Wie funktioniert ein Atomkraftwerk? am Beispiel Fukushima

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2 Wie funktioniert ein Atomkraftwerk? am Beispiel Fukushima Ein Atomkraftwerk (AKW), ist ein Wärmekraftwerk zur Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie durch kontrollierte Kernspaltungen. Große AKWs bestehen aus mehreren Blöcken, die eine unabhängige Stromerzeugung haben. Zurzeit sind weltweit 210 Atomkraftwerke mit insgesamt 442 Reaktorblöcken am Netz, die 13% des weltweiten Strombedarfs abdecken. Um diese Energie zu erzeugen, müssen Kernspaltungen durchgeführt werden. Dafür verwendet man oftmals Uran-235, Uran 233 und Plutonium-239. Dabei werden die Kerne der Spaltstoffatome mit freien Neutronen kollidiert. Das Neutron wird in den Spaltstoffatomen eingelagert, was den Kern instabil macht, der dann in 2 oder 3 Bruchstücke zerplatzt. Die Bruchstücke fliegen schnell voneinander weg, werden aber abgebremst, wobei ihre Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärme wird durch einen Kreisprozess in mechanische, elektrische und in Bewegungsenergie umgewandelt. Dies geschieht mit einem Dampfturbinenkreislauf. Außerdem wird mit der Wärme Dampf erzeugt, der die Turbine antreibt. Der dampf verlässt die Turbine auf niedrigem Temperatur- und Druckniveau. Dieser wird im Kondensator der Turbine in Wasser zurückverwandelt, das mit Hochdruckpumpen wieder in den Verdampfer zurück gepumpt wird. Die Energie wird dann zum Stromnetz geführt. Reaktor 1 in Fukushima vorher nachher Es gibt 19 verschiedene Reaktortypen. Ein Beispiel sind die BWRs, Siedewasserreaktoren aus Amerika (englisch: BWR=Boiling Water Reactor). Das, seit etwa einem Jahr, weltbekannte Atomkraftwerk Fukushima (Kernkraftwerk Fukushima Daiichi)besaß insgesamt 6 Reaktoren, die alle mit jenen Siedewasserreaktoren, wenn auch verschiedener Generationen, betrieben wurden. Fukushima liegt direkt am Pazifik und war bereits seit 1971 in Betrieb, somit war es eines der ältesten und leistungsstärksten Atomkraftwerke Japans. Block 4 wurde bereits 2010 stillgelegt. Reaktor 1,3 und 4 wurden aber erst nach dem verheerendem Unglück 2011 aufgegeben, doch die Blöcke 5 und 6 sind noch funktionstüchtig, ihre Zukunft ist also fraglich. Die Blöcke 1-4 wurden allesamt am 11.März 2011 aufgegeben und werden bis spätestens 2040 auch abgerissen. Und so war der Reaktor 1 Fukushima aufgebaut: Die Kraftwerkblöcke basieren auf einem Siedewasserreaktor, die Reaktorkerne befinden sich in einem als Mark1 bezeichneten Sicherheitsbehälter und dieser wiederum zusammen mit anderen Systemen im Reaktorgebäude; meerseitig schließt sich jeweils ein Gebäude mit den Turbinen zur Stromerzeugung an. Das Reaktorgebäude eines Blocks besteht größtenteils aus einer Betonkonstruktion, die den Reaktorkern und das Mark1 umhüllt. Die Betonwände sollen Gamma-Strahlungen abschirmen und als Schutz der inneren Installationen vor mechanischen Einflüssen, z.b. ein Flugzeugabsturz, dienen. Ein Abklingbecken soll verbrauchte Brennelemente durch einen Verladeschacht ins Erdgeschoss führen. Der obere Teil des Gebäudes ist eine Stahlkonstruktion. Dort befindet sich ein Arbeitsbereich mit Verladekran zum Befüllen des Reaktorkerns. Die Anlage bezieht Kühlwasser aus dem Meer. Der Unterschied von einem Siedewasserreaktor und dem oben bereits beschriebenem Reaktor, besteht darin, dass der BWR nur einen Kreislauf hat, der Druckwasserreaktor jedoch drei. Ein Nachteil, des in Fukushima zum Einsatz gekommenen Reaktor, ist, dass man die Turbinen, die radioaktiv verseucht werden, öfter reinigen muss, als die Turbinen eine Druckwasserreaktors. Die Bauweise des Reaktor Fukushima 1, wird seit den Unfällen (März 2011) verstärkt kritisiert, da sie die Gefahr der Freisetzung von Radioaktivität(radioaktiver Emissionen) erheblich vergrößert.

