1938 entdeckten die deutschen Chemiker Hahn und Strassmann, dass ein mit langsamen Neutronen beschossener Kern des Uran-235 in 2 mittelschwere Trümmerkerne auseinander fällt. Außerdem fanden sie heraus, dass dabei noch 2-3 weitere Neutronen und ein Teil der im Kern gespeicherten Energie frei wurden.

Kettenreaktion

Die Neutronen die bei dieser Spaltung frei werden können nun ihrerseits Urankerne spalten. Wenn keine Neutronen nach außen verloren gehen oder absorbiert (aufgenommen) werden, steigt die Anzahl der Kernspaltungen stark an - es läuft eine Kettenreaktion ab bei der ungeheure Mengen Kernenergie frei wird.

Wenn man 1kg Uran-235 vollständig spaltet werden 24 000 000 kwh frei. Das entspricht einer Verbrennung von 3 000 000 kg Kohle.

Allerdings müssen für eine solche Kettenreaktion bestimmte Voraussetzungen erfüllt werden:

Es müssen genügend spaltbare Urankerne vorhanden sein. Bei einer zu geringen Menge und bei einer ungünstigen Geometrie gehen zu viele Neutronen verloren und die Reaktion stoppt. Die Mindestmasse nennt man "kritische Masse" und beträgt für reines Uran-235 ca. 50kg (Kugel mit 8,4cm Radius). Wenn man einen Reflektor benützt der austretende Neutronen wieder in das Uran zurücklenkt kann man diese Mindestmasse verkleinern.

Das Atomkraftwerk

In einem Reaktor wird eine Kettenreaktion gestartet. Da die Atome, der umgebenden Masse in heftige Schwingung versetzt werden, wandelt sich die Bewegungsenergie in Wärme um. Unter dieser Wärme verdampft das Wasser und der Dampf treibt eine Turbine an, die mit einem Generator, der Strom erzeugt, verbunden ist. Eigentlich ersetzt also der Reaktor eines Kernkraftwerkes den erwärmten Dampfkessel eines Wärmekraftwerkes.

Verschiedene Arten von Kernreaktoren

Reaktoren sind Vorrichtungen in denen kontrollierte Kettenreaktionen ablaufen. Man unterscheidet sie nach ihrem Verwendungszweck:

- Leistungsreaktoren zur Energieerzeugung - Forschungsreaktoren für Kern- und materialtechnische Untersuchungen - Reaktoren zur Erzeugung radioaktiver Isotope

Die wesentlichsten Bestandteile eines Reaktors sind:

- Das Brennelement (spaltbares Material) - Der Moderator (Bremsmittel - absorbiert Neutronen) - Das Kühlmittel - Die Strahlenabschirmung

Eine wirtschaftlich günstige Reaktorart ist der Leichtwasserreaktor (LWR). Es wird nämlich normales (leichtes) Wasser als Moderator und Kühlmittel verwendet. Diese Form wird heute bevorzugt gebaut.

Man unterscheidet die LWR in Druckwasser- und Siedewasserreaktoren. Ich wird euch jetzt den Druckwasserreaktor genauer erklären.

Der Druckwasserreaktor

Das Wasser führt ,die durch die Brennstäbe erzeugt Wärme, ab. Um das Sieden des Wassers zu verhindern ( also um zu verhindern das es verdampft) erhöht man den Betriebsdruck vom Hauptkühlkreis auf ca.158bar (dem Druck von 158 Atmosphären). Das Wasser tritt mit ca. 288°C in den Reaktor und verlässt ihn mit ca. 316°C. Auf diese Weise werden stündlich 44 000t Kühlmittel durch den Reaktor bewegt. Das erhitzte Wasser gibt seine Wärme über 4 Dampferzeuger an das Wasser des Sekundärkreislaufes ab. Wegen der hohen Temperatur und dem niedrigen Druck (im Vergleich zum ersten Wasserkreislaufes) verdampft das Wasser im zweiten Kreislauf. Mit diesem Dampf wird nun wieder eine Turbine die mit einem Generator gekoppelt ist angetrieben. Anschließend wird der Dampf in einem Kondensator wieder verflüssigt und das Wasser wird mit einer Speisepumpe zu der Vorwärmeanlage gebracht, aufgewärmt, und wieder zum Dampferzeuger geleitet.

Vorteil dieses Zweikreissystems:

- die im Reaktorkühlmittel auftretenden radioaktiven Stoffe gelangen nicht außerhalb des Primärkreislaufs.

Sicherheit

Bei Kernkraftwerken ist es extrem wichtig das niemals radioaktive Strahlung austritt. Darum muss beim Bau auch beachtet werden, dass es bei einem Flugzeugabsturz, Erdbeben, Explosionsdruckwellen (oder ähnlichen unwahrscheinlichen aber möglichen Katastrophen) geschützt ist.

Alle Sicherheitsbarrieren haben 2Funktionen:

- sie schirmen Direktstrahlung ab - und verhindern das Austreten radioaktiver Stoffe

Alpha- und Betastrahlen werden durch das Kühlwasserabgeschirmt. Das Reaktordruckgefäß verringert die Gammastrahlung. Die Reste von Gamma- und Neutronenstrahlen werden von einem 2m dicken Stahlbetonschild absorbiert. Sicherheitsbehälter und Reaktorgebäude bilden weitere Barrieren.

Vor dem Austreten von radioaktiven Stoffen schützt:

- das Kristallgitter des Brennstoffes - die Brennstabhülle - das Reaktordruckgefäß - der Sicherheitsbehälter mit Dichthaut - Rückhalteeinrichtungen für flüssige und gasförmige radioaktive Stoffe

Trotz all dieser Sicherheitsvorkehrungen können Unfälle mit schrecklichen Folgen geschehen. Darum wollen viele Regierungen auf Atomenergie verzichten was aber nicht so leicht ist. Z.B.: Wasserkraft kann man eben nicht in allen Ländern so ausreichend wie in Österreich betreiben.