88 5Die Nutzung der Kernenergie durch Kernspaltung Was geschieht bei einer Kernspaltung? Jacob liest in der Onlineausgabe einer Zeitung über „Atomkraftwerke“ (Abb. 88.1). Er fragt sich: „Ich habe ja schon einiges über Atome gelernt, aber wie passen Atome und Kraftwerke zusammen? Kraftwerke liefern doch elektrischen Strom, welche Rolle spielen da Atome?“ Jacob liest, dass Atomkraftwerke eigentlich Kernkraftwerke genannt werden. „Da geht’s doch sicher um Atomkerne!“, überlegt er weiter. Im Jahr 1938 entdeckten Forschende, dass bei der Bestrahlung von Uran-235 mit Neutronen kleinere Atomkerne entstehen und sehr viel freiwerdende Energie gemessen wird. Die österreichische Physikerin Lise Meitner lieferte die Erklärung: Wie gelingt es, die Kernspaltung für ein Kernkraftwerk einzusetzen? In einem Kernkraftwerk wird mithilfe einer kontrolliert ablaufenden Kernspaltung thermische Energie zur Umwandlung in elektrische Energie bereitgestellt. Die immer wieder stattfindende Kernspaltung wird auch als Kettenreaktion bezeichnet. Die bei der Kernspaltung freiwerdenden Neutronen spalten dabei stets weitere Atomkerne (Abb. 88.2). Die kontrollierte Kettenreaktion – ein Modellversuch (Abb. 88.4) Stelle die Dominosteine in einer Linie auf. Stößt du den ersten Stein an, so fallen die anderen nach und nach um. Der umgefallene Dominostein stellt einen gespaltenen Atomkern dar. Du kannst einen Vergleich bilden: Bei der kontrollierten Kettenreaktion läuft die Kernspaltung gesteuert ab. In Reaktoren von Kernkraftwerken (Abb. 88.3 und Abb. 88.5) findet eine kontrollierte Kettenreaktion statt. In den Brennstäben befinden sich Uranpellets, die etwa 3 % Uran-235 enthalten. Die Brennstäbe verbrennen nicht, sondern werden bei der Kernspaltung sehr heiß. Damit wird zB Wasser erhitzt. Das Wasser dient auch als Moderator. So werden Materialien bezeichnet, die Neutronen abbremsen können. Das ist notwendig, damit die Kernspaltung stattfinden kann. Im Wärmetauscher entsteht Wasserdampf, der auf eine Dampfturbine geleitet wird. Ein Generator wandelt die Bewegungsenergie in elektrische Energie um. 88.1 Ein Kernkraftwerk – Die auffälligen Kühltürme geben nur Wasserdampf ab. Infobox: 1978 stimmte Österreich in einer Volksabstimmung gegen die Nutzung von Kernkraftwerken. Ein Uran-235-Atomkern wird durch die Aufnahme eines Neutrons in zwei kleinere radioaktive Atomkerne (Spaltprodukte) gespalten. Bei der Kernspaltung werden Neutronen abgegeben und eine große Menge an Kernenergie (Bewegungsenergie der Bruchstücke, thermische Energie und ionisierende Strahlung) frei (Abb. 88.2). M spaltbare Kerne U + + + n 3 n Energie Spaltprodukte 235 92 1 0 1 0 Neutron frei werdende Neutronen Spaltprodukte 88.2 Die Spaltung von U-235 mithilfe eines Neutrons verursacht eine Kettenreaktion. Dampfturbine Generator Brennstäbe Wasser (durch Brennstäbe erhitzt) heißer Wasserdampf kaltes Kühlwasser Wasser (durch Kühlwasser abgekühlter Wasserdampf) Wärmetauscher Reaktorbehälter Beton Sicherheitsbehälter Regelstäbe 88.3 Schema eines Kernkraftwerks (Druckwasserreaktor) V1 88.4 Die kontrollierte Kettenreaktion – Die Dominosteine fallen kontrolliert (gesteuert). 88.5 Blick in einen Forschungsreaktor Arbeitsheftseiten 46–47 Zusatzmaterial vi7kh5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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