Atomenergie

DAS ATOMKRAFTWERK (AKW)

Ungefähr der fünfte Teil des Stromes, den wir in Österreich verbrauchen, stammt aus Atomkraftwerken.

Das Herz des Atomkraftwerkes ist ein Kessel aus dickem Stahl, der Reaktor. Er enthält hauptsächlich Wasser und spaltbares Material, z.B. Uran.

Wie es funktioniert:

Die Wärme, die gebraucht wird, um das Wasser zu erhitzen, stammt nicht davon, dass etwas verbrannt wird, sondern die Wärme kommt von den zerfallenden radioaktiven Atomen.

Z.B.: das radioaktive Uran-Isotop U 235.

Dieses befindet sich in Brennstäben, in dem mit Wasser gefüllten Kessel.

Zerfällt eines der Uranatome, werden Neutronen freigesetzt; die „freigesetzten“ Neutronen entwickeln dann ein wirkliches tolles Tempo! Sie sausen mit einer Geschwindigkeit von 16 000 km pro SEKUNDE durch den Behälter!

Das macht aber nicht nur ein Atom sondern immer gleich viele auf einmal. All diese Neutronen treffen wieder auf Atom(kerne), die nun ebenfalls zerfallen und Neutronen freisetzen. Dabei entsteht eine enorme Hitze, die wiederum das Wasser im Kessel aufheizt. Eine riesige Menge von Dampf entsteht.

Der Dampf fließt durch Turbinen. Diese treiben Generatoren an.

Bei dieer Form der Energiegewinnung entstehen so gefährliche Strahlungen, denen du nicht einmal in die Nähe kommen darfst.

Wenn die radioaktiven Materialien zerfallen und die zerfallenden Atomkerne Neutronen freisetzten, so bringen diese neutronn weitere Atomkerne dazu, zu zerfallen. Weil immer mehr Atome zerfallen und die wieder Neutronen freisetzen nennt man das Kettenreaktion. Verläuft diese Kettenraktion unkontroliert, könnte das ein schlimmes Atomunglück zur Folge haben. Deshalb setzt man so genannte Kontrollstäbe ein, die einen Teil der Nutronen verschlucken und so den Zerfall (die Kettenreakion) kontrollieren können.

Fällt der Kontrollstab aus, hat das schlimme Folgen. Denn dann könnte die Kettenreaktion unkontrollierbar werden und sich Radioaktivität sich einen Weg ins Freie suchen.

Darum sind alle Menschen, die in einem Atomkraftwerk arbeiten, andauernd damit beschäftigt, alles genau zu kontrollieren!

Sie helfen dabei, dass so ein Unfall möglichst nicht passiert!

TYPEN VON ATOMKRAFTWERKEN

Ein klassischer Kernreaktor besteht aus fünf Komponenten:
  • Brennstäbe:

Der Reaktorkern enthält Brennstäbe aus dem zu spaltenden Material, z.B. Uran (U-235) hergestellt sind.

  • Steuerstäbe:

Die Steuerstäbe können in den Kern hinein- und hinausbewegt werden. Ihre Aufgabe ist die Absorption (Einfangen) von Neutronen. Somit kann die Kernspaltung gesteuert und kontrolliert werden, weil der Überschuss an kernspaltenden Neutronen eingefangen wird. Auch lässt sich so die Leistung im Reaktorkern steuern.

  • Moderator:

Material zur Abbremsung der Neutronen: Graphit oder Wasser

  • Medium zur Wärmeabführung:

Die im Atomreaktor durch die Kernspaltung erzeugte Wärme wird zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt. Mit dem dampf werden Dampfturbinen angetrieben und ein Generator produziert dann elektrischen Strom.

  • Sicherheitseinrichtungen:

Strahlenschutzbarrieren zum Schutz der Mitarbeiter/innen und des Umlandes, vor der frei werdenden radioaktiven Strahlung.

Reaktortypen

 

Man unterscheidet Atomkraftwerke nach ihrer Bauart (den Kreisläufen im Kraftwerk), nach der Art des verwendeten Brennstoffs, des Moderators oder Kühlmittels.

