Kernenergie, was ist das und wofür?
Kernenergie ist die Energie, die im Atomkern enthalten ist. Atome sind die kleinsten Elemente, aus denen ein Material besteht. Diese Elemente haben einen Kern aus Neutronen und Protonen, die von der Kernenergie zusammengehalten werden.
Die Veränderung dieser Kerne setzt eine große Menge Energie frei. Diese Energie kann auf viele Arten genutzt werden; unter anderem die Erzeugung elektrischer Energie.
Kernkraftwerke arbeiten als befeuerte Kraftwerke mit Kohle oder Erdgas. Der Unterschied besteht darin, wie sie Wärmeenergie erhalten: Kernkraftwerke nutzen Kernkettenreaktionen, während befeuerte Anlagen fossile Brennstoffe nutzen.
Die Kernenergie liefert heute etwa 10% des weltweiten Stroms aus etwa 440 Reaktoren. Die Vereinigten Staaten bauten den ersten Reaktor in den 1950er Jahren.
Wie viele Arten von Kernreaktionen gibt es?
Es gibt zwei Haupttypen von Kernreaktionen: Spaltung und Fusion.
1. Kernspaltung
Kernspaltung ist, wenn sich ein schwerer instabiler Atomkern teilt oder in zwei oder leichtere Kerne aufspaltet. Wenn es auftritt, setzt die Reaktion erhebliche Mengen an Energie frei. Die idonischsten Atome für diesen Zweck sind aufgrund ihrer Instabilität Uran oder Plutonium.
Dieses Prinzip wird beispielsweise angewendet, um Energie in einem Kernkraftwerk und Atomwaffen zu erzeugen.
Das Funktionsprinzip sowohl einer Kernwaffe als auch eines Kernreaktors besteht darin, dass eine Kernkettenreaktion stattfinden muss. Wenn ein Neutron eine Spaltung erzeugt, die mehr als ein neues Neutron erzeugt, kann die Anzahl der Risse zusammen mit einer massiven Energieerzeugung dramatisch zunehmen.
2. Kernfusion
Kernfusion ist die Fusion der Kerne verschiedener Atome zu einem weiteren schwereren Kern. Wenn Atome leichter Elemente wie Wasserstoff miteinander verschmelzen, wird ein Teil der internen Bindungsenergie freigesetzt.
Die Kernfusion hat ein enormes Potenzial als Energiequelle. Es gibt große Mengen an Lichtkernen auf der Erde. Es bedeutet, dass sein Kraftstoff fast endlos verfügbar ist.
Es setzt keine Treibhausgase frei. Der radioaktive Abfall, der durch Kernfusion entsteht, ist weniger bedeutsam als die Atomspaltung.
Außerdem liefert die Kernfusion mit fast allen aktuellen Atomwaffen die meiste Energie.
Ist Kernenergie erneuerbare Energie?
Kernenergie ist keine erneuerbare Energie.
Um zu arbeiten, braucht es eine Art Brennstoff mit einer ganz besonderen Natur: Sie müssen sehr schwere und sehr instabile Atome wie Uran sein.
Uran ist ein chemisches Element, das natürlich vorkommt. Ut regeneriert sich nicht selbst und Brennstoff aus Kernkraftwerken kann nicht recycelt werden.
Der Vorteil dieser Energie besteht darin, dass sie im Vergleich zu anderen nicht erneuerbaren Kraftstoffen keine Treibhausgase emittiert.
Ist Kernenergie saubere Energie?
Ob es saubere Energie ist oder nicht, ist ein strittiger Punkt. Verbrauchter Brennstoff aus Pflanzen ist hochradioaktiv und schwierig zu handhaben. Mit anderen Worten, es entstehen enorm umweltschädliche Abfälle, die Dutzende von Jahren aktiv bleiben.
Andererseits können Atommüll kontrolliert werden. Der erzeugte Papierkorb folgt Protokollen, die bei korrekter Ausführung keine radioaktiven Partikel in die Umwelt abgeben und daher nicht verschmutzen.
Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?
Kernkraftwerke sind Anlagen, die aus der Energie der Atome Strom erzeugen.
Alle Kernkraftwerke haben einen oder mehrere Kernreaktoren. Die Funktion des Kernreaktors besteht darin, den Kern eines Atoms zu spalten, um eine große Wärmemenge zu erhalten. Es ist das, was wir eine Kernspaltungsreaktion nennen.
Angereicherte Uranatome werden normalerweise verwendet, da Uran ein sehr instabiles chemisches Element ist. Daher ist es leicht, eine Spaltung zu erzeugen.
Es gibt viele Arten von Kernreaktorkonstruktionen: Siedewasserreaktoren (BWR) und Druckwasserreaktoren (PWR). Die aus der Kernreaktion gewonnene Wärmeenergie wird zur Dampferzeugung genutzt. Der Dampf treibt eine Turbine an, die mechanische Energie liefert. Dank dieser mechanischen Energie kann der elektrische Generator betrieben werden, um Strom zu erhalten.
Über 50 Länder nutzen die Kernenergie in rund 220 Forschungsreaktoren.
Alle nuklearen Kapazitäten in Kernkraftwerken sind auf die Kernspaltung zurückzuführen. Die Stromerzeugung mittels Kernfusion befindet sich derzeit nur in der experimentellen Phase.
Der Begriff Kernenergie wird häufig verwendet, um die von Kernkraftwerken erzeugte elektrische Energie zu bezeichnen.
Vor- und Nachteile der Kernenergie
Die Nutzung der Kernenergie hat spezifische Vor- und Nachteile.
Die Hauptvorteile der Kernenergie sind:
Die Möglichkeit, mit einer geringen Menge Kernbrennstoff mit relativ geringen Kosten eine große Menge elektrischer Energie zu gewinnen.
Die Anlagen können die Erzeugungskapazität steuern und die Stromversorgung planen.
Es stößt keine Treibhausgase aus und wirkt sich nicht auf den Klimawandel aus.
Es reduziert die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen.
Die Nukleartechnologie wird in der Medizin in Diagnose- und Behandlungstechniken eingesetzt.
Nuklearmedizinische Studien werden verwendet, um die Schwere vieler Krankheiten zu diagnostizieren und zu bestimmen sowie das Ansprechen auf die Behandlung zu bewerten. Es umfasst unter anderem Krebs verschiedener Arten, Herz-, endokrine und Infektionskrankheiten.
Die Hauptnachteile der Kernenergie sind:
Im Falle eines radioaktiven Lecks ist die Schädigung von Lebewesen schwerwiegend.
Die Schwierigkeit, den kurz- und langfristigen Abfall zu erzeugen.
Trotz der Sicherheitssysteme ist die Möglichkeit von nuklearen Unfällen real.
Nukleartechnologie impliziert die Existenz von Atomwaffen.
Was waren die schlimmsten nuklearen Unfälle in der Geschichte?
Die schlimmsten Atomkatastrophen in der Geschichte waren:
Der Abwurf von zwei Atombomben auf die Städte Hiroshima und Nagasaki in Japan. Der Start erfolgte im Zweiten Weltkrieg.
Die Explosion des Kernkraftwerks Tschernobyl in der UdSSR. Derzeit ist es der schlimmste zivile Atomunfall in der Geschichte. Bei Tests im Kernkraftwerk Tschernobyl wurden eine Reihe technischer und menschlicher Fehler in Verbindung gebracht, die eine intensive Explosion verursachten. Die freigesetzten radioaktiven Partikel wurden Tausende von Kilometern von der Pflanze entfernt entdeckt.
Der Atomunfall in Fukushima war das Ergebnis zweier verketteter Naturkatastrophen. Zuerst gab es ein Erdbeben und später überschwemmte ein Tsunami die japanische Anlage. Infolgedessen brach das Kühlsystem des Reaktors zusammen und der Kern schmolz, wobei große Mengen an radioaktivem Material freigesetzt wurden.
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