Wissen über Atomenergie - Atomkraftwerk
Was ist Kernenergie, Atomenergie, Atomkraft ?
Was ist Atomkraft? Wie funktioniert ein Atomkraftwerk? Mit Kernenergie, Atomenergie, Nuklearenergie, Atomkernenergie, Kernkraft oder Atomkraft wird die Technologie zur großtechnischen Erzeugung von Sekundärenergie wie elektrischem Strom aus Kernreaktionen bezeichnet. Während sich Kernfusionsreaktoren erst im Forschungsstadium befinden, wird die Kernspaltung seit den 1950er Jahren in Kernkraftwerken – überwiegend unter Verwendung des Kernbrennstoffs Uran – praktiziert.
Atomkraftwerk
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Unser Tipp:
Atom: Die Geschichte des nuklearen Zeitalters
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Wirkungsweise
Kernkraftwerke wandeln die Energie aus Induzierter Kernspaltung in Wärmeenergie und diese in elektrische Energie um. Stromerzeugung aus der bei der Kernfusion freiwerdenden Energie ist auch das Ziel der Fusionsforschung. Andere Kernreaktionen setzen ebenfalls Kernenergie frei, haben aber keine technische Bedeutung.
Bei der Induzierten Kernspaltung zerfallen die Atomkerne von schweren Uran-, Thorium-, oder Plutonium-Isotopen in mehrere leichtere Kerne, sobald sie eine geringe Aktivierungsenergie – durch Eindringen eines Neutrons in den Kern – erhalten. Die Differenz zwischen der Masse des Ursprungkerns und der Summe der Massen der Spaltprodukte, auch als Massendefekt bekannt, wird dabei nach der Äquivalenz von Masse und Energie in kinetische Energie umgesetzt. Pro Spaltung sind dies etwa 200 MeV. Zu den Spaltprodukten zählen auch 2–3 prompte Neutronen, die bei jeder Spaltung freigesetzt werden. Diese können weitere Kernspaltungen bewirken und führen so zu einer Kettenreaktion. Die durch radioaktiven Zerfall der Spaltprodukte entstehenden verzögerten Neutronen ermöglichen eine gesteuerte Kettenreaktion in einem Kernreaktor.
Bei der Kernfusion verschmelzen mehrere leichte Atomkerne, wie die Wasserstoff-Isotope Deuterium und Tritium, zu einem schwereren Kern, etwa einem Helium-Isotop. Da Atomkerne positiv geladen sind, muss dafür die Coulomb-Kraft, die eine Abstoßung der Kerne bewirkt, überwunden werden. Dazu sind ein hoher Druck und sehr hohe Temperatur – etwa 100 Millionen Kelvin – erforderlich. Wie bei der Kernspaltung wird durch den Massendefekt ein Teil der Kernbindungsenergie, je nach Reaktion in der Größenordnung von etwa 3–18 MeV pro Fusion, freigesetzt. (Siehe auch Wikipedia Kernkraftwerk)
Kernkraftwerke
Ein Kernkraftwerk (KKW), auch Atomkraftwerk (AKW), ist ein Wärmekraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie durch kontrollierte Kernspaltung.
Physikalische Grundlage ist die Energiefreisetzung bei der Spaltung von schweren Atomkernen. Sie beruht darauf, dass die Bindungsenergie pro Nukleon in den Spaltprodukten größer ist als vorher im spaltbaren Kern. Diese Energie wird hauptsächlich als Bewegungsenergie der Spaltprodukte freigesetzt. Durch deren Abbremsung im umgebenden Material entsteht Wärme, mit der Wasserdampf erzeugt wird.
Größere Kernkraftwerke bestehen aus mehreren Blöcken, die je für sich unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Zurzeit sind weltweit 210 Kernkraftwerke mit 436 Reaktorblöcken am Netz,[1], die rund 13% des weltweiten Strombedarfs decken.
