Atomenergie ist die Energie, die die Teilchen eines Atoms zusammenhält. Ein Atom besteht aus drei Teilchen: Neutronen, Protonen und Elektronen. Neutronen und Protonen bilden den Kern und werden durch sehr starke Energiebindungen zusammengehalten.
Die Vereinigung oder Zerstörung dieser Verbindungen erzeugt eine enorme Menge an Energie, die auf verschiedene Arten genutzt werden kann: Elektrizität, Atomwaffen, Fahrzeugantrieb ...
Wenn wir uns auf Atom- oder Kernenergie beziehen, beziehen wir uns oft auf die Energie, die aus diesem Ursprung gewonnen wird.
Der Name Kernenergie wird verwendet, weil der größte Teil der Energie eines Atoms in seinem Kern liegt.
Es gibt zwei Arten von Kernreaktionen, die Energie freisetzen:
Bei Spaltreaktionen wird ein sehr großes Atom (mit vielen Protonen und Neutronen) gebrochen. Uranatome sind ideal, weil sie sehr groß und instabil sind.
Bei Fusionsreaktionen besteht das Ziel darin, zwei sehr kleine Atome (z. B. Wasserstoff) zu verbinden. Diese Reaktionen setzen auch eine große Menge Energie frei. Sie sind schwieriger zu bekommen, bieten aber viele Vorteile.
Wie funktioniert ein Nuklearzentrum?
Atomkraftwerke (oder Kernkraftwerke) sind dafür verantwortlich, Atomenergie aus dem Atomkern zu gewinnen, um Elektrizität zu erzeugen.
Alle Kernkraftwerke haben einen Kernreaktor. Der Kernreaktor ist für die Erzeugung der Spaltreaktionen der Atome verantwortlich.
Was sind Spaltreaktionen? Es sind Reaktionen, die den Kern eines Atoms teilen.
Diese Atomreaktionen erzeugen eine große Menge an Wärmeenergie. Dank dieser großen Energiemenge wird Dampf erzeugt - oder je nach Reaktortyp der Wasserdruck erhöht -, um eine Turbine anzutreiben.
Die Turbine ist an eine Lichtmaschine angeschlossen, die für die Stromerzeugung verantwortlich ist.
Während des Prozesses erfährt die Energie die folgenden Transformationen:
Wir gehen von einem Atom aus, in dem eine große Menge an Kernenergie enthalten ist.
Gewinnung von Wärmeenergie (durch Kernspaltung).
Kinetische Energie erhalten (beim Aktivieren der Turbinen).
Elektrische Energie beziehen (über die Lichtmaschine).
Es gibt viele Arten von Kernkraftwerken für die Nutzung der Atomenergie, aber konzeptionell arbeiten alle nach einem ähnlichen Verfahren: Kernreaktion, um Wärme zu gewinnen, eine Turbine anzutreiben und mechanische Energie in Elektrizität umzuwandeln.
Die häufigsten Kernreaktoren sind:
Druckwasserreaktoren (PWR)
Siedewasserreaktoren (BWR).
Bisher sind alle Kernkraftwerke der Welt Spaltung.
Was sind Forschungsreaktoren?
Ein Forschungsreaktor ist ein Kernreaktor, der für wissenschaftliche Zwecke verwendet wird. Diese Reaktoren sind der Schlüssel zur Entwicklung und Weiterentwicklung der Kerntechnik.
Forschungsreaktoren haben weniger Leistung als Kernreaktoren, die für andere Zwecke verwendet werden. Ein typischer Kernkraftwerksreaktor hat eine Wärmekapazität von 3.000 MW (Megawatt), während Forschungsreaktoren eine Leistung zwischen 10 Kilowatt und 10 Megawatt haben.
Forschungsreaktoren sind im Vergleich zu herkömmlichen Reaktoren:
Einfacher.
Sie arbeiten bei niedrigeren Temperaturen.
Sie benötigen weniger Brennstoff und erzeugen daher weniger abgebrannte Brennelemente.
Der in diesen Reaktortypen verwendete Brennstoff ist normalerweise stärker angereichertes Uran, normalerweise bis zu 20% Uran-235. Einige Reaktoren verwenden 93% Uran-235.
Das große Volumen / Leistungs-Verhältnis im Kern erfordert spezielle Techniken in seiner Konstruktion. Wie bei anderen Reaktoren muss der Kern gekühlt werden. Sie werden im Allgemeinen durch natürliche oder erzwungene Konvektion mit Wasser gekühlt.
Ein Neutronenmoderator wird auch verwendet, um die Neutronen zu verlangsamen und die auftretenden Atomkettenreaktionen zu steuern.
Brennbare Atomkraft
Um atomare Reaktionen auszulösen, sind nicht alle Atome technisch geeignet.
Brennstoff für Spaltreaktoren: Uran und Plutonium
Bei Kernspaltungsreaktionen werden sehr große Atome (mit vielen Protonen und Neutronen) benötigt, da sie sehr instabil sind. Die Uran- und Plutoniumatome erfüllen diese Bedingungen.
Uran- und Plutoniumatome können unterschiedliche Konfigurationen haben. Diese Konfigurationen hängen von der Anzahl der Neutronen ab, die sie im Kern haben. Jede dieser Konfigurationen ist ein anderes Isotop desselben Atoms.
Uran kann natürlich gewonnen werden. Natürliches Uran wird mit einer Zusammensetzung von Uranisotopen gefunden, von denen einige (wenige) sehr instabil sind. Um die Leistung zu verbessern, wird natürliches Uran einem Anreicherungsprozess unterzogen, um einen höheren Anteil an Neutronen zu erhalten, der es weniger stabil macht.
Brennstoff für Fusionsreaktoren: Deuterium und Tritium.
Andererseits werden bei der Kernfusion sehr kleine Atome benötigt, um die Bildung der Kraftbindungen zu erleichtern, die sie vereinen.
Das ideale Atom ist das kleinste von allen: Wasserstoff, der nur ein Proton hat.
Wasserstoff hat wie Uran mehrere Isotope. Diejenigen, die für Atomfusionsreaktionen am besten geeignet sind, sind Deuterium und Tritium.
Derzeit gibt es kein Kernkraftwerk, das aus technischen Gründen Kernfusion einsetzt. In Frankreich wird jedoch ein Kernforschungsreaktor gebaut, um dies zu erreichen: Es ist das ITER-Projekt.
Was sind die Vor- und Nachteile der Atomenergie?
Die Nutzung der Atomenergie hat Vor- und Nachteile.
Vorteil
Atomenergie ermöglicht es, mit wenig Brennstoff eine große Energiemenge zu gewinnen.
Es kommt nicht auf fossile Brennstoffe an. Dies bedeutet, dass es keine Treibhausgase emittiert und nicht zur globalen Erwärmung beiträgt. Daher wirkt es sich nicht negativ auf den Klimawandel aus.
Nachteile
Abgebrannter Kraftstoff ist immer noch radioaktiv und sehr schwer zu handhaben.
Die Radioaktivität von Atommüll hält Dutzende von Jahren an.
Es besteht die Möglichkeit von nuklearen Unfällen. Trotz der Tatsache, dass die Sicherheitssysteme von Atomkraftwerken sehr weit fortgeschritten sind, besteht immer die Möglichkeit eines nuklearen Unfalls. Atomkatastrophen sind selten, aber sehr schädlich, ebenso wie die Atomunfälle von Tschernobyl und Fukushima.