Leichtwasserreaktoren (Druck- und Siedewasserreaktoren)

Leichtwasserreaktoren verwenden als Kernbrennstoff in der Regel Uranoxid verwendet, das auf etwa 3 Prozent Uran 235 angereichert ist. Als Moderator und Kühlmittel zugleich kann dann gewöhnliches Wasser eingesetzt werden

Schwerwasserreaktoren

Schwerwasserreaktoren verwenden als Kernbrennstoff nicht angereichertes Natururan. Als Moderator dient reines Graphit oder so genanntes „Schweres“ Wasser (Deuteriumoxid) D2O, da bei der Verwendung von gewöhnlichem Wasser als Moderator zu viele Neutronen durch das normale Wasser absorbiert werden würden und so die Kettenreaktion abbrechen täte.

Schnelle Brüter:

Natürlich vorkommendes Uran enthält nur etwa 0,7 % leicht spaltbares Uran 235; der Rest ist das nicht spaltbare Isotop Uran 238. Natürliches Uran kann daher von selbst keine Kettenreaktion unterhalten. Die Wahrscheinlichkeit ist extrem gering, dass ein durch Kernspaltung freigesetztes Neutron eine Kernspaltung auslöst. Diese Wahrscheinlichkeit kann jedoch um ein Vielfaches gesteigert werden, wenn man das Neutron durch eine Reihe von elastischen Kollisionen mit leichten Kernen wie Wasserstoff, Deuterium oder Kohlenstoff abgebremst.

Bei den Leichtwasserreaktoren gibt es unterschiedliche Typen:

Druckwasserreaktor:

 

Das Kühlwasser steht unter einem starken Überdruck, wird durch den Reaktorkern gepumpt und dort auf 325 °C erhitzt. Aufgrund des Überdruckes kann das Kühlwasser aber nicht sieden. Es wird durch einen Dampfgenerator gepumpt, wo mit Hilfe von Wärmetauschern in einem Sekundärkreis Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt wird: dieser treibt Turbinen an, Generatoren erzeugen Strom.

Der Dampf kondensiert zu Wasser, das zurück zum Dampfgenerator gepumpt wird. Der Sekundärkreis ist vom Kühlwasser des Reaktors getrennt und daher nicht radioaktiv.

Ein dritter Wasserkreislauf mit Wasser aus einem Fluss oder einem Kühlturm, dient der Dampfkondensation.

Ein typischer Reaktordruckbehälter ist 15 Meter hoch und hat einen Durchmesser von fünf Meter. Seine Wandstärke beträgt 25 cm und der Reaktorkern enthält etwa 82 Tonnen Uranoxid, das sich in dünnen, korrosionsbeständigen Röhren befindet, die zu Bündeln zusammengefasst sind.

Siedewasserreaktor

 

Das Kühlwasser der Siedewasserreaktoren befindet sich unter etwas geringerem Druck, als im Druckwasserreaktor, so dass das Wasser im Reaktorkern selbst siedet. Der im Reaktordruckbehälter entstehende Dampf wird direkt zur Turbine des Generators geleitet, kondensiert dann und wird zum Reaktor zurückgepumpt. Der Dampf ist dabei radioaktiv, aber es gibt keinen Wärmetauscher zwischen Reaktor und Turbine, der den Wirkungsgrad verringert. Wie beim Druckwasserreaktor ist das Kühlwasser des Kondensators von diesem Kreislauf getrennt.

STRAHLUNGSARTEN

Es gibt 3 verschiedene Arten radioaktiver Strahlung, diese haben uralte Namen, denn sie werden nach den ersten drei Buchstaben des griechischen Alphabets benannt. Und das gibt es seit mehreren tausend Jahren.

  Die Strahlen heißen:

Alpha-Strahlen (Teilchen Strahlen aus Helium Kernen- bestehen also aus 2 Protonen und 2 Neutronen.)

Schickt ein Stoff Alpha Strahlen aus, so wird seine Ordnungszahl um 2 niedriger; aus Uran wird also Thorium. Die Massezahl wird um 4 niedriger.

Alpha strahlung kann schon durch ein Blatt Papier aufgehalten werden. Gefährlich ist allerdings ein inatmen oder Verschlucken radioaktiv verseuchter Partikel (somit auch Nahrung und Staub in der Atemluft)

Beta-Strahlen

Bei der Beta Strahlung ird ein Elekron emittiert.Dabei wird ein Neutron unter Aussendung eines Elektrons in ein Proton umgewandelt. Dabei ändert sich die  Massenzahl des zerfallenden Atoms nicht, jedoch wird seine Kernladungszahl um eins höher.