3 Kernspaltung Das Prinzip der Kernspaltung wird in Atomkraftwerken verwendet. Dabei wird ein Neutron auf ein Atom geschossen, aber was passiert da genau? Generell können alle Atome künstlich gespalten werden und egal welches Atom gespalten wird es entsteht bei dem Vorgang mehr Energie, als gebraucht wird, um das Neutron abzuschießen(es ist also eine exotherme Reaktion!). Um dies anschaulicher zu machen verwendet man so genannte Kernreaktionsgleichungen. Uran - und seine Spaltung Um Uran zu spalten, beschießen wir es, wie schon erwähnt, mit einem Neutron. Unser Uranatom nimmt das Neutron auf und beginnt zu schwingen und sich zu verformen. Unser Atom ist nun instabil. Das einstige Atom zerfällt in zwei Trümmerkerne auch Spaltprodukte genannt) und 2-3 freie Neutronen. Diese Neutronen treffen nun mit einer erhöhten Geschwindigkeit auf weitere Uran Atome und es vollzieht sich eine Kettenreaktion, wie bei mehreren Dominosteinen. (s.abb.) Die eben genannten Spaltprodukte sind für die Kernspaltungen nicht vorhersehbar. Allein für Uran gibt es über 300 bekannte mögliche Spaltprodukte (darunter ca. 54 Elemente), die einen gewaltigen Unterschied haben; die Haltwertzeiten. Mit der Haltwertzeit wird gesagt wie lange der Stoff braucht, bis er zerfällt. Dies kann zwischen ein paar Sekunden und mehreren Milliarden Jahren liegen. Außerdem sind diese Spaltprodukte durch ihren Neutronenüberschuss radioaktiv! Bei Uran haben die am höchsten wahrscheinlichen Spaltprodukte eine Massenzahl von 95.5 oder 140.

4 SteinGy,, Atomkraft, nein danke! Vielen Menschen kam dieser Satz in der letzten Zeit leicht über die Lippen, doch denken auch alle an die Folgen? Im Grunde ist niemand für die Atomkraftwerke, die ja auch nur eine Übergangslösung sind. Auf der anderen Seite steht groß der Umwelt- und Naturschutz und der Versuch, den CO2 - Haushalt zu senken. Wenn man nun einmal überdenkt, warum man erst die atomare Energie ins,,spiel gebracht wurde, sollte man anfangen zu grübeln. Wir wissen genau, dass wir Energie, hauptsächlich elektrische Energie (Strom), für den Alltag und das Leben benötigen. Diese Energie kommt jedoch nicht von irgendwo. Nach aktuellem Stand (2008) besteht Deutschlands Energiemix zu 49% aus Braun- und Steinkohleenergie, die in Kohlekraftwerken entsteht. Der große Nachteil ist, dass bei dem Vorgang aus Kohle Energie zu gewinnen viel CO2 freigesetzt wird, was letztendlich zur Klimaerwärmung führt. Darum werden und wurden ja viele Kohlekraftwerke schnellstmöglich abgeschaltet. Wenn wir Erdgas als Energieträger herausnehmen (10%), sind die restlichen Energieträger in Deutschland erneuerbare Energien. Dazu zählen Wasserkraft (5%), Photovoltaik/Windenergie (5%) und sonstige Energieträger. Bis vor kurzem wurden erneuerbare Energien vom Staat gefördert. Doch seit letztem Jahr wurde auch dies eingestellt. Somit stellt sich für mich die Frage: Wo soll die primäre Energie Deutschlands herkommen? Seit Beginn letzten Jahres hat die Bundesregierung 8 Atomkraftwerke vom Netz genommen und der Ausstieg aus der Atompolitik soll sich bis 2022 vollziehen. Gleichzeitig erhöhen sich natürlicherweise die Stromzufuhren aus dem Ausland (z.b.: Frankreich) rasant. Währenddessen ließ der Sicherheitsexperte Sylvius Hartwig verlauten, dass ein abgeschaltetes Atomkraftwerk wesentlich gefährlicher sei, als eines, das am Netz hänge, da diese regelmäßig überprüft, gewartet, repariert und überwacht werden. Ein Atomkraftwerk, das vom Netz geht, ist aber dennoch noch jahrelang radioaktiv und wird eben nicht mehr überwacht. Somit steigt das Risiko, was sowieso sehr hoch ist nochmals an und wird ca. 20-mal höher, als wenn das AKW am Netz ist. Hartwig, der bis zu seiner Emeritierung Sicherheitstechnik an der Universität Wuppertal lehrte, war auch tätig im,,technischen Ausschuss von Anlagensicherheit der Bundesregierung. Soll das nun heißen, dass wir schön auf erneuerbare Energien setzen sollen und eine Vorbildfunktion in Europa einnehmen sollen, während wir dabei aber auf Energien aus Atomkraftwerken, anderer Länder, die wir nicht überwachen können, setzen und ihr unser Vertrauen schenken? Diese so genannte Lösung hat einen bitteren Beigeschmack. Es müsste eine Lösung gefunden werden, die alle wichtigen Aspekte erfüllt. Dennoch sollte man nicht zu voreingenommen sein. Jedem ist spätestens seit Fukushima (März 2011) klar, wie unberechenbar atomare Unfälle sind. Und was sich hinter der Atomkraft für ungeahnte Kräfte verbergen. Radioaktivität ist nicht sofort spürbar sie überkommt die Natur hinterrücks, wie zum Beispiel in Genmutationen oder Verseuchungen. Trotz alledem bleibt die Tatsache bestehen, Atomenergie ist weiterhin sehr günstig und im Erstgedanken auch sehr effizient. Doch wie will man die Energiequellen von heute auf morgen umstellen? Atomkraft ist ein sehr komplexes Thema und es ist nicht so einfach damit abgetan, wenn wir uns alle einen Aufkleber:,, Atomkraft, nein danke! an das Auto zu kleben!

5 SteinGy Atommüll Seit vielen Jahren stellt sich den Atomexperten ein großes Problem:,, Wohin mit dem ganzem radioaktivem Abfall? Denn es ist allseits bekannt, dass der ganze radioaktive Müll noch Jahre lang strahlt. Dieses nukleare Erbe schafft weltweit riesige Probleme. In Deutschland wird das Problem der Lagerung zurzeit mit vorübergehenden Lösungen versucht zu regeln. Doch bis jetzt ist noch unklar, wie Deponien (z.b.: Tiefenlager) aussehen sollen. Noch mal zurück auf Anfang, denn es ist ja noch gar nicht klar wie dieser,,müll zu standen kommt. Atommüll entsteht teilweise, wenn die Brennstäbe in Atommeilern,,abbrennen, das heißt, dass durch die Spaltung von Uran-235 Atomkernen die Anzahl, der spaltbaren Uran-235 Kerne in den Brennstäben immer mehr abnimmt und somit die Brennstäbe teilweise unbrauchbar werden. In diesen Brennstäben stecken aber weiterhin hochradioaktive Stoffe die schon in millionstel Gramm verehrende Schäden in der Umwelt und für den Menschen hervorrufen. Brennstäbe kann man jedoch teilweise auch wieder aufarbeiten um Stoffe wie z.b. Plutonium wieder verarbeiten zu können. In Deutschland ist dies seit 2005 aber verboten! Andere,,Müllerzeuger sind: Industrie(Lebensmittelbestrahlung, Leuchtfarben), Forschung, Medizin(Nuklearmedizin, Strahlentherapie)und Atomwaffenproduktionen(darunter meist Altlasten aus früheren Zeiten). Diese gesamten Abfälle teilt man in verschiedene Gruppen ein, von schwach bis hoch radioaktiv. Es gibt außerdem verschieden