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Ein Kernkraftwerk unterscheidet sich von konventionellen Kraftwerken zunächst durch die Art der Wärmeerzeugung. Fossile Brennstoffe werden in Kohle-, Öl- und Gaskraftwerken und durch Kernspaltung in Kernkraftwerken verbrannt.
Der Hochdruckdampf setzt eine Turbine in Rotation, die einen Generator antreibt, der den Strom erzeugt. Kernkraftwerke sind je nach Reaktortyp, der als Wärmequelle dient, unterschiedlich ausgelegt:
Siedewasserreaktor (ein Leichtwasserreaktor – das Wasser verdampft direkt im Reaktordruckbehälter)
Druckwasserreaktor (ein Leichtwasserreaktor (der Leichtwasserreaktor ist eine Art Thermal-Neutronenreaktor, der normales Wasser im Gegensatz zu Schwerwasser als Kühlmittel und Neutronenmoderator verwendet – außerdem wird eine feste Form von spaltbaren Elementen als Brennstoff verwendet) – das Wasser bleibt unter hohem Druck im Reaktordruckbehälter und somit flüssig. Bei konventionellen Leichtwasserreaktoren befinden sich die Brennelemente (Kernbrennstoff ist ein Stoff, der in Kernkraftwerken zur Erzeugung von Wärme für Turbinen verwendet wird) in einem Reaktordruckbehälter. Die Kernspaltung in den Brennelementen macht sie sehr heiß. Sie geben diese Wärme an das Wasser ab, das die Brennelemente umströmt.
Schwerwasserreaktor (Ein druckbeaufschlagter Schwerwasserreaktor ist ein Kernreaktor,
Kernkraftwerke Referat
der üblicherweise unangereichertes Natururan als Brennstoff
verwendet, das Schwerwasser als Kühlmittel und Neutronenmoderator verwendet) Hochtemperaturreaktor Wie wird die Wärme im Reaktor erzeugt?
Uran235 (Uran-235 ist ein Isotop von Uran, das etwa 0,72% des natürlichen Urans ausmacht), das in der Natur vorhanden ist, dient als Brennstoff. Wie jede Materie besteht Uran aus Atomen. Ein Atom besteht aus zwei Gruppen von Bausteinen: innerhalb des Atomkerns, außerhalb der Elektronen. Zur Wärmeerzeugung werden nur Atomkerne verwendet – daher der Name „Kernkraftwerk“. Mit Hilfe von Neutronen (Das Neutron ist ein subatomares Teilchen, Symbol oder, ohne elektrische Nettoladung und mit einer Masse, die etwas größer ist als die eines Protons), einem elektrisch neutralen Teilchen, werden die Atomkerne gespalten. Die Spaltung der Atomkerne (Der Atomkern ist die kleine, dichte Region, die aus Protonen und Neutronen im Zentrum eines Atoms besteht und 1911 von Ernest Rutherford nach dem Geiger-Marsden-Goldfolien-Experiment von 1909 entdeckt wurde) erzeugt unter anderem radioaktive Kernfragmente und andere Neutronen. Diese können wiederum neue Spaltungen von Uran (Uran ist ein chemisches Element mit dem Symbol U und der Ordnungszahl 92) Kerne verursachen, so dass es zu einer Kettenreaktion kommen kann. Die Kettenreaktion wird durch Regelstäbe gesteuert, die je nach Position mehr oder weniger Neutronen einfangen und so dem Spaltprozess entziehen. Die „fliegenden“ Kernfragmente werden durch Atome in unmittelbarer Nähe abgebremst und wandeln so die kinetische Energie (in der Physik ist die kinetische Energie eines Objekts die Energie, die es aufgrund seiner Bewegung besitzt) in Wärme um.
Man kann sich diesen Prozess ähnlich vorstellen wie die Wärme, die in einer Kreiselpumpe entsteht, wenn die Luft durch die Aufprallvorgänge und damit die Reibung zwischen den Luftkomponenten komprimiert wird.
Diese Wärme wird genutzt, um Wasser in Dampf umzuwandeln. Im Siedewasserreaktor (Der Siedewasserreaktor ist eine Art Leichtwasserkernreaktor zur Stromerzeugung) verdampft das Wasser direkt im Reaktordruckbehälter (Ein Reaktordruckbehälter in einem Kernkraftwerk ist der Druckbehälter mit dem Kernreaktorkühlmittel, dem Kernmantel und dem Reaktorkern). Von dort wird der Dampf direkt auf die Turbinen geleitet. Im Druckwasserreaktor wird das Sieden des Kühlwassers durch entsprechenden Druck verhindert. Bei diesem Reaktortyp überträgt das Heißwasser seine Wärme in einem Wärmetauscher (Ein Wärmetauscher ist eine Vorrichtung zur Wärmeübertragung zwischen einem festen Gegenstand und einer Flüssigkeit oder zwischen zwei oder mehr Flüssigkeiten) (Dampferzeuger (Ein Kessel ist ein geschlossener Behälter, in dem Wasser oder eine andere Flüssigkeit erhitzt wird) ) in einen zweiten Kreislauf, in dem der so erzeugte Dampf eine Turbine antreibt.
