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Kernenergie

Was ist die Kernenergie?

Kernenergie ist die innere Energie, die die Atomkerne besitzen. Im Allgemeinen wird dieser Begriff auch verwendet, um auf die Art und Weise zu verweisen, wie diese Energie genutzt werden kann.

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Was ist die Kernenergie?

Atome sind die kleinsten Teilchen, in die ein Stoff zerlegt werden kann, und bestehen aus einem Atomkern und einer Elektronenwolke. Der Atomkern wiederum besteht aus zwei Unterteilchen (Neutronen und Protonen), die durch Energiebindungen zusammengehalten werden. Je nach chemischem Element wird bei der Bildung oder Zerstörung dieser Bindungen eine enorme Energiemenge in Form von Wärme freigesetzt.

Die Nukleartechnik beschäftigt sich mit der Nutzbarmachung dieser inneren Energie für verschiedenste Anwendungen. Die bekannteste Anwendung der Atomenergie ist die Erzeugung elektrischer Energie in Kernkraftwerken.

Kernkraftwerke sind Anlagen, in denen Wärmeenergie erzeugt wird, indem Kernreaktionen im Kernreaktor verursacht werden. Anschließend wird die thermische Energie durch thermodynamische und mechanische Umwandlungen in elektrische Energie umgewandelt.

Der Hauptvorteil der Kernenergie besteht darin, dass sie eine Alternative zu fossilen Brennstoffen darstellt. Andererseits dauert es Millionen von Jahren, bis der erzeugte Abfall verschwindet.

Wie wird Kernenergie gewonnen?

Um die im Kern von Atomen vorhandene Kernenergie zu nutzen, kann dies auf zwei Arten erfolgen: Teilen des Kerns eines Atoms oder Verschmelzen des Kerns zweier Atome. Im ersten Fall sprechen wir von Kernspaltung und im zweiten von Kernfusion.

Wenn eine dieser beiden physikalischen Reaktionen auftritt, erfahren die Atome einen leichten Masseverlust. Diese verlorene Masse wird in eine große Menge Wärmeenergie umgewandelt, wie Albert Einstein mit seiner berühmten Gleichung E=mc2 herausfand.

Technik 1: Kernspaltung

Die Kernspaltung ist eine Möglichkeit, die in einem Atom enthaltene Energie zu gewinnen, indem der Atomkern in verschiedene kleinere Teilchen gespalten wird. Diese Art der Reaktion erzeugt eine große Menge an Wärmeenergie, die später auf verschiedene Weise genutzt werden kann.

Was ist die Kernenergie?Eines der wichtigen Merkmale der Kernspaltung ist, dass sie durch den Beschuss eines instabilen Atoms mit einem Neutron erzeugt wird. Sobald der Kern gespalten ist, bleiben zusätzlich zu den Teilchen ein oder zwei weitere Neutronen frei, die mit anderen Atomen kollidieren und eine Kettenreaktion auslösen können.

Die resultierenden Partikel gelten als verbrauchter Brennstoff, der ersetzt werden muss, wenn das Verhältnis zu hoch ist und verhindert, dass freie Neutronen Atome zur Spaltung finden.

Die Kernspaltung ist derzeit die Art der Kernreaktion, die in allen Arten von Kernkraftreaktoren verwendet wird. Die meisten dieser Reaktoren sind Leichtwasserreaktoren.

Technik 2: Kernfusion

Die Kernfusion ist der umgekehrte Prozess, dh die Verschmelzung des Kerns zweier Atome. Um eine Fusion zu erreichen, müssen die Atomkerne sehr hohen Druck- und Temperaturbedingungen ausgesetzt werden. Durch diese Art von Reaktion wird auch eine große Menge an Energie gewonnen.

Technisch ist es jedoch noch nicht möglich, brauchbare Kernkraftwerke zur Stromerzeugung zu bauen.

Diese Technik hat gegenüber der Kernspaltung mehrere Vorteile:

  • Es ist nachhaltiger für die Umwelt

  • Bessere Leistung

  • Es wäre eine erneuerbare Energiequelle.

Ein Beispiel für Kernfusionsenergie stellt die von der Sonne erzeugte Energie dar. Im Kern des Sterns in unserem Sonnensystem werden Kernfusionsreaktionen erzeugt.

Wozu dient Kernenergie?

Sobald wir die Definition der Kernenergie kennen, können wir besser verstehen, welche Anwendungen ihr gegeben werden können. Kernenergie hat eine Vielzahl von Anwendungen. Die bekanntesten Anwendungen der Kernenergie sind die Stromerzeugung in Kernkraftwerken und im militärischen Bereich.

In jedem Fall haben einige Kernreaktoren die Funktion, Radioisotope für den Einsatz im Bereich der Medizin, der Behandlung von Seuchen usw. zu erzeugen. In der Medizin wird Kernstrahlung verwendet, um Röntgenaufnahmen oder bestimmte radiologische Behandlungen durchzuführen.

Im militärischen Bereich wird es zur Herstellung von Waffen und auch zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet. Die Auswirkungen, die Atomwaffen auf die Bevölkerung haben können, sind verheerend. Bis heute wurde die Atombombe nur zweimal abgeworfen (auf die Städte Nagasaki und Hiroshima während des Zweiten Weltkriegs). Trotzdem gibt es eine Vielzahl von Verträgen und Vereinbarungen, um diese Aktivitäten zu regeln.

Im militärischen Bereich wird die Nukleartechnologie auch zum Antrieb von Fahrzeugen und Raketen eingesetzt, da sie mit sehr wenig Treibstoff eine große Autonomie ermöglicht.

Was ist Kernbrennstoff?

Wenn wir über Kernbrennstoff sprechen, beziehen wir uns auf das Material, das zur Erzeugung von Kernreaktionen verwendet wird. Spaltreaktoren benötigen instabile Atome, die leicht gebrochen werden können. 

Uran ist ein chemisches Element, das in der Natur vorkommt und diese Bedingungen erfüllt. Damit Natururan jedoch als Kernbrennstoff verwendet werden kann, muss es einem Anreicherungsprozess unterzogen werden, der es noch instabiler und damit effizienter für Kernkraftwerke macht.

Die Uranreserven des Planeten gelten nicht als unbegrenzt, daher wird Kernenergie nicht als erneuerbare Energie wie Sonnen- oder Windenergie betrachtet.

Bei der Kernfusion ist das Material mit der einfachsten Atomstruktur, also der geringsten Anzahl an Protonen, das optimale Material. Derzeit arbeiten wir hauptsächlich mit zwei Wasserstoffisotopen: Tritium und Deuterium, dem ersten Element im Periodensystem.

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Erscheinungsdatum: 10. Dezember 2009
Geändert am: 17. Januar 2022