Kernenergie

E s war am 26.4.1986, als uns der Reaktorunfall in Tschernobyl mit aller Deutlichkeit vor Augen führte, wie gefährlich die Atomenergie sein kann. 6 Jahre nach der Explosion der ersten Atombombe (16.7.1945) wurde am 20.12.1951 in Arco, USA der erste elektrische Strom durch Kernspaltung erzeugt. Das erste deutsche Versuchskraftwerk wurde 1961 in Kahl am Main vollendet. Seitdem geht die Entwicklung in diesem Bereich rasant weiter, und heute gibt es zahlreiche Typen und Größen von Atomkraftwerken. Das Hauptanwendungsgebiet ist natürlich die Stromerzeugung in Kernkraftwerken, aber auch als leistungsfähiger Motor für Schiffe und vor allem für Unterseeboote werden Kernreaktoren bereits benutzt.
Die Kernenergie beruht darauf, dass auch kleinste Teilchen, wie Atome Energie haben, in diesem Falle kinetische (bewegungs-) Energie und Bindungsenergie. Diese Energien könnte man theoretisch nutzbar machen, genau das passiert auch in einem Atomkraftwerk. Bei dem entscheidenden Prozess der Kernspaltung werden schwere Atomkerne, wie zum Beispiel das häufig verwendete Uranisotop 295 (U-295) in leichtere Atomkerne gespalten. Dabei wird Bindungsenergie frei. Ein weiterer, noch vielversprechenderer Prozess ist die Kernfusion, ähnlich wie auf der Sonne. Bei ihr werden leichte Atomkerne zu schweren verschmolzen. Auch dabei wird technisch nutzbare Energie frei. Eine Voraussetzung für eine funktionierende Kernfusion sind jedoch Temperaturen von mehreren Millionen  Celsius. Aufgrund dieser Einschränkung müssen heutige Reaktoren noch auf das Prinzip der Kernspaltung zurückgreifen, bei denen bedeutend niedrigere Temperaturen reichen.
Der Hauptbrennstoff Uran wird hauptsächlich im Tagebau, aber auch teilweise unterirdisch in Erzen abgebaut. Reines Uran findet man nur selten, es befindet sich fast immer in Uranerzen, wie der Pechblende. Allerdings enthalten die meisten Erze nur wenig Uran, rentabel wird der Abbau erst ab 3 Kilogramm Uran pro Tonne Erz. Das abgebaute Uran wird durch Zerkleinerung in ein 70%iges Urankonzentrat, den sogenannten "yellow cake" umgewandelt, es hat aber immer noch eine zu geringe Urankonzentration, um in Kernkraftwerken genutzt werden zu können. Es muss weiterhin durch verschiedene Verfahren angereichert werden, um "kernkraftwerktaugliche" Urankonzentration zu erreichen. Es gibt drei bekannte Anreicherungsverfahren, in einzelnen sind es das Gasdiffusionsverfahren, bei dem gasförmiges UF6 durch Membranen gedrückt wird. Weiterhin gibt es das Trenndüsenverfahren, welches auf Masseunterschieden des Urans beruht, sowie das Zentrifugenverfahren, bei dem Uran in einer Zentrifuge angereichert wird. Das extrem angereicherte Uran wir nun in etwa 1 cm großen Brennstofftabletten, sogenannte Pellets mit etwas Helium gasdicht verpackt. Viele von ihnen werden nun zu Brennstäben und Brennelementen zusammengesetzt.
Anders als bei normalen Kraftwerken, wo fossile Brennstoffe verfeuert werden, wird zur Dampferzeugung in einem Kernkraftwerk die benötigte Hitze durch Kernspaltung gewonnen. Spaltbares U-235 wird mit beschleunigten Neutronen beschossen, der beschossene Kern beginnt zu schwingen, die Bindungsenergie ist nicht mehr fähig, den Kern zusammen zu halten und er zerplatzt in Barium-141 und Krypton-92, sowie einige Neutronen. So wird eine gesteuerte Kettenreaktion in Gang gesetzt. Im Kernreaktor laufen komplexe, technisch durch Moderatoren (Bremsflüssigkeiten) und Steuerstäbe
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kontrollierte Kettenreaktionen ab, bei der nur so viele Kerne gespalten werden, wie man zur Stromerzeugung benötigt.
Aber was nun mit ausgedienten Brennstäben und radioaktiv verseuchten Abfällen? Ein großes Kraftwerk verlassen jährlich etwa 30 Tonnen Uran, für Deutschland kommt man dann schnell auf jährliche Uranabfälle von über 10000 Tonnen. In Wiederaufbereitungsanlagen (z. B. La Hague, Karlsruhe) wird noch nutzbares Uran von abgebranntem Uran getrennt. Der unbrauchbare Rest wird, um kontaminierten Boden zu verhindern, bis zu 3000 Metern tief in unter Salzstöcken gelegenen Endlagern für ewig in Bleiummantelungen oder mit Edelstahl verglast eingelagert.
Die in einem Kernkraftwerk entstehenden, zum Teil stark radioaktiven Stoffe dürfen unter gar keinen Umständen in die Umwelt gelangen. Dafür besitzt ein Kernkraftwerk einige Sicherungen. Die grundsätzlichen 6 Barrieren gegen das Austreten radioaktiver Stoffe sind:
1.) Gasdichte Brennstofftabletten, in denen sich das