Das Kernkraftwerk

Es funktioniert fast wie ein normales Kraftwerk, aber es hat kleine, aber doch bemerkenswerte Unterschiede! Die Energie zur Dampferzeugung wird nicht durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe, sondern durch Kernspaltung erzeugt. Der Kessel wird dabei durch einen Kernreaktor ersetzt, eine Einrichtung, in der Kernenergie erzeugt wird. Man lässt dort eine kontrollierte Kettenreaktion ablaufen, bei der nur so viele Kerne gespalten werden, wie man zur Stromerzeugung braucht.

Einleitung

Zu den nicht fossilen, aber im eigentlichen Sinne auch nicht regenerativen Energiequellen gehört die Kernenergie. Kernenergie wird mit Hilfe von sogenannten Kernreaktoren und dem Schwermetall Uran gewonnen. Mit der Entdeckung der Kernspaltung wurde die friedliche Nutzung der Kernenergie in den 50er und 60er Jahren stark gefördert, resultierend in einem Bau von Kernkraftwerken bis Mitte der 80er Jahre. Die Reaktorunfälle von Harrisburg und Tschernobyl und schon vorher bekannte Argumente gegen eine Nutzung der Kernenergie zur Energieerzeugung erschwerten jedoch in den letzten 20 Jahren die politische Durchsetzbarkeit - etwa in den USA und Deutschland -, bis ein Zubau von neuen Kernkraftwerken fast unmöglich wurde. Die Kernenergienutzung wird hingegen beispielsweise in Japan, China, Russland, Südafrika und einigen anderen Ländern wieder als Alternative zur Nutzung fossiler Brennstoffe akzeptiert.

Aufbau und Wirkungsweise eines Kernkraftwerkes

Das Herzstück eines solchen Kraftwerks ist der Core. Er befindet sich im Inneren eines massiven Stahldruckgefäßes. Dieses Gefäß besteht aus zusammengefassten Brennelementen, dicht gepackten dünnen Brennstäben, die einen Brennstoff enthalten. Zwischen den Brennstäben bewegen sich Steuerstäbe aus neutronabsorbierendem Material.

Durch dir von Kernspaltung entstehende Wärme wird von dem Wasser, das zwischen den Brennstäben hindurchgepumpt wird, aufgenommen und zur Dampferzeugung genutzt. Das Wasser durchströmt dabei eine Vielzahl kleiner Rohre, wo die Wärme an das befindliche kältere Wasser des Sekundärkreislaufes abgegeben wird. Das Primärwasser wird mit einer abgekühlten Temperatur von  290° zum Reaktordruckgefäß zurückgeführt. Der Druck ist im Primärkreislauf so hoch, dass das Wasser nicht verdampft. Beim Sekundärkreislauf jedoch ist der Druck so niedrig, dass das Wasser verdampft. Der Dampf treibt mehrere Turbinen an, die jeweils mehrere Generator antreiben. Die Generatoren erzeugen Energie mit der die Haushalte versorgt werden.

Energieumwandlung im Kernkraftwerk

Im Kernkraftwerk wird die Kernenergie von Kernbausteinen in Atomkernen eingesetzt. Bei der Kernspaltung wird diese Bildungsenergie als Wärmeenergie freigesetzt. Dadurch wird eine Turbine angetrieben, die Wärmeenergie in kinetische Energie umwandelt. Dieser Vorgang dient der Gewinnung von elektrischer Energie.

Kernenergie-Wärmeenergie-Kinetische Energie-Elektrische Energie

Der Druckwasserreaktor

Bei einem Druckwasserreaktor hingegen lässt man in dem Reaktordruckgefäß einen so großen Druck zu, dass das Wasser selbst bei 330° C noch nicht verdampft. Es wird also heißes Wasser aus dem Reaktor herausgeführt. Seine Wärme gibt es an einen getrennten zweiten Wasserkreislauf ab, bevor es kühler in den Reaktor zurückfließt. Das Wasser des zweiten Kreislaufes steht unter geringerem Druck. Es verdampft und treibt eine Turbine an. Der Dampf bzw. das Wasser dieses zweiten Kreislaufes wird also nicht radioaktiv. Die meisten Reaktoren in Deutschland sind Druckwasserreaktoren.

