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Inhaltsverzeichnis:
I. Allgemein
II. Radioaktive Nuklide
III. Halbwertszeit
IV. Strahlung
V. Einteilung
VI. Zerfallskette
VII. Geschichte
VIII. Energiegewinnung im Kernkraftwerk
VII.I. Allgemein
VII.II. Geschichte der Atomkraftwerke
VII.III. Funktion der Atomkraftwerke am Beispiel des Druckwasserreaktors
IX. Auswirkungen auf die Ökologie
X. Quellenverzeichnis
XI. Anhang:
· Zeitungsartikel
· Grafiken zum Druckwasserreaktor
· Bilder
· Tabellen
I. Allgemein:
Radioaktivität ist die Eigenschaft einer Reihe von Atomkernen oder allgemein Nukliden (Radionukliden) sich spontan, d. h. ohne äußere Einwirkungen in andere Kerne umzuwandeln (radioaktiver Zerfall), wobei Energie in Form von kinetischer Energie Teilchen aussendet und/oder elektromagnetische Strahlung frei wird. (Alpha-, Beta- oder Gammastrahlung)
II. Radioaktive Nuklide:
Tellur, Bismut, Thorium, Uran, Plutonium, Kohlenstoff, Radium, Plutonium, Caesium, Tritium, Schwefel, Radon, Francium, Thorium, Polonium, Beryllium, Wasserstoff
III. Halbwerstzeit:
Die Halbwertszeit gibt an, wie lange ein Stoff im Wasser, Boden oder der Luft verweilt, bis die Hälfte seiner Menge durch Organismen abgebaut wurde. Substanzen mit einer Halbwertszeit von mehr als zwei Stunden werden als schwer abbaubar eingestuft. (Siehe Tabelle)Tellur hat zum Beispiel ein Halbwertzeit von sieben Quadrillionen Jahren.
IV. Strahlung
" (...) Strahlenquellen können Teilchenstrahlung oder elektromagnetische Wellen aussenden, z.T. auch beides. Zur Teilchenstrahlung zählen die Alphastrahlen (Heliumkerne), Betastrahlen ( Elektronen) und Neutronenstrahlen. Zur gesundheitsgefährdenden elektromagnetischen Strahlung gehören die Röntgen- und die Gammastrahlen, sowie die UV-Strahlen. Die gefährlich Wirkung dieser Strahlen beruht auf der Schädigung der DANN und anderer Moleküle in den Zellen. Sie führt zum Zelltod oder zu Mutationen, die eine Umwandlung in Krebszellen bewirken können." Strahlenbelastung wird in Becquerel angegeben (1 Bq = 1Kernzerfall je Sekunde). (Zitat aus Linder: S.117)
V. Einteilung in:
· Natürliche radioaktive Stoffe : Radionuklide wie Kalium, Calcium und Uran und seine Zerfallsprodukte
· Künstliche Strahlenquellen: vom Menschen verursachte Kernexplosion, sowie in Forschung, Technik und Medizin verwendete Substanzen
VI. Zerfallskette/ Zerfallsarten:
232Th
228Ra
228Ac
228 Th
224Ra
220Rd
216Po
216At 212Pb
208Tl 212Po
208Pb
VII. Geschichte:
Der französische Physiker Der französische Physiker Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908) beschäftigte sich mit der Lumineszenz einiger Stoffe, die er durch Photoplatten nachwies. Diese Versuchsreihen wollte er auch an einem Uransalz vornehmen. Jedoch benötigte er intensives Sonnenlicht für seinen Versuch, daher packte er das Salz und die Photoplatte zusammen in eine Schublade, bis sich die Witterung besserte und die Wolken sich verzogen. Einige Tage später entwickelte er die Platte und verwunderlicherweise waren darauf die Umrisse des Minerals zu sehen. Die Radioaktivität war entdeckt.
Mit der Erforschung der Radioaktivität beschäftigte sich um das Jahr 1896 das Ehepaar Curie: Marie Curie (1867 - 1934) und Pierre Curie (1859 - 1906)
Sie untersuchten zunächst alle bekannten Stoffe mit dem Elektroskop (Geigerzähler gab es noch nicht) auf diese neue Art der Strahlung und wiesen sie beim Thorium nach.
Sie entdeckten danach zwei neue Elemente - Polonium und Radium und isolierten diese in vierjähriger, äußerst mühevoller Arbeit aus einer Tonne des Minerals Pechblende. Das Ergebnis waren 0.1 g Radiumchlorid
VIII. Energiegewinnung im Kernkraftwerk
VII.I.: Allgemein:
Ein Kernkraftwerk - oder auch Atomkraftwerk genannt- ist ein Elektrizitätswerk zur Gewinnung elektrischer Energie durch Kernspaltung in Kernreaktoren.
