Wie funktioniert die Atomkraft

Atomkraft – alles Wissenswerte. Um die Problematik der friedlichen Nutzung von Kernenergie nachvollziehen zu können, wird hier die Bedeutung wichtiger Fachbegriffe definiert. Störfälle in Atomkraftwerken, wie aktuell in Japan, entfachen immer wieder aufs Neue die Diskussion über Sinn, Nutzen und Gefährlichkeit dieser Technologie zur Stromgewinnung. Dabei kursieren viele Fachbegriffe, die nicht für jedermann verständlich sind. Im Folgenden werden die wichtigsten Begriffe erläutert.

Atom

Der Name des Atoms leitet sich vom griechischen Wort átomos = unteilbar, unzerschneidbar ab, d. h. ein Atom ist mit chemischen oder mechanischen Mitteln nicht weiter zu teilen. Ein Atom besteht aus dem positiv geladenen Kern, dieser seinerseits aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen. Der Kern wird von einer Hülle aus negativ geladenen Teilchen umgeben, den Elektronen. Protonen und Neutronen werden durch die sog. Kernkräfte zusammengehalten. Überschreitet die Anzahl der Neutronen im Kern einen gewissen Grenzwert im Verhältnis zu den Protonen, so werden die Atomkerne instabil. Die Anzahl der Protonen im Kern (Ordnungszahl) bestimmt die chemische Eigenschaft eines Elements.

Isotop

Hat ein Element die gleiche Anzahl von Protonen, jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, so spricht man vom Isotopen. Mit Ausnahme der sog. Reinelemente, z. B. Aluminium, Natrium oder Phosphor, bestehen alle Elemente aus einem Isotopengemisch. Die Massenzahl (Summe aus Protonen und Neutronen) wird durch eine Zahl vor dem Kürzel des Elements angegeben, z. B. bei Uran: 234U, 235U, 238U.

Uran

Uran ist ein radioaktives Schwermetall, welches in verschiedenen Gesteinen in geringer Menge vorkommt. Von wirtschaftlichem Nutzen sind das hochradioaktive Uraninit (Pechblende oder Uranpecherz) und Uranglimmer. Als Kernbrennstoff verwertbar sind nur das Isotop 235U, welches natürlich vorkommt, sowie 233U, das in Brutreaktoren aus Thorium, einer Uranverbindung, erzeugt wird.

Kernspaltung

Die Kernspaltung wurde 1938 von dem deutschen Chemiker Otto Hahn und seinem Assistenten Fritz Straßmann entdeckt. Atomkerne von Uran-235 wurden mit Neutronen beschossen und dadurch der Zerfall der Atomkerne in zwei leichtere Kerne bewirkt. Gleichzeitig kommt es dabei zur Emission weiterer Neutronen, die ihrerseits weitere Urankerne spalten, womit die Kettenreaktion ausgelöst wird. Dabei werden zehn Prozent der Kernkraft, die den Atomkern zusammenhält, als Kernenergie freigesetzt, welche sodann etwa zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

Radioaktivität

Bei dem Zerfall von Atomkernen wird Energie in Form von Strahlung (α-, β- oder γ-Strahlung) freigesetzt (lat. radius = Strahl). Diese unsichtbare und nicht fühlbare Strahlung besitzt so viel Energie, dass sie elektrisch neutrale Atome oder Moleküle ionisieren kann. Trifft diese Strahlung auf den menschlichen Körper, kann dies Strahlungsschäden durch Zerstörung von Körperzellen verursachen. Selbst niedrig dosierte Strahlung kann die DNA verändern, was zu Krebserkrankungen, Leukämie, Veränderung des Erbgutes und Missbildungen bei Neugeborenen führen kann.

Radioaktive Stoffe

Nicht nur Energie wird bei einer Kernspaltung freigesetzt. Auch andere radioaktive Stoffe wie Americium, Cäsium, Curium, radioaktives 131Jod, Neptunium, Strontium und das hochgiftige Plutonium entstehen. Diese Stoffe senden ihrerseits Strahlung aus, welche den menschlichen Organismus schädigt. Die Dauer der Strahlung bei Isotopen ist unterschiedlich und wird als Halbwertszeit bezeichnet.

Halbwertszeit

Diese gibt an, wie lange es dauert, bis die Menge eines radioaktiven Stoffes sich halbiert hat. Bei Cäsium 137 liegt sie bei ca. 30 Jahren, bei in Kernkraftwerken verwendetem und am häufigsten produziertem Plutonium 239 beträgt die Halbwertszeit mehr als 24.000 Jahre.

Atommüll

Hierbei handelt es sich um radioaktive Abfälle aus Kernkraftwerken sowie aus der Nuklearmedizin. Wegen ihrer gefährlichen Strahlung müssen diese Abfälle sorgfältig entsorgt werden. Auf Grund ihrer z. T. extrem langen Halbwertszeit ist es indes schwierig, passende Endlager zu finden.

Störfälle

Technische Störfälle in Kernkraftwerken in Deutschland sind entsprechend der Störfallverordnung zum Bundesimmissionsschutzgesetz meldepflichtig und werden mit Hilfe der INES (International Nuclear Event Scale) eingestuft. Diese reicht von Null (kleine oder minimale sicherheitstechnische Bedeutung) bis Sieben (schwerste Freisetzung von radioaktiver Strahlung und Elementen. Zu diesem als Super-GAU (GAU = größter anzunehmender Unfall, für den die Sicherheitssysteme einer Anlage noch ausgelegt sein müssen) bezeichneten Störfall kann es durch Explosion des Reaktors oder einer Kernschmelze kommen.

Kernschmelze

Die bei der Kernspaltung entstehende Wärme wird wirtschaftlich zur Stromerzeugung genutzt. Das zur Kühlung der Brennelemente verwendete Wasser verdampft, der Wasserdampf treibt Turbinen an, die ihrerseits Strom erzeugende Generatoren antreiben. Kommt es zu Störungen in der Kühlung, erhitzen sich die Brennelemente derart, dass sie sich verformen, und sich bei weiterer Erwärmung durch die Reaktorbehälter aus Stahl fressen, bzw. Reaktorbehälter aus Beton zerbersten lassen. Bei dem dann vorliegenden Super-GAU gelangt radioaktives Material in die Umgebung, welche auf Dauer hochradioaktiv verseucht wird.

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