Unter Kernenergie versteht man die Energie, die bei Kernreaktionen freigesetzt wird, entweder in Form von Kernfusion oder Kernspaltung. Hier sind Beispiele für beides:
Beispiele für Kernfusion
Unter Kernfusion versteht man den Prozess, bei dem sich Atomkerne zu schwereren Kernen verbinden. Dieser Prozess setzt aufgrund der Umwandlung von Masse in Energie gemäß Einsteins berühmter Gleichung E=mc² eine große Energiemenge frei. Einige weitere Beispiele für die Anwendung der Kernfusion sind:
1. Forschung an Fusionsreaktoren
Wissenschaftler und Ingenieure arbeiten an der Entwicklung kontrollierter Fusionsreaktoren auf der Erde, sogenannter kontrollierter thermonuklearer Kernfusionsreaktoren.
Diese Reaktoren nutzen leistungsstarke Magnetfelder oder Laser, um das Fusionsplasma einzuschließen und auf extrem hohe Temperaturen zu erhitzen. Beispiele für diese Projekte sind ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) und das Wendelstein 7-X-Projekt.
2. Atomare Wasserstoffbomben
Wasserstoffbomben, auch thermonukleare Bomben genannt, sind Sprengkörper, die die Kernfusion nutzen, um eine viel stärkere Explosion zu erzeugen als herkömmliche Kernspaltungswaffen.
In diesen Bomben erzeugt die Kernspaltung einer kleinen Menge spaltbaren Materials, wie etwa Uran-235, die Temperatur und den Druck, die erforderlich sind, um die Fusion leichter Kerne, wie etwa Deuterium und Tritium, einzuleiten.
3. Die Energie der Sonne und der Sterne
Die Sonne und andere Sterne im Universum sind aufgrund der Kernfusionsreaktionen, die in ihren Kernen stattfinden, gewaltige Quellen nuklearer Energie. Im Fall der Sonne ist die Hauptreaktion die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium, wobei enorme Energiemengen freigesetzt werden.
Neben der Sonne fungieren auch die Sterne im Universum als riesige Kernreaktoren. Die massereichsten Sterne können sogar noch komplexere Kernreaktionen durchlaufen, etwa die Fusion von Elementen, die schwerer als Helium sind, wodurch Elemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Eisen entstehen.
Diese Kernfusionsreaktionen in Sternen sind für die Produktion chemischer Elemente und die Freisetzung großer Energiemengen in Form elektromagnetischer Strahlung, einschließlich sichtbarem Licht, verantwortlich.
Beispiele für Kernspaltung
Kernspaltung ist der Prozess, bei dem ein schwerer Kern in kleinere Fragmente zerfällt und dabei Energie freisetzt. Einige weitere Beispiele für die Anwendung der Kernspaltung sind:
1. Kernreaktoren
Kernspaltungsreaktoren werden in Kernkraftwerken zur Stromerzeugung eingesetzt. In diesen Reaktoren wird spaltbares Material wie Uran-235 oder Plutonium-239 verwendet, um eine kontrollierte Kernspaltung auszulösen. Die durch die Spaltung erzeugte Wärme wird zum Erhitzen von Wasser und zur Erzeugung von Dampf verwendet, der wiederum eine Turbine antreibt, die an einen elektrischen Generator angeschlossen ist.
Die drei Kernkraftwerke mit der höchsten installierten Leistung sind die folgenden:
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Das Kernkraftwerk Kashiwazaki-Kariwa (Japan): Es liegt in der Präfektur Niigata und ist das leistungsstärkste Kernkraftwerk der Welt. Es verfügt über eine installierte Leistung von rund 8.212 Megawatt (MW), verteilt auf sieben Kernreaktoren.
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Kernkraftwerk Bruce (Kanada): Befindet sich in Ontario, Kanada. Die installierte Gesamtleistung beträgt rund 6.384 MW. Es besteht aus acht Kernreaktoren.
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Das Kernkraftwerk Saporischschja (Ukraine): Es ist das größte Kernkraftwerk Europas und das drittstärkste der Welt. Es liegt in der Nähe der Stadt Enerhodar in der Ukraine und verfügt über eine installierte Leistung von rund 6.000 MW. Die Anlage verfügt über sechs Kernreaktoren.
2. Forschungsreaktoren
Neben Leistungsreaktoren gibt es Forschungsreaktoren, die im wissenschaftlichen Bereich für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Herstellung von Radioisotopen für medizinische Anwendungen und für die Kernphysikforschung.
3. Kernantrieb
Kernkraft wird auch zur Verrichtung mechanischer Arbeiten zum Bewegen von Fahrzeugen und Schiffen genutzt; Sehen wir uns einige Beispiele an:
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Raumfahrzeuge mit thermischem Atomantrieb: Es wurden Konzepte für Raumfahrzeuge vorgeschlagen, die Kernenergie nutzen, um Wärme zu erzeugen und sich in den Weltraum zu befördern. Diese Systeme würden einen Kernreaktor verwenden, um ein Treibmittel, beispielsweise flüssigen Wasserstoff, auf hohe Temperaturen zu erhitzen. Der heiße Treibstoff würde durch einen Raketenmotor ausgestoßen, um Schub zu erzeugen.
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Atom-U-Boote (SSN): Atom-U-Boote nutzen einen Kernreaktor zur Erzeugung elektrischer Energie, die wiederum das Antriebssystem antreibt. Diese U-Boote haben einen Kernreaktor an Bord, der die Kernspaltung zur Wärmeerzeugung nutzt. Mit der Wärme wird Wasser erhitzt und Dampf erzeugt, der wiederum eine Turbine antreibt, die mit einem Antriebssystem, beispielsweise einem Propeller, verbunden ist.
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U-Boote mit ballistischen Raketen (SSBNs): U-Boote mit ballistischen Raketen nutzen ebenfalls Atomkraft als Antrieb, ihre Hauptaufgabe besteht jedoch darin, nukleare ballistische Raketen abzufeuern.