Die Erzeugung elektrischer Energie geschieht indirekt. Die Wärme, die bei der Kernspaltung entsteht, wird auf ein Kühlmedium übertragen, wodurch dieses erwärmt wird. Im Normalfall besteht das Kühlmittel aus Wasser, bei der Erwärmung wird Wasserdampf erzeugt, der dann eine Dampfturbine antreibt. In den meisten Fällen besteht ein Kernkraftwerk aus mehreren Blöcken, die für sich völlig unabhängig voneinander elektrischen Strom erzeugen. Am Anfang 2006 waren weltweit 442 Atomkraftwerke am Netz.
Insgesamt gibt es fünf verschiedene Reaktortypen:
· Den Leichtwasserreaktor (LWR): Druckwasserreaktor und Siedewasserreaktor
· Den Schwerwasserreaktor (SWR)
· Den RBMK
· Den Brutreaktor (Schneller Brüter)
· Hochtemperaturreaktor (HTR)
Auch eine Anlage mit Fusionsreaktor wäre ein Kernkraftwerk. Jedoch ist die Energiegewinnung aus Kernfusion im technischen Maßstab bislang erst Gegenstand von Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und von der industriellen Nutzung noch weit entfernt. (Stand 2006)
VII.II.: Geschichte der Atomkraftwerke:
Das erste zivile Kernkraftwerk der Welt wurde 1954 im russischen Obninsk erfolgreich in Betrieb genommen, es hatte eine elektrische Leistung von 5 MW. Fast zeitgleich wurde im Jahr 1955 in Calder Hall (England) ein weiteres Kernkraftwerk errichtet, welches 1956 mit einer Leistung von 55 MW ans Netz ging und daher auch als erstes kommerzielles Kernkraftwerk der Welt bezeichnet wird. In den meisten frühen Kernkraftwerken kamen Siedewasserreaktoren zum Einsatz, da diese einfacher zu konstruieren und zu regeln sind. Inzwischen sind dagegen Druckwasserreaktoren üblicher, die höhere Leistungsdichten besitzen und bei denen der Kontrollbereich kleiner ist. Das erste Kernkraftwerk Deutschlands war das unter Lizenz von GE von der AEG gebaute Versuchsatomkraftwerk (VAK) Kahl (16 MWe) mit einem Siedewasserreaktor, der zuerst am 13. November 1960 kritisch wurde. Es folgten der Mehrzweckforschungsreaktor (MZFR) Karlsruhe (29. September 1965, 57 MWe) und der KKR Rheinsberg in Brandenburg (damals DDR). Es wurde am 9. Mai 1966 das erste Mal ans Netz geschaltet und war bis 1990 in Betrieb. Das nächste war (KRB A) in Gundremmingen (14. August 1966, 250 MWe) und schließlich ein Kraftwerk mit einen Druckwasserreaktor 1968 in Obrigheim in Baden-Württemberg (357 MWe).
Alle noch im Betrieb befindlichen deutschen Kernkraftwerke wurden von der Siemens AG oder deren ehemaliger Tochter, der Kraftwerk Union (KWU), gebaut. Ausnahmen bilden die Kraftwerke mit Siedewasserreaktoren (Brunsbüttel, Isar I, Philippsburg I und Krümmel). Sie wurden von der AEG begonnen und von der KWU fertiggebaut, nachdem die Kernkraftsparte der AEG in der KWU aufging.
Entsprechend ihrer historischen Entwicklung teilt man Kernkraftwerke in verschiedene Generationen ein:
1) Erste kommerzielle Prototypen (Shippingport, 1957, DWR 60 Mwe)
2) Kommerzielle Leistungsreaktoren CANDU, Konvoi, EdF-Kraftwerke
3) Fortschrittliche Reaktoren (evolutionäre Weiterentwicklungen aus Generation II) EPR, SWR1000
4) Zukünftige Reaktortypen (innovative Entwicklungen, derzeit vom Generation IV international Forum vorangetrieben)
Im April 1986 ereignete sich der bislang schwerste Störfall in einem Kernkraftwerk im ukrainischen Prypjat im Reaktor Tschernobyl, bei dem der Block 4 explodierte und erhebliche Mengen radioaktiver Nuklide in die Atmosphäre gerieten. Die Explosion des Reaktors ist auf menschliches Versagen sowie bauartbedingte Mängel (vor allem auf das Fehlen technischer Einrichtungen, die die leichtfertige Fehlbedienung verhindert hätten) zurückzuführen. Der Störfall wurde zunächst tagelang vertuscht, bis man auch in Skandinavien stark erhöhte Radioaktivitätswerte messen konnte und die sowjetische Regierung durch den enormen öffentlichen Druck gezwungen war, die Havarie einzugestehen.
Der neueste Auftrag (2004) für einen EPR Druckwasserreaktor von 1,6 GW Leistung wurde vom finnischen Energieversorgungsunternehmen Teollisuuden Voima Oy (TVO) für den Standort Olkiluoto an Framatome ANP erteilt. Der privat finanzierte Reaktor (3 Milliarden Euro) soll im Jahr 2009 an das Netz gehen.
