstehen. Die Kernfusionsreaktoren kann man nicht für eine bestimmte Zeit füllen, sondern sie müssen genau nach dem jetztigen Verbrauchststand gefüllt werden.
2.3.3 Ablauf einer Kernfusion im Reaktor
Zuerst werden die Atomkerne auf 100 Millionen Grad Celsius erhitzt. Dies geschieht dur externe Energiezufuhr. Dadurch werden die Atome in den Plasma Zustand verstetzt und trennen sich dadurch von ihren Elektronen. Das Plasma wird von einem starken Magnetfeld in der Mitte des Kernfusionsreaktors gehalten. Wenn die 100 Million Grad Celsius erreicht sind startet die Kettenreaktion und es ist keine äußere Energie mehr nötig um die Reaktion am Laufen zu halten. Durch den Zustand verbinden diese sich dann einfach und ein neuer Atomkern ensteht bei der Deuterium-Tritium Fusion ensteht Wasserstoff. Auf der Sonne geschieht dies auch.
2.4 Kernfusion in Waffen
In Wasserstoofbomben passiert das gleich wie in einem Kernfusionsreaktor nur findet hier eine unkontrollierte Fusion statt. Diese hinterlässt mehr Schaden ausser das es keine radioaktive Verstrahlung gibt wie bei den Atombomben. Wasserstoffbomben sind eher selten da die Atombomben langwierigen Schaden verursachen. Eine Wasserstoffbombe hat einen Kern aus Uran denn bei der Kernspaltung im inneren wird genug Hitze frei um die darum angebrachten wasserstoffhaltigen Legierungen zur Kernfusion zu bringen.
2.5 Kernfusion als Energieform
Bis jetzt kann die Kernfusion in Kraftwerken noch nicht genutzt werden. Das liegt daran das man die Kefnfusion nicht lange genug aurecht erhalten kann. Die Kernfsion wäre sehr wirtschaftlich, denn man braucht nur ein Gramm Wasserstoff um die gleich Energiemenge zu bekommen wie man sie mit 1000 Tonnen Kohle erzeugen könnte.
3. Alternative Energien
In Deutschland wird Energie auch durch Kohlekraftwerke hergestellt
