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Sind Kernkraftwerke sicher? Wie sie funktionieren und wie sie aufgebaut sind.
Sind Kernkraftwerke sicher? Wie sie funktionieren und wie sie aufgebaut sind.
Die technologische Entwicklung hat im Laufe der Jahre die Aneignung von Wissen über außergewöhnliche physikalische Prinzipien ermöglicht, wie die Entdeckung der Röntgenstrahlen, die die Medizin revolutionierte, die Arbeit Newtons, die Einstein erlaubte, an der Relativitätstheorie zu arbeiten, oder die Entdeckung des Atoms, die zur Kernspaltung führte.
All diese Errungenschaften haben die Meinungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer gespalten, die diese Entdeckungen als großartig, aber gleichzeitig in gewisser Weise gefährlich ansah.
Die Gesellschaft des 21. Jahrhunderts fragt sich seit vielen Jahren nach einer Entdeckung, die die Welt revolutioniert hat: Wir sprechen über die Kernenergie!
Kern- oder Atomenergie ist die Energie, die aus Kernreaktionen und radioaktivem Zerfall in Form von kinetischer Energie gewonnen wird und von zahlreichen Technologien, wie z.B. Kernkraftwerken, genutzt wird, um Strom zu erzeugen. Im Jahr 2020 machte die Kernenergie nur 10 % der weltweiten Stromproduktion aus, obwohl sie eine der sichersten Energiequellen in Bezug auf Todesfälle pro erzeugter Energieeinheit ist. Warum also hat die Öffentlichkeit Vorbehalte gegenüber der Nutzung dieser Technologie?
Lassen Sie uns gemeinsam herausfinden, wie ein Kernkraftwerk funktioniert und jeden einzelnen Schritt im Detail betrachten.
Kernkraftwerke sind riesige und sehr komplexe Bauwerke, die als Kraftwerke genutzt werden und durch Kernspaltung Energie erzeugen.
Die Kernspaltung ist eine Reaktion, bei der der Kern eines schweren Elements unter Abgabe einer großen Menge Energie zerfällt; die Reaktion tritt auf, wenn ein schwerer Metallkern, wie Uran-235, durch ein Neutron bombardiert, d.h. getroffen wird, das den Kern aufbricht und drei neue Neutronen und Energie freisetzt. Eines dieser Neutronen wird von einem anderen Uran-238-Kern absorbiert und geht in der Bilanz verloren, ein zweites Neutron kann aus dem System entweichen, während das dritte Neutron auf einen weiteren Uran-235-Kern trifft, der sich aufspaltet und weitere Neutronen freisetzt, die wiederum auf andere Uran-235-Kerne treffen und so eine Kettenreaktion erzeugen.
Diese Reaktion ist die Grundlage des Kernreaktors, der den Zerfall des schweren Materials in kontrollierter Weise steuert.
Schauen wir uns nun an, wie ein Kernkraftwerk aufgebaut ist und wie es funktioniert!
Die Anlage ist in zwei Hauptbereiche unterteilt: der erste ist das sogenannte Kerninselgebäude, das den Reaktor enthält, während der zweite der sogenannte konventionelle Bereich ist, der die gewonnene Kernenergie verarbeitet, um sie in Strom umzuwandeln.
All diese Errungenschaften haben die Meinungen der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer gespalten, die diese Entdeckungen als großartig, aber gleichzeitig in gewisser Weise gefährlich ansah.
Die Gesellschaft des 21. Jahrhunderts fragt sich seit vielen Jahren nach einer Entdeckung, die die Welt revolutioniert hat: Wir sprechen über die Kernenergie!
Kern- oder Atomenergie ist die Energie, die aus Kernreaktionen und radioaktivem Zerfall in Form von kinetischer Energie gewonnen wird und von zahlreichen Technologien, wie z.B. Kernkraftwerken, genutzt wird, um Strom zu erzeugen. Im Jahr 2020 machte die Kernenergie nur 10 % der weltweiten Stromproduktion aus, obwohl sie eine der sichersten Energiequellen in Bezug auf Todesfälle pro erzeugter Energieeinheit ist. Warum also hat die Öffentlichkeit Vorbehalte gegenüber der Nutzung dieser Technologie?
Lassen Sie uns gemeinsam herausfinden, wie ein Kernkraftwerk funktioniert und jeden einzelnen Schritt im Detail betrachten.
