Grundlagen der Kernspaltung

In einem heutigen Kernkraftwerk wird Uran 235 mit Hilfe von Neutronen gespalten, um dadurch Energie zu gewinnen. Das Problem ist, dass man U-235 braucht. Das natürliche Uran besteht aus U-234, U-235 und U-238. Von 1000 Uranatomen sind 993 U-238 Kerne und 7 U-235. Das entspricht einem U-235 Anteil von 0,7 %. Da die langsamen Neutronen nur U-235 spalten, muss U-238 mit U-235 angereichert werden. Dieses geschieht z.B. in einer Gaszentrifuge. Hier erhöht man den U-235 Gehalt, um mehr spaltbares Material zu erhalten.

Bei der Spaltung von U-235 beschießt man einen U-235 Kern. Dabei entsteht ein Zwischenkern, der aber instabil ist, und in mehrere Bruchstücke zerfällt. Dabei entstehen auch zwei neue Neutronen. Doch diese Neutronen sind zu schnell, um die restlichen Kerne zu spalten. Deshalb müssen die Neutronen gebremst werden. Dies geschieht durch einen Moderator, der z.B. Kohlenstoff, chemisch reines Wasser oder Berillium sein kann. Heutzutage wird nur noch chemisch reines Wasser dafür benutzt, weil man es gleichzeitig als Kühlmittel einsetzen kann. Dieser Moderator bremst die Neutronen sehr stark ab.

Dieses läuft in einem Kernreaktor, in Form einer Kettenreaktion ab. Beschießt man ein Stück U-235 mit einem Neutron, spaltet dieses irgendwo einen ersten Kern, der wiederum zwei Neutronen ausstößt. Diese spalten weitere Kerne, welche wiederum 4-5 Neutronen freisetzen. Wenn diese Neutronen wiederum auf benachbarte Atome stoßen und diese zertrümmern, entstehen 8-12 Neutronen. Diese spalten wieder Kerne, wobei sehr viel Energie freigesetzt wird. Dieser Vorgang setzt sich immer weiter fort und in Sekunden wächst die Zahl der gespaltenen Kerne und damit die Energiegewinnung. Diesen Vorgang nennt man Kettenreaktion.

In einem Kernkraftwerk wird diese Kettenreaktion mit Regelstäben reguliert. Diese Regelstäbe bestehen meistens aus Boral. Mit den Regelstäben kann man die Kettenreaktion genau regulieren. Bei einem Unfall können die Regelstäbe in den Kernreaktor fallen gelassen werden, und so würde man die Kettenreaktion sofort unterbrechen.

Im Kernreaktor entsteht durch Kernspaltung Hitze, die Wasser im Dampferzeuger zu Wasserdampf verwandelt. Damit wird die Dampfturbine mit dem angeschlossenen Generator betrieben. Daraus entsteht elektrischer Strom.

Bei einer Kettenreaktion mit U-235 entsteht auch ungewollt Plutonium, welches sich z.B. in den Kühlanlagen absetzt. Plutonium ist ein γ-Strahler, der eine sehr lange Halbwertzeit hat. Wenn ein Kernkraftwerk ausgedient hat, muss jedes Rohr in Glas eingegossen werden, weil das Plutonium überall ist (Kühlkreislauf). Plutonium ist für den Menschen in hohem Masse schädlich.

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