Kernenergie
Kernenergie ist die kontrollierte Nutzung der Kernenergie. Kernenergie ist Energie in "spaltbaren" Elementen wie Uran, die durch Kernreaktionen in einer Maschine namens Kernreaktor freigesetzt werden kann. Diese Energie wird in Elektrizität umgewandelt, die dann zum Antrieb von Maschinen und zur Beheizung von Häusern verwendet werden kann. Im Jahr 2007 stammten 14% der Elektrizität weltweit aus Kernkraft. Kernkraftwerke produzieren auch radioaktiven Abfall, der schädlich sein könnte, wenn er nicht richtig gelagert wird.
Seit Mitte des 20. Jahrhunderts beschäftigt man sich auch mit der Nutzung der Fusionsenergie, die viel mehr Energie erzeugt und keinen radioaktiven Abfall produziert. Kernfusionsreaktoren gibt es noch nicht und werden noch entwickelt.
Das Kraftwerk Cattenom außerhalb von Metz ist ab 2011 das größte Kernkraftwerk Frankreichs. An feuchten Tagen kondensiert ein Großteil des Wasserdampfes.
Geschichte
Enrico Fermi baute 1941 den ersten Kernreaktor. Viele Reaktoren wurden in den USA während des Zweiten Weltkriegs im Rahmen des Manhattan-Projekts gebaut. Im Jahr 1954 wurde das erste Kernkraftwerk in Obninsk bei Moskau in Betrieb genommen. Die meisten Kernkraftwerke in den USA wurden in den 1960er und 1970er Jahren gebaut. Kernreaktoren treiben auch einige große Militärschiffe und U-Boote an.
Energieerzeugung
In Kernreaktoren kommt ein Prozess namens Kernspaltung zum Einsatz, bei dem Atome wie Uran oder Plutonium (insbesondere das Isotop Uran 235) verwendet und durch Teilchen, die Neutronen genannt werden, auseinander gespalten werden. Dadurch wird ein Teil der Masse in Energie umgewandelt, entsprechend der Einsteinschen Gleichung E=mc2. Die spaltbaren Elemente werden in Stäbe gelegt, die "Brennstäbe" genannt werden. Die Brennstäbe werden in Wasser eingetaucht, und die bei der Spaltreaktion freigesetzte Energie erwärmt das Wasser, das sich in Dampf verwandelt.
Der Dampf treibt dann eine Turbine an, die Strom erzeugt. Der Dampf wird dann in riesigen Kühltürmen kondensiert, und er verwandelt sich wieder in Wasser und wird wieder in den Reaktor geleitet.
Die Reaktion kann kontrolliert werden, indem "Steuerstäbe" zwischen die Brennstäbe gesetzt werden. Die Steuerstäbe bestehen im Allgemeinen aus Bor, das Neutronen absorbiert und die Reaktion stoppt.
Eine Kernschmelze kann eintreten, wenn die Reaktion nicht kontrolliert wird und beginnt, gefährliche radioaktive Gase (wie Krypton) zu erzeugen. Entgegen der landläufigen Meinung können Kernreaktoren nicht wie eine Atombombe explodieren, aber es ist eine Gefahr, wenn radioaktives Material austritt.
Unfälle
Einige schwere nukleare Unfälle haben sich ereignet. Es wurde eine Skala erstellt, um zu messen, wie gefährlich Unfälle sind. Sie wird als Internationale nukleare Ereignisskala bezeichnet. Die Skala hat 8 Stufen (0-7), und 7 ist die schlechteste.
- Tschernobyl-Katastrophe, geschah 1986; klassifiziert auf Stufe 7.
- Fukushima Nuklearkatastrophe, ereignete sich 2011 als Folge eines Erdbebens der Stärke 7.
- Majak-Unfall; geschah 1957. Die Menge der freigesetzten Strahlung und die allgemeine Gefahr war höher als die von Tschernobyl. Das betroffene Gebiet war jedoch kleiner. Aus diesen Gründen wird der Unfall nur als Stufe 6 eingestuft.
- Brand im Windschatten von 1957 und Unfall in Three Mile Island 1979, auf Stufe 5.