Kernkraftwerke sind riesige und sehr komplexe Bauwerke, die als Kraftwerke genutzt werden und durch Kernspaltung Energie erzeugen.
Die Kernspaltung ist eine Reaktion, bei der der Kern eines schweren Elements unter Abgabe einer großen Menge Energie zerfällt; die Reaktion tritt auf, wenn ein schwerer Metallkern, wie Uran-235, durch ein Neutron bombardiert, d.h. getroffen wird, das den Kern aufbricht und drei neue Neutronen und Energie freisetzt. Eines dieser Neutronen wird von einem anderen Uran-238-Kern absorbiert und geht in der Bilanz verloren, ein zweites Neutron kann aus dem System entweichen, während das dritte Neutron auf einen weiteren Uran-235-Kern trifft, der sich aufspaltet und weitere Neutronen freisetzt, die wiederum auf andere Uran-235-Kerne treffen und so eine Kettenreaktion erzeugen.
Diese Reaktion ist die Grundlage des Kernreaktors, der den Zerfall des schweren Materials in kontrollierter Weise steuert.
Schauen wir uns nun an, wie ein Kernkraftwerk aufgebaut ist und wie es funktioniert!
Die Anlage ist in zwei Hauptbereiche unterteilt: der erste ist das sogenannte Kerninselgebäude, das den Reaktor enthält, während der zweite der sogenannte konventionelle Bereich ist, der die gewonnene Kernenergie verarbeitet, um sie in Strom umzuwandeln.
Die Kerninsel stellt sich äußerlich als großer Betonblock dar, um den Reaktor zu isolieren, der sich im Zentrum der Anlage befindet. Im Reaktor finden wir den Kern, der aus spaltbarem Material besteht, normalerweise eine Mischung aus Uran-238 und Uran-235. Ein Moderator, normalerweise Schwerwasser oder Graphit, wird verwendet, um die erzeugten Neutronen zu verlangsamen, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Spaltung erhöht wird.
Es gibt auch Metallregelstäbe im Reaktor, die verwendet werden, um überschüssige Neutronen einzufangen, und die in den Kern eingeführt werden, um die Leistung der Reaktion zu moderieren und gegebenenfalls den Prozess im Falle einer kritischen Situation zu stoppen. Sollte die Reaktion ein kritisches Niveau erreichen, würde sie eine enorme Energiemenge freisetzen, die den Kern zum Schmelzen bringen, die Umfassungswände zerstören und radioaktives Material in die Umgebung freisetzen würde. Die beim Abbremsen der Reaktionsfragmente entstehende Wärme wird von einer das Uran umgebenden Wärmeträgerflüssigkeit aufgenommen. Einfach ausgedrückt wirkt die Wärmeträgerflüssigkeit auf die gleiche Weise wie heißes Wasser in einem Heizsystem mit Heizkörpern, in dem das Wasser die von der Heizung erzeugte Wärme zu verschiedenen Punkten im Raum transportiert. Die komprimierte Wärmeträgerflüssigkeit, die den Kern erreicht, hat eine Temperatur von 290 °C und erreicht bei einem Druck von 15 MPa 320 °C, sodass sie nicht siedet.
Die erhitzte Flüssigkeit strömt durch einen Dampferzeuger, in dem ein gesättigter Nassdampf erzeugt wird; an diesem Punkt durchläuft sie einen Feuchtigkeitsabscheider, der sie in gesättigten Trockendampf umwandelt, und wird durch ein Leitungssystem zu einer Dampfturbine im konventionellen Bereich bei einer Endtemperatur von 290 °C und einem Druck von 5 MPa transportiert. Ein Druckstabilisator wird verwendet, um den Druck stabil zu halten. Die Turbine ist eine Antriebsmaschine, die die Wärmeenergie des Dampfes nutzt und in mechanische Arbeit umwandelt. Die Turbine wiederum bewegt mit der umgewandelten Energie einen Generator, der zur Stromerzeugung verwendet wird; das gleiche Prinzip wird in den gebräuchlichsten Kraftwerken mit Brennstoff sowie in Wasserkraftwerken oder Windparks angewendet.
