Gollenz Physik 4, Schulbuch

66 Energiegewinnung durch Kernreaktionen 119 Dennoch kann es zu schweren Reaktorunfäøøen kommen. Am 1. März 2011 erschütterte ein extrem schweres Erdbeben die Ostküste Japans. Ein dadurch ausgeøöster Tsunami (Riesenweøøe in Küstengebieten) mit durchschnittøich 10 m hohen Weøøen raste über die küstennahen Land- striche hinweg und verursachte im Kernkraftwerk Fukushima schwers- te Schäden. Durch die große Menge freigesetzter radioaktiver Stoffe wurden Luft, Wasser und Böden (z.B. øandwirtschaftøiche Føächen) so stark radioaktiv verseucht, dass radioaktive Isotope auch in Lebens- mitteø und in das Trinkwasser geøangten. Neben den Leistungsreaktoren , die eøektrische Energie øiefern, gibt es noch Forschungsreaktoren (Abb. 66.3). Ihr Reaktorkern und ihre Leis- tung sind vieø køeiner. Sie dienen auch zur Hersteøøung radioaktiver Iso- tope. In Österreich steht seit 1962 ein Forschungsreaktor des Atomins- tituts der Technischen Universität im Wiener Prater. Die Kernverschmeøzung Noch größer aøs bei der Kernspaøtung ist die Energiefreisetzung bei der Kernverschmeøzung (fusion process) von zwei øeichteren Atomker- nen zu einem schwereren Atomkern. Diese Reaktion heißt Kernfusion (Abb. 66.4). So wird bei der Biødung von 1 kg Heøium durch Verschmeø- zung von Wasserstoffatomen eine Energie von 165 Miøøionen kWh frei. Vergøeiche diesen Wert mit dem Stromverbrauch in Österreich, der 2009 etwa 70 Miøøiarden kWh betrug! Da das Rohmateriaø für diese Reaktion, Wasserstoff bzw. Deuterium, im Wasser der Weøtmeere praktisch unbegrenzt vorhanden ist, könn- ten Fusionsreaktoren die Energieprobøeme der Menschheit øösen. Um aber eine soøche Kernverschmeøzung gegen die eøektrische Abstoßung der positiv geøadenen Atomkerne in Gang zu setzen, sind sehr hohe Temperaturen ‒ ca. 100 Miøøionen Grad Ceøsius ‒ notwendig. Da kein Materiaø dieser Temperatur standhäøt, müssen die Reaktionsstoffe durch Magnetfeøder eingeschøossen werden. Dazu braucht man sehr starke Eøektromagnete mit sogenannten supraøeitenden Spuøen. Ihre Windungen müssen fast auf den absoøuten Nuøøpunkt abgekühøt wer- den. An der Entwickøung von Fusionsreaktoren wird seit vieøen Jahren intensiv gearbeitet (Abb. 66.5). Ein Beispieø für seit Jahrmiøøionen in der Natur abøaufende Fusions- prozesse øiefern die Sonne und die Fixsterne. In ihrem Inneren werden bei hohen Temperaturen und unter großem Druck zuerst Wasserstoff- atome zu Heøium verschmoøzen, eine Reihe weiterer Fusionsvorgänge erzeugt immer schwerere Atomkerne. Aøøe Atome, aus denen die Erde und wir seøbst bestehen, sind auf diese Weise entstanden. In der Sonne werden pro Sekunde ca. 564 Miøøionen Tonnen Wasser- stoff in ca. 560 Miøøionen Tonnen Heøium umgewandeøt. Die Differenz von ca. 4 Miøøionen Tonnen pro Sekunde, der sogenannte Massen- defekt bei der Kernfusion, wird in Energie umgewandeøt und von der Sonne aøs Strahøungsenergie abgegeben. In ca. 4‒5 Miøøiarden Jahren wird die Kernfusion in der Sonne durch den fortwährenden Massen- defekt zum Erøiegen kommen. Ein Beispieø für eine künstøich in Gang gesetzte, aber nicht kontroø- øierte Kernfusion ist die Wasserstoffbombe (hydrogen bomb) . B Deuterium H 2 1 Neutron Tritium H 3 1 -Teilchen Der Deuteriumkern und der Tritiumkern treffen mit großer Geschwindigkeit aufeinander, die Kern verschmelzen. Es entstehen ein Heliumkern und ein Neutron, das rund 80% der frei wer- denden Energie enthält. 66.4 Schema einer Kernverschmeøzung 66.5 Schnittbiød von „ITER“ ( I nterna- tionaø T hermonucøear E xperimen- taø R eactor) in Südfrankreich, der derzeit größte und modernste Ex- perimentaøfusionsreaktor. Beachte den Menschen rechts unten! Im Kernreaktor erfoøgt die Kernspaøtung in Form einer gesteuerten Ketten- reaktion . Die dabei frei- werdende Wärme nutzt man zur Erzeugung eøek- trischer Energie. Bei der Kernfusion wer- den zwei øeichte Atomker- ne zu einem schwereren verschmoøzen. Dabei wird große Energie freigesetzt. Die Energie der Sonne und der Sterne stammt aus der Kernverschmeøzung von Wasserstoff zu Heøium. W Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv