Funktion von Kernkraftwerken

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Aufbau von Kernkraftwerken

Im Lexikon Physik (Lernhelfer) findest du Informationen zum Aufbau von Kernkraftwerken.

Druckwasserreaktor

Attribution: San Jose, Niabot (SVG version) / CC BY

Im Video „Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?“ (Planet Schule – SWR) wird die Funktion eines Kernkraftwerks erklärt. Datenschutzhinweis: wenn du das Video anklickst wird deine IP-Adresse übermittelt und YouTube erfährt, dass du das Video angeschaut hast.

Du kannst dir das Thema auch von Lehrerschmidt im Video erklären lassen: Atomkraftwerk – Aufbau und Funktion. Datenschutzhinweis: Wenn du das Video aufrufst, wird deine IP-Adresse übermittelt und YouTube erfährt, dass du das Video angesehen hast.

Wichtig sind die folgenden Bestandteile eines Kernkraftwerks:

  • Die Brennstäbe (Brennelemente) aus Uran. Hier findet die kontrollierte Kettenreaktion statt. Es muss genügend spaltbares Material vorhanden sein. Ist die Masse geringer, so verlassen die Neutronen das Material, bevor sie durch Stöße so weit abgebremst worden sind, dass sie als langsame Neutronen weitere Spaltungen bewirken können (siehe Moderator). Die notwendige Mindestmasse wird als kritische Masse bezeichnet. Die kritische Masse ist also die Menge an spaltbarem Material, bei der die Neutronen so weit verlangsamt werden, dass sie weitere Spaltungen auslösen können.
  • Der Moderator. Die Kernspaltung wird durch Beschuss des spaltbaren Materials mit Neutronen in Gang gesetzt. Sind die Neutronen zu schnell kommt es nicht zu einer Spaltung. Es müssen also Neutronen mit der für die Kernspaltung notwendigen Geschwindigkeit vorhanden sein. Dazu müssen die bei der Kernspaltung selbst frei werdenden Neutronen abgebremst werden. Das geschieht durch Moderatoren. Diese Aufgabe übernimmt das Wasser, in welchem sich die Brenstäbe befinden. Es hat zwei Funtionen: es dient zur Kühlung und bremst gleichzeitig die Neutronen auf die zur Kernspaltung erforderliche Geschwindigkeit herunter.
  • Die Steuerstäbe. Die Anzahl der Neutronen, die Kernspaltung hervorrufen, muss reguliert werden. Das geschieht durch Regelstäbe (Steuerstäbe). Sie bestehen aus Materialien, die Neutronen einfangen (Neutronenfänger). Dadurch wird die Kettenreaktion so gesteuert, dass die Anzahl der Neutronen nicht lawinenartig anwächst und immer nur so viele Neutronen übrig bleiben, die benötigt werden um eine ausreichende Zahl von Kernspaltungen auszulöen. Die Regelstäbe können hierfür unterschiedlich tief in den Reaktor hineingefahren werden.
  • Der Wärmetauscher (Druckwasserreaktor). Im Druckwasserreaktor herrscht im Reaktordruckgefäss ein erhöhter Druck. Dadurch kann das Wasser im sogenannten Primärkreislauf auf über 100°C erhitzt werden ohne zu Sieden. Die Hitze wird dazu benutzt, um über einen Wärmetauscher im sogenannten Sekundärkreislauf Wasserdampf zu erzeugen, der eine Turbine antreibt. Die Turbine ist mit einem Generator verbunden, in welchem elektrische Energie erzeugt wird. Wichtig ist, dass durch den Wärmetauscher das radioaktive Wasser des Primärkreislaufs nicht mit dem Wasser im Sekundärkreislauf in Berührung kommt. Der Sekundärkreislauf ist also frei von Radioaktivität. In den älteren Siedewasserreaktoren wird hingegen das radioaktive Wasser des Reaktorgefässes zum Sieden gebracht und der Dampf direkt auf die Turbine geleitet.

 

Kernfusion

Die Kernfusion ist die Energiequelle der Sonne und der Sterne. Wenn wir diese Energiequelle auf der Erde zu nutzen könnten, stünde der Menschheit eine praktisch unerschöpfliche  Energiequelle zur Verfügung. Doch das ist schwieriger als gedacht.

Informiere dich im Schülerlexikon Physik (Lernhelfer) über die Kernfusion.

Das Ziel einen Fusionsreaktor nach dem Vorbild der Sonne zu bauen gelingt jedoch nur „auf verschlungenen Pfaden„.

Arbeitsblätter

Intern 12FO (Passwort)

Ordner 12FO-CH-Material

  • AB_Entsorgung&Kernfusion
  • AB_Kernkraftwerk

Übungen

… in Vorbereitung

Tests

Log in to GoFormative ….in Vorbereitung!

  • 12FO1 Class Code is:  …  
  • 12FO2 Class Code is:  …

 

Weiterführende Links

planetschule (SWR Fernsehen): Kernkraft