Wie wir gesehen haben, erzeugt der gesamte Prozess große Mengen an Dampf, der nach dem Verlassen der Turbine behandelt werden muss; durch Abkühlung wird der Dampf wieder flüssig und kann im Prozess erneut verwendet werden. Ein Kondensator befindet sich unter der Turbine, um den Dampf abzukühlen, und dank eines Kühlmittels wird er in Wasser umgewandelt. Die aus dem Kondensator austretende Wassermenge hat eine sehr hohe Temperatur und kann nicht in das Ursprungsbecken abgelassen werden, da sie sonst das Ökosystem schädigen würde; deshalb werden Kernkraftwerke bevorzugt in der Nähe eines Flusses, eines Sees oder am Meer gebaut, wo die großen Wassermassen die Temperatur des Kondensatorwassers allmählich senken können, ohne Schäden zu verursachen. Für Kraftwerke, die im Landesinneren gebaut werden, ist ein geschlossener Kühlkreislauf erforderlich; das am häufigsten verwendete System sind Kühltürme mit natürlicher oder erzwungener Zirkulation unter Verwendung großer Ventilatoren.
Es gibt auch Metallregelstäbe im Reaktor, die verwendet werden, um überschüssige Neutronen einzufangen, und die in den Kern eingeführt werden, um die Leistung der Reaktion zu moderieren und gegebenenfalls den Prozess im Falle einer kritischen Situation zu stoppen. Sollte die Reaktion ein kritisches Niveau erreichen, würde sie eine enorme Energiemenge freisetzen, die den Kern zum Schmelzen bringen, die Umfassungswände zerstören und radioaktives Material in die Umgebung freisetzen würde. Die beim Abbremsen der Reaktionsfragmente entstehende Wärme wird von einer das Uran umgebenden Wärmeträgerflüssigkeit aufgenommen. Einfach ausgedrückt wirkt die Wärmeträgerflüssigkeit auf die gleiche Weise wie heißes Wasser in einem Heizsystem mit Heizkörpern, in dem das Wasser die von der Heizung erzeugte Wärme zu verschiedenen Punkten im Raum transportiert. Die komprimierte Wärmeträgerflüssigkeit, die den Kern erreicht, hat eine Temperatur von 290 °C und erreicht bei einem Druck von 15 MPa 320 °C, sodass sie nicht siedet.
Die erhitzte Flüssigkeit strömt durch einen Dampferzeuger, in dem ein gesättigter Nassdampf erzeugt wird; an diesem Punkt durchläuft sie einen Feuchtigkeitsabscheider, der sie in gesättigten Trockendampf umwandelt, und wird durch ein Leitungssystem zu einer Dampfturbine im konventionellen Bereich bei einer Endtemperatur von 290 °C und einem Druck von 5 MPa transportiert. Ein Druckstabilisator wird verwendet, um den Druck stabil zu halten. Die Turbine ist eine Antriebsmaschine, die die Wärmeenergie des Dampfes nutzt und in mechanische Arbeit umwandelt. Die Turbine wiederum bewegt mit der umgewandelten Energie einen Generator, der zur Stromerzeugung verwendet wird; das gleiche Prinzip wird in den gebräuchlichsten Kraftwerken mit Brennstoff sowie in Wasserkraftwerken oder Windparks angewendet.
Wie wir gesehen haben, erzeugt der gesamte Prozess große Mengen an Dampf, der nach dem Verlassen der Turbine behandelt werden muss; durch Abkühlung wird der Dampf wieder flüssig und kann im Prozess erneut verwendet werden. Ein Kondensator befindet sich unter der Turbine, um den Dampf abzukühlen, und dank eines Kühlmittels wird er in Wasser umgewandelt. Die aus dem Kondensator austretende Wassermenge hat eine sehr hohe Temperatur und kann nicht in das Ursprungsbecken abgelassen werden, da sie sonst das Ökosystem schädigen würde; deshalb werden Kernkraftwerke bevorzugt in der Nähe eines Flusses, eines Sees oder am Meer gebaut, wo die großen Wassermassen die Temperatur des Kondensatorwassers allmählich senken können, ohne Schäden zu verursachen. Für Kraftwerke, die im Landesinneren gebaut werden, ist ein geschlossener Kühlkreislauf erforderlich; das am häufigsten verwendete System sind Kühltürme mit natürlicher oder erzwungener Zirkulation unter Verwendung großer Ventilatoren.