Das Durchdringungsvermögen dieser Strahlung beträgt  in Luft einige m, bei Kunststoffen, Aluminium und im menschlichen Gewebe einige mm. Gefährlich sind Beta Strahlen bei Aufnahme kontaminierter Tilchen in den Körper (Nahrung, Staub)

Gamma-Strahlen

Gammastrahlen sind wie das sichtbare Licht elektro-magnetische Wellen, aber wesentlich energiereicher.  Diese Strahlung tritt häufig zusammen mit einem Alpha- und Beta- Zerfall auf. Sie kennzeichnet sich durch eine sehr kurze Wellenlänge. Da es sich um keine Teilchenstahlung (vgl. Alph, Beta-Strahlung) handelt, führt Gamma Strahlung zu keiner Kernumwandlung. Abgesehen von der Art ihrer Entstehung ist sie mit Röntgenstrahlung vergleichbar.

Gammastrahlen können nur durch zentimeterdicke Bleiwände oder dicke Betonmauern wirksam abgeschwächt werden.

ATOMUNFÄLLE

Entsteht aber in einem Atomkraftwerk ein Fehler, eine Störung, ist das äußerst gefährlich für die Natur und die Menschen.

Denn dann können die gefährlichen radioaktiven Atome als feiner Staub ungehindert ins Freie. Radioaktiven Staub musst du dir vorstellen wie feinsten Staub, der z.B. beim Sägen von Holz mit der Kreissäge entsteht Nur sendet radioaktiver Staub auch die gefährlichen Strahlen aus, die wir mit unseren Augen nicht sehen können. Wohin der radioaktive Staub fliegt, wo er landet? Das lässt sich schwer sagen. Denn viele Umstände sind dabei sehr wichtig.

Da ist :

  1. der Wind, der meistens aus dem Westen, dann wieder aus dem Osten, dem Norden, dem Süden weht. Er treibt auch die Wolken vor sich her! Und diese nehmen den Staub schnell auf.
  2. das Wetter, das heiße oder kühle Temperaturen bringt.
  3. der Regen, der aus einer der Wolken, die voll radioaktiven Staubs sind, auf die Erde prasselt.

WICHTIGE AKW-UNFÄLLE

Tschernobyl
  • Am 26. April 1986 explodierte im ukrainischen Kraftwerk Tschernobyl, nahe der Stadt Prybjat, nach einem missglückten Sicherheitschheck ein Reaktor. Unmengen von radioaktiven Staub und Material gelangten in die Luft.Nach dem Atomunfall von Tschernobyl  mussten die Stadt Prypjat und Dörfer in der Entfernung von 30 Km rund um das zerstörte Atomkraftwerk verlassen werden. Die Familien nahmen an, dass sie nach kurzer Zeit wieder zurückkehren könnten, aber dafür war die Strahlung zu stark. Seit 30 Jahren wohnt keiner mehr dort und für weitere Jahre wird es auch so bleiben. Tiere kehrten in die Sperrzone zurück und bezogen die zerstörten Holzhütten und Vorgärten. Unglaublicher Weise fühlen sie sich die Wildtiere in dieser verstrahlten Umgebung wohl und bis jetzt sind kaum mutierte Tiere gesichtet worden, wenn auch noch nicht ganz klar ist, wie es um die Gesundheit von Wölfen und anderen Wildtieren aussieht. Jährlich kommen ein paar Touristen nach Tschernobyl, Bauarbeiter arbeiten in der Sperrzone und Wissenschaftler untersuchen die Auswirkung von der Katastrophe auf die Natur.Bis  1996 war das Atomkraftwerk noch betrieb. Der Block 1 war der einzige, der noch gearbeitet hat. Block 5 &6 konnten nicht fertiggestellt werden. Aus dem stillgelegten Reaktor 4 wurden die Brennstäbe entfernt.  Laut Wiktor Janukowitsch, dem ukrainischen Ministerpräsidenten, werden Bauarbeiten am neuen Sarkophag vorgenommen, es stehen bereits schon die Fundamente.

