89 Radioaktivität Um die Kettenreaktion im Reaktor steuern zu können, werden Regelstäbe aus Cadmium- oder Borverbindungen benötigt. Diese können Neutronen einfangen (Abb. 89.1). Die auffälligen Kühltürme eines Kernkraftwerks geben lediglich die Wärme des Kühlwassers an die Umgebung ab (Abb. 88.1). Podiumsdiskussion: Weltweit wird über den Einsatz von Kernkraftwerken in Zusammenhang mit dem Klimawandel diskutiert. Vorteile: Hohe Energiedichte des Brennstoffs: 1 kg, das 3 % Uran-235 enthält, liefert ähnlich viel Energie wie etwa 70 t Steinkohle. Geringerer CO2-Ausstoß als bei Kraftwerken, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden. Nachteile: Es fällt radioaktiver Abfall an, der auch teilweise hochgiftig ist. Wo soll der Abfall gelagert werden? Sehr aufwendige Sicherheits- und Kontrollvorrichtungen im Kernkraftwerk. Gestaltet eine Podiumsdiskussion, bei der Befürworterinnen und Befürworter und Gegnerinnen und Gegner die jeweiligen Argumente diskutieren. Berücksichtigt die Schwerpunkte Klimaschutz, Nachhaltigkeit, Bedarf an ausreichender Stromerzeugung und Umweltschutz. Was geschieht bei einer unkontrollierten Kernspaltung? Für eine Kettenreaktion bei der Kernspaltung wird eine bestimmte Mindestmenge spaltbaren Materials benötigt, die sogenannte kritische Masse. Bei Uran-235 sind das etwa 50 kg, bei Plutonium-239 etwa 10 kg. Wird die kritische Masse überschritten, setzt die Kettenreaktion sofort ein. In Sekundenbruchteilen wird eine enorme Energiemenge abgegeben. Dies ist die Grundlage für den Bau von Kernwaffen (Abb. 89.3). Die unkontrollierte Kettenreaktion – ein Modellversuch (Abb. 89.2) Stelle Dominosteine so auf, dass ein Stein jeweils zwei andere umwerfen kann. Stößt du den ersten Stein an, werden in kurzer Zeit alle Steine fallen. Entfernst du dazwischen einige Steine, wird die Kettenreaktion nicht vollständig ablaufen. Neutron Brennstäbe U-235 (2−3 %) U-238 Wasser (Moderator) Regelstäbe 89.1 Durch das Einfangen von Neutronen durch Regelstäbe verläuft die Kettenreaktion kontrolliert. 89.2 Prinzip der unkontrollierten Kettenreaktion – Dominosteine stellen die bei der Spaltung abgegebenen Neutronen dar. A1 Bei einem Kernkraftwerk wird die thermische Energie, die durch Kernspaltung frei wird, als Wärme auf einen Wasserkreislauf übertragen. Durch weitere Energieübertragung wird sie in elektrische Energie ähnlich wie in einem Wärmekraftwerk umgewandelt. M unterkritische Massen U-235 (gemeinsam kritisch) herkömmlicher Sprengstoff Zünder „Geschoß“ Ziel 89.3 Schema einer Kernwaffe Infobox: Am 6. August 1945 zerstörte die weltweit erste Kernwaffe die japanische Stadt Hiroshima. Dabei starben unmittelbar nach der Explosion etwa 80 000 Menschen. V2 Bei Kernwaffen findet die Kettenreaktion in kurzer Zeit unkontrolliert statt und hat folgende Auswirkungen: • Hitzeentwicklung (etwa 30 000 °C in der umgebenden Luft), • Druck- und Sogwelle durch Ausdehnung der Luft, • radioaktiver Niederschlag (Fallout, zB Spaltprodukte). M 89.4 Friedensdemonstrationen in Hiroshima 89.5 Friedensdenkmal in Hiroshima – im Gedenken an den ersten Kernwaffeneinsatz. 89.6 Kernwaffentest am Bikini-Atoll (1946) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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