Zur Gewinnung von elektrischem Strom durch Kernenergie werden Kernkraftwerke, die gesteuerte Kettenreaktionen von Kernspaltungen in Kernreaktoren durchführen, verwendet. Kernfusionsreaktoren befinden sich zurzeit noch im Forschungsstadium. Weiterhin sind im militärischen Bereich einige Flugzeugträger, Atom-U-Boote, und wenige Atomkreuzer mit Kernenergieantrieb ausgestattet; im zivilen Bereich hat sich dieser Antrieb lediglich für Atomeisbrecher durchgesetzt. (siehe auch: Liste ziviler Schiffe mit Nuklearantrieb)
Der Anteil der Kernenergie an der weltweiten Energieerzeugung betrug 1998 6,5 % (UNDP). Der Kernkraftanteil an der weltweiten Stromerzeugung beträgt etwa 16 %. Mit Stand Januar 2009 sind 210 Kernkraftwerke mit 438 Reaktorblöcken mit einer Gesamtleistung von 372 GW in 31 Ländern in Betrieb.
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Unser Tipp:
Atom: Die Geschichte des nuklearen Zeitalters
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Kohlenstoffdioxid-Emissionen
Kernkraftwerke erzeugen im laufenden Betrieb kein CO2. Jedoch ist der Energieeinsatz bei der Herstellung der Kraftwerke, bei ihrem Betrieb (bei Kernkraftwerken einschließlich Brennstoffbeschaffung und Abfallentsorgung) und bei ihrem Abriss grundsätzlich mit CO2-Freisetzungen verbunden. Der Wissenschaftliche Dienst des Deutschen Bundestages[15] kommt durch Vergleich unterschiedlicher Quellen zum Schluss, dass zwischen 16 und 23 Gramm CO2 pro erzeugter kWh Atomstrom freigesetzt werden. Das ist außerordentlich wenig im Vergleich zu Kohlekraftwerken: Gegenwärtig beträgt der CO2-Ausstoß pro kWh Strom bei Steinkohle ca. 950 g/kWh und bei Braunkohle ca. 1150 g/KWh. Ein Kohlekraftwerk erzeugt etwa 50-mal mehr Kohlendioxid pro erzeugter Energieeinheit als ein Kernkraftwerk.
Die insgesamt über den gesamten Lebenszyklus freigesetzte CO2-Menge ist bei Kernkraftwerken deutlich geringer als bei Erzeugung der gleichen Strommenge mittels konventioneller (fossil gefeuerter) Kraftwerke. Annähernd gleich hohe CO2-Reduktionsfaktoren können mit Windkraft- und Wasserkraftwerken erreicht werden, während andere Erneuerbare Energien, insbesondere die Fotovoltaik, nur kleinere CO2-Reduktionsfaktoren erreichen.
Die CO2-Emissionen bei Kernenergie hängt ab vom Urangehalt des Erzes – pro Tonne Uranoxid fallen derzeit zwischen 1000 und 40.000 Tonnen Abraum an – und dem gewählten Verfahren der Urananreicherung. Die Begrenztheit des Urans bedingt, dass zunehmend Erze mit immer geringerem Urangehalt als Brennstoffe aufbereitet werden. Damit steigen bei Verwendung nicht CO2-neutraler Energiequellen für Uranabbau und -anreicherung die CO2-Emissionen pro kWh Strom. Zu bedenken ist, dass keine der Studien vollständig die CO2-Emissionen vor und während der Stromerzeugung sowie danach, bei Entsorgung und Lagerung bilanziert. Weiter ist anzumerken, dass keine der zitierten Studien die Verbesserung der Abbrand-Parameter neu konzipierter Kernkraftwerke, wie z. B. des EPR, berücksichtigt, die zu einer Senkung des Uran-Einsatzes bei gleichbleibender Leistung führt. Quelle / weitere Informationen: Wikipedia
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