    Rund um Tschernobyl leben Wissenschaftler die ihr Quartier dort aufgeschlagen haben. Auch das Militär hat ihr Revier dort um die Einreisenden auf ihre Einwilligung zu kontrollieren.

    Auch wenn die Strahlung heut zu Tage schwächer wurde gibt es noch immer Orte die sehr stark verstrahlt sind. Die Strahlenbelastung ist dort um 50-100-mal stärker als die, die bei uns hier herrscht.  Man kann damit rechnen, dass man durch langfristiges dortbleiben, der sehr starken Strahlung ausgesetzt ist und die schädigt Zellen und kann zum Tode oder auch zur Behinderungen führen. Man kann annehmen, dass man in 10 000 Jahren noch immer nicht dort leben kann.

    Es hat auch Folgen für das Wasser in der Ukraine und ihren neben Ländern hinterlassen. Die Radioaktivität wiedergibt sich im Wasser, bei Seen und im Schlamm. In Weißrussland sind 1800 km² landwirtschaftliche Flächen radioaktiv verseucht und eine Fläche von 3000 km² kann nichts mehr angebaut werden.

    Andrea Happ, 1HKA, HLTW21, 2014

    Fukushima

  • Am 11.März 2011 erschütterte ein heftiges Erdbeben Japan. Das AKW von Fukushima, welches erdbebensicher gebaut war, konnte diesem beben stand halten, jedoch zerstörte der nachfolgende Tsunami die Notstromversorgung der Anlage. Durch den Stromausfall und der dadurch fehlenden Kühlung kam es, obwohl das Kraftwerk sofort ausgeschaltet wurde, zu einer Überhitzung der Brennstäbe und zu einer Kernschmelze. Um noch Schlimmeres zu verhindern wurde die Anlage notdürftig mit Meerwasser gekühlt.

    Folgen des Unfalls sind unbewohnbares Gebiet auf Jahrtausende im Umkreis von mindestens 30km um das Kraftwerk, eine nukleare Verunreinigung des Ozeans und Unmengen verstrahlten Wassers und Erdreichs nach Reinigungsarbeiten. Wissenschaftler arbeiten mit Hochdruck an Lösungen, das verstrahlte Wasser und Erdreich zu reinigen, noch weiß aber keiner, ob ihnen das gelingen wird.

    ATOME

    Atome sind die kleinsten Bausteine, und alles, was du siehst, angreifst, schmeckst besteht aus diesen winzigen Bausteinen. Das leichteste Atom ist das Wasserstoffatom, und alle anderen vergleichen sich mit ihrem Gewicht nach dem Wasserstoffatom.

    H-Wasserstoff-geroldinger

    H-Wasserstoff-geroldinger

    Bericht von Katharina Katzmann, 1HMB, 2014

    Kraftwerk in Xi-An, China

    Kraftwerk in Xi-An, China

    Atomenergie-Quiz

    Wenn Du den Text über Atomenergie genau gelesen hast, kannst Du bestimmt die Fragen korrekt beantworten!

    Wie wird in Atomkraftwerken Energie gewonnen?

     
     
     
     

    Was ist Alpha Strahlung

     
     
     
     

    Was versteht man unter Betastrahlung?

     
     
     
     

    Was sind Gammastrahlen?

     
     
     
    Wenn ein radioaktives Isotop (bzw. der Atomkern eines radioaktiven Isotops) zerfällt und Alpha Strahlung freigesetzt wird, so…
     
     
     
     

    Wenn ein radioaktives Isotop (bzw. der Atomkern eines radioaktiven Isotops) zerfällt und Beta Strahlung freigesetzt wird, so…

     
     
     
     

    Wenn ein radioaktives Isotop (bzw. der Atomkern eines radioaktiven Isotops) zerfällt und Gamma Strahlung freigesetzt wird, so…

     
     
     
     

    Wie heißt das „Herzstück“ eines Atomkraftwerks, also jener bereich, wo der radioaktive Zerfall stattfindet?

     
     
     
     

    Wer beschießt beachbarte Atomkerne bei der Kettenreaktion, um sie auch zum Zerfallen zu bringen?

     
     
     
     

    Wer sorgt dafür, dass die Kettenraktion (Zerfall weiterer Atomkerne) im Reaktor nicht „überschießt“?

     
     
     

    Question 1 of 10

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