Radioaktive Strahlung

Die Radioaktivität ist eine Eigenschaft verschiedener Atomkernarten Strahlung abzugeben. Die Kernstrahlungsarten Alphastrahlung, Betastrahlung und Gammastrahlung können Stoffe durchdringen, wobei die Durchdringungsfähigkeit von der Strahlungsart und vom Stoff abhängt. Alphastrahlung wird sehr stark absorbiert, man benötigt daher zur Abschirmung dieser Strahlung nur sehr dünne Schichten. Auf Grund der geringen Reichweite von 10 cm in Luft und weniger als 0,1 mm in Materie, verursacht Alphastrahlung weitaus größere Schäden als Beta- oder Gammastrahlung, da hier viel Energie auf einer kurzen Strecke freigesetzt wird. Im Vergleich zu den anderen beiden Kernstrahlungsarten, deren Faktor für Gefährlichkeit 1 beträgt, besitzt Alphastrahlung den Faktor 20. Die Ionisationsdichte der Betastrahlung ist deutlich kleiner, ihre Reichweite größer als bei Alphastrahlung. Da hierbei eine geringere Menge an Energie auf gleicher Strecke freigesetzt wird, richtet die Betastrahlung, ebenso wie die Gammastrahlung, einen geringeren Schaden am Organismus an und die Selbstheilungschancen sind höher als bei Alphastrahlung.

Beim Zerfall radioaktiver Elemente, wie im Kernkraftwerk Uran-235 oder Plutonium-239, werden diese Kernstrahlungsarten frei. Sie wirken ionisierend auf die Moleküle in den Zellen von Organismen. Dabei wird die Chemie lebender Zellen verändert und geschädigt. Man unterscheidet im Allgemeinen zwischen Sofortschäden, stochastischen Strahlenschäden und genetischen Strahlenschäden. Sofortschäden treten bei einer sehr hohen Strahlendosis auf. Eine Strahlenbelastung oberhalb des Schwellenwertes 2 Sv kann Verbrennungen oder eine Veränderung des Blutbildes auslösen. Eine kurzzeitige Ganzkörperbestrahlung von über 7 Sv führt meist schon nach wenigen Tagen zum Tod. Stochastische Schäden können nach einmaliger hoher Strahlendosis oder nach längerer schwacher Strahlenbelastung auftreten und verändern die Körperzellen so, dass beispielsweise Leukämie hervorgerufen wird. Ebenfalls stochastisch verlaufen genetische Strahlenschäden, allerdings wirken sich diese erst bei den Nachkommen aus.

Kernkraftwerke geben im Normalbetrieb sowohl an Luft als auch an Wasser Spuren radioaktiver Stoffe ab. Diese Abgaben unterliegen strengen gesetzlichen Auflagen, die durch das Atomgesetz und seine Verordnungen geregelt werden. Die Grenzwerte, die gesetzlich vorgeschrieben sind, bezeichnen Mengen weit unterhalb der Gefährlichkeit für den Menschen und sind in diesem Sinne "zur sicheren Seite hin" festgelegt. Die Richtlinie begrenzt die zusätzliche Strahlenexposition für Einzelpersonen der Bevölkerung auf 1 mSv pro Jahr.

Risiken

Da im Innern eines Kernkraftwerks starke radioaktive Strahlung freigesetzt wird, die, würde sie nach außen gelangen, eine enorme Gefährdung für die Umwelt darstellt, ist das Kernkraftwerk als Mittel der Energieerzeugung sehr umstritten. Im Allgemeinen sind solche Kraftwerke sicher, da sie im Normalbetrieb keine Strahlengefährdung für die Außenwelt aufweisen und durch umfassende Sicherheitseinrichtungen auf Störfälle vorbereitet sind. Trotzdem sind in den letzten Jahren immer wieder mehr oder minder schwerwiegende Unfälle vorgefallen.