Den Bau des ersten schwimmenden Atomkraftwerks planen Russland und die Volksrepublik China. Der Reaktorblock mit einem KLT-Reaktor soll von Russland, und die Außenhülle soll von China gebaut werden. Die Kosten für das Projekt betragen über 86 Millionen US-Dollar. Das Atomkraftwerk, das zum Vergleich mit einem Haus neun Stockwerke hoch sein wird, befindet sich dann auf einem 140 Meter langen und 30 Meter breiten schwimmenden Block mit einer Wasserverdrängung von 21.000 Tonnen. Der Bau des Atomkraftwerks soll 2011 abgeschlossen sein und zunächst für das russische Rüstungsunternehmen Sewmasch in Sewerodwinsk in der Region Archangelsk Energie liefern. Geplant ist eine Leistung von 70 Megawatt.
VII.III.: Funktion des Atomkraftwerks am Beispiel des Druckwasserreaktors:
Der Druckwasserreaktor (DWR) ist eine Bauform eines Kernreaktors. Er gehört wie der Siedewasserreaktor zu den Leichtwasserreaktoren. ( Grafik siehe Anhang)
Beim Druckwasserreaktor wird das Wasser in einem Primärkreislauf, der unter erhöhtem Druck(ca.155 bar) steht, in den Reaktorkern geleitet, wo es erhitzt wird, aber flüssig bleibt. Von dort fließt es in einen Dampferzeuger, wo es zu dem Erhitzen des Wassers in dem Sekundärkreislauf dient, folglich fließt es wieder zurück in den Reaktorkern.
Das Wasser in dem Sekundärkreislauf verdampft durch die Hitze in dem Dampferzeuger. Als Dampf wird es über Rohrleitungen einer Turbine zugeleitet, die an einen Generator gekoppelt ist, im dann elektrische Energie erzeugt wird. Folglich wird das Wasser in einem Kondensator abgekühlt und wieder dem Dampferzeuger zugeführt. Der Druckwasserreaktor ist insofern sehr sicher, da bei einer erhöhten Temperatur des Kühlwassers die Reaktivität abnimmt. Die Moderation der Neutronen wird verringert und die Leistung des Reaktors sinkt.
Versagen sowohl die Kühl- als auch die Notfallsysteme so werden durch die Nachzerfallswärme zwar die Brennelemente zerstört, das radioaktive Inventar dennoch vom Containment zusätzlich von der Umwelt isoliert.
Tritt keine bezeichnenswerte Radioaktivität aus dem betroffenen Raumgebiet heraus und ist das Systemversagen in den Betriebshandbüchern vorgesehen und mit entsprechenden Gegenmaßnahmen beschrieben, wird von einem Störfall gesprochen. Erst bei Personenschäden oder nicht vorhergesehenen Kontaminationen der Umwelt wird von einem Unfall gesprochen. Die radioaktiven Abfallstoffe - der "Müll" - werden Schadstoffe genannt.
IX. Auswirkungen auf die Ökologie:
Trotz der Schadstoffe die bei Kernkraftwerken bzw. radioaktiver Energiegewinnung anfallen, ist die Kernkraft der bisher umweltfreundlichste Weg zur Massenenergiegewinnung, denn ein totaler Umstieg auf Wind- oder Wasserenergie wäre zu kostspielig und kaum lohnenswert. Dennoch hat auch die Kernenergie unübersehbare Nachteile, die zwar bisher noch nicht zu spüren sind, aber mit größeren Einstig in dieses Metier der Energiegewinnung unübersehbar wären. Zum einen wird die durch den Kondensator geleitete im Kühlwasserkreislauf vorhandene Kühlflüssigkeit in Fließgewässer geleitet. Dadurch wird jedoch das Ökosystem extrem beeinflusst, denn ersten ist die Durchschnittstemperatur des Gewässers wird erhöht und die ökologische Nische mancher Fische, Tiere und Organismen so beschränkt, dass sie in dem erwärmten Gewässer nicht mehr leben können und zweitens ist auch der Sauerstoffgehalt in warmen Wasser bedeutend niedriger als in kaltem, da es ihn nicht aufnehmen kann. Dies bedeutet ein weiteres sterben von Lebewesen indem Gewässer und die Selbstreinigungskraft ist auch überschritten.
Zum anderen ist der zweite Nachteil, dass die meisten Schadstoffe nicht aufbereitet werden oder werden können und die Lagerung mit sehr hohen Halbwertszeiten aufwendig und nicht gerade billig ist. Hinzu kommt noch, dass durch die sich ändernde Umweltpolitik dem Bereich der radioaktiven Forschung Gelder entzogen werden, die unbedingt , nicht nur zur Forschung, sondern auch zur Überholung von in die Jahre gekommener Kraftwerke nötig wären, damit Unfalle wie Tschernobyl von1986 nicht mehr möglich wären. Denn durch die austretenden radioaktive Stoffe können Gewässer auf Jahre hin verseucht und gefährlich machen.
Auch durch Bioakkumulation ( siehe Seite 117 im Linder) - die Anhäufung eines Stoffes in verschiedenen Gliedern der Nahrungskette- wird der Stoff weitergetragen , da er von einem Glied der Kette zum anderen zunimmt sterben viele Tiere in einem Ökosystem aus.
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