Möglichkeiten diese Abfälle in Form zu bringen. Beispielsweise Mittel- und Hochradioaktive Abfälle werden verbrannt, dann mit Zement gemischt, in Fässer gefüllt und in alten Bergwerken oder Salzstöcken gelagert. Hochradioaktiven Stoffe werden mit Glas verschmolzen, in Edelstahlzylinder gegossen und gelten nun als Müll (siehe rechtes Bild). Der Inhalt ist jedoch so heiß, bis zu 400 Grad Celsius, dass diese Behälter erst noch Jahrzehnte erkalten müssen um diese dann zu deponieren. Das,,Erkalten findet bestenfalls in sogenannten Zwischenlagern, wie z.b.: in Gorleben, statt. Anderswo aber auch unter freiem Himmel. Der gesamte Betrag von radioaktivem Müll auf der Erde ist nicht genau benannt. Insgesamt arbeiten derzeit 26 Länder mit Kernenergie, trotzdem wurde bis heute noch keine passable, dauerhafte und politisch korrekte Lösung für ein Endlager gefunden. Salzstöcke z.b.: zeigen nach Jahren Probleme mit dem Grundwasser und eine Meerversenkung ist viel zu gefährlich(wurde 1984 weltweit gestoppt). Eins ist aber klar: Atommüll, muss so gelagert werden, dass keine radioaktiven Substanzen in die Umwelt gelangen und das die ausgehende radioaktive Strahlung Menschen und Umwelt möglichst fern bleibt. Die Endlager werden uns noch lange beschäftigen! Kompakt: Also wenn jemand einen Ort kennt, wo man ca Tonnen, das ist eine Menge die den Berliner Hauptbahnhof bis unters Dach füllen könnte, radioaktive Abfälle sicher lagern kann bitte kurz bei der IAEO (Internationale Atomenergie Organisation) melden, wir sind Ihnen auf der ganzen Welt jetzt schon zu großem Dank verpflichtet!

6 Umfrage Wir befragten 20 Schülerinnen und Schüler und stellten dabei fest, dass erschreckend wenige überhaupt wissen, was in Atomkraftwerken passiert, geschweige denn, wozu wir dies brauchen. Allen Befragten war klar, dass Atomenergie, bzw.: Kernenergie, sehr gefährlich ist wegen der entstehenden Radioaktivität, doch beinahe niemand konnte uns sagen, was sie an der Stromerzeugung in AKWs nicht mögen. Niemand hatte sie also aufgeklärt. Kann es nun also sein, dass viele in unserer Bevölkerung rein gar nicht wissen, wie umweltschonend die Energieerzeugung auf der einen Seite ist? Ist es möglich, dass die Meisten sich ihre Meinung über Atomkraft nur von den schrecklichen Berichten in Zeitung und Fernsehen, z.b.: über Fukushima bilden. Wäre es dann nicht an der Zeit es den Menschen wenigstens die Möglichkeit zu geben, Atomkraft einmal von beiden Seiten zu betrachten, damit man sich klarmachen kann, dass jede der erneuerbaren Energien ihre Vor- und Nachteile hat. Wir hoffen, dass wir mit dieser Zeitung allen denen, die nicht wirklich bescheid wissen bzw.: wussten, einen leichten Denkanstoß geben konnten! 100% 80% 60% Schüler zwischen Interressiert mich nicht!! Nein. 40% 20% 0% Ja, ich glaube. /Ein bisschen. Ja! 1.Wissen Sie, wann die Reaktoren in Fukushima beschädigt wurden? 2. Finden Sie es gut das Deutschland die Atomkraftwerke stilllegt? 3. Meinen Sie das Fukushima, auch ein Jahr nach der Katastrophe noch gefährlich ist? 4. Finden Sie die Idee der Stromerzeugung in AKWs gut? 5. Haben Sie Angst vor den Folgen der Atomkraft?

7 Cartoon Ein Projekt von: Melina Henning Anna-Lena Lepper Bianca Schröder Julia Bachmann