Wie ist die Sicherheit aufgebaut?
Radioaktive Stoffe entstehen im Reaktor durch Kernspaltung (In der Kernphysik und Kernchemie ist die Kernspaltung entweder eine Kernreaktion oder ein radioaktiver Zerfallsprozess, bei dem der Kern eines Atoms in kleinere Teile zerfällt). Diese könnten bei einem schweren Unfall möglicherweise in die Umwelt gelangen. Um dies so weit wie möglich zu verhindern, verfügt jedes Kernkraftwerk (Ein Kernkraftwerk oder Kernkraftwerk ist ein Wärmekraftwerk, in dem die Wärmequelle ein Kernreaktor ist) über eine Reihe von Sicherheitsbarrieren und Sicherheitssystemen, die den sicheren Einschluss radioaktiver Stoffe und die Abschirmung direkter Strahlung gewährleisten. Diese Barrieren können als nebeneinanderliegende Schiffe betrachtet werden. Wenn eines der Schiffe undicht ist, gibt es andere zur Sicherheit. Damit radioaktive Stoffe aus dem Brennstoff in die Umwelt gelangen, müssten mehrere Barrieren (Schiffe) durchbrochen werden. In einem Kernkraftwerk (Kernenergie ist die Nutzung von Kernreaktionen, die Kernenergie zur Wärmeerzeugung freisetzen, die dann am häufigsten in Dampfturbinen zur Stromerzeugung in einem Kernkraftwerk eingesetzt wird) sind alle wichtigen Schalt-, Regel-, Mess-, Abschalt-, Kühl- und Versorgungssysteme in der Regel mehrfach vorhanden, um eine hohe Verfügbarkeit und Sicherheit zu gewährleisten.
Was könnte überhaupt passieren?
Beim Bau eines Kernkraftwerks werden umfangreiche Vorbereitungen getroffen, um alle Ereignisse, die zu einer erhöhten Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umwelt führen könnten, so zu steuern, dass die radiologischen Auswirkungen in der Umwelt nicht so verheerend sind. Um dies zu erreichen, stehen viele Sicherheitssysteme mehrfach zur Verfügung. Bei einem Unfall müssten daher mehrere Systeme gleichzeitig ausfallen, um die Bevölkerung ernsthaft zu gefährden.
Wie kann die Freisetzung radioaktiver Stoffe im Laufe der Zeit erfolgen?
Ein schwerer Unfall in einem Kernkraftwerk westlicher Bauart ist nicht „explosiv“. Vom Beginn des Unfalls bis zu seiner Freisetzung kann es Stunden bis Tage dauern, wobei alle möglichen Gegenmaßnahmen ergriffen werden, um den Unfall zu reduzieren. Für die Planung des Notfallschutzes der Bevölkerung wird ein Modellprozess eines Kernkraftwerksunfalls angenommen. Dieses Verfahren deckt die meisten denkbaren Unfallprozesse ab, die die Bevölkerung gefährden könnten.
Was ist ein GAU? Größter anzunehmender Unfall, geschätzt aufgrund der Kenntnis eines Kernreaktors (Dieser Artikel ist ein Unterartikel der Kernenergie) mit oft katastrophalem Schadensausmaß. Generell wird ein solcher Störfall als Störfall bezeichnet (Ein Störfall ist ein postulierter Störfall, bei dem eine kerntechnische Anlage so konstruiert und gebaut werden muss, dass sie den zur Gewährleistung der öffentlichen Gesundheit und Sicherheit erforderlichen Systemen, Strukturen und Komponenten verlustfrei standhält). Ein solcher Unfall war der Reaktorunfall im Kernkraftwerk Three Mile Island (Three Mile Island Nuclear Generating Station ist ein Kernkraftwerk auf Three Mile Island in der Gemeinde Londonderry in Pennsylvania, am Susquehanna River südlich der Landeshauptstadt Harrisburg) bei Harrisburg blieb der Unfall im Wesentlichen auf den Reaktor und das Innere des Containments beschränkt. Super-GAUs sind Reaktorunfälle, deren Schadensausmaß die Auslegung übersteigt. Dazu gehört die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl, bei der eine Kette von Umständen, die bei der Planung nicht berücksichtigt wurden, die Anlage zerstörte und eine sehr große Menge radioaktiver Stoffe freigesetzt wurde.