- Nuklearer Unfall von Tokaimura auf Stufe 4
Zu den nuklearbetriebenen U-Boot-Unglücken gehören der Reaktorunfall des sowjetischen U-Bootes K-19 (1961), der Reaktorunfall des sowjetischen U-Bootes K-27 (1968) und der Reaktorunfall des sowjetischen U-Bootes K-431 (1985).
Während des Notfalls 2011 im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi in Japan wurden drei Kernreaktoren durch Explosionen beschädigt.
Wirtschaft
Die Wirtschaftlichkeit der Kernenergie ist eine Herausforderung, und nach der Kernkraftwerkskatastrophe von Fukushima 2011 werden die Kosten für derzeit in Betrieb befindliche und neue Kernkraftwerke wahrscheinlich steigen, da die Anforderungen an die Entsorgung abgebrannter Brennelemente vor Ort und die Bedrohungen durch die Konstruktionsgrundlage steigen werden.
Debatten
Es gibt eine Debatte über die Nutzung der Kernenergie. Befürworter, wie der Weltnuklearverband und die IAEA, argumentieren, dass die Kernkraft eine nachhaltige Energiequelle ist, die den Kohlenstoffausstoß reduziert. Zudem trägt sie nicht zu Smog oder saurem Regen bei. Atomkraftgegner wie Greenpeace International und der Nuclear Information and Resource Service sind der Ansicht, dass die Kernenergie eine Bedrohung für Mensch und Umwelt darstellt.
Jüngste Entwicklungen
Im Jahr 2007 erzeugten Kernkraftwerke etwa 2600 TWh Strom und lieferten 14 Prozent des weltweit verbrauchten Stroms, was einem Rückgang von 2 Prozent gegenüber 2006 entspricht. Am 9. Mai 2010 waren weltweit 438 (372 GW) Kernreaktoren in Betrieb. Ein Höhepunkt wurde 2002 erreicht, als 444 Kernreaktoren in Betrieb waren.
Die nuklearen Notfälle im japanischen Kernkraftwerk Fukushima Daiichi und anderen Nuklearanlagen warfen Fragen über die Zukunft der Kernenergie auf. Platts sagte, dass "die Krise in Japans Kernkraftwerken Fukushima führende energieverbrauchende Länder dazu veranlasst hat, die Sicherheit ihrer bestehenden Reaktoren zu überprüfen und die Geschwindigkeit und das Ausmaß geplanter Erweiterungen auf der ganzen Welt in Frage zu stellen". Nach der Atomkatastrophe von Fukushima halbierte die Internationale Energieagentur ihre Schätzung der bis 2035 zu errichtenden zusätzlichen nuklearen Erzeugungskapazität.
Böden von Druckwasserbehältern
Fragen und Antworten
F: Was ist Kernkraft?
A: Kernenergie ist die kontrollierte Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung.
F: Wie funktioniert ein Kernreaktor?
A: Ein Kernreaktor nutzt Kernreaktionen, um Energie freizusetzen, die dann Wasser zum Kochen bringt und eine Dampfmaschine antreibt, die Strom erzeugt.
F: Wie viel Prozent des weltweiten Stroms wurde 2007 durch Kernenergie erzeugt?
A: Im Jahr 2007 wurden 14% des weltweiten Stroms aus Kernenergie gewonnen.
F: Welche potenziellen Risiken sind mit der Nutzung der Kernenergie verbunden?
A: Kernkraftwerke produzieren radioaktive Abfälle, die schädlich sein können, wenn sie nicht richtig gelagert werden.
F: Welche Art von alternativer Energiequelle wird seit Mitte des 20. Jahrhunderts erforscht?
A: Die Fusionsenergie wird seit Mitte des 20. Jahrhunderts als alternative Energiequelle erforscht.
F: Wie unterscheidet sich die Fusionsenergie von der herkömmlichen Kernenergie?
A: Die Fusionsenergie erzeugt viel mehr Energie als die herkömmliche Kernenergie und produziert keine radioaktiven Abfälle.
F: Sind Fusionsreaktoren bereits verfügbar?
A: Fusionsreaktoren gibt es noch nicht und sie befinden sich noch in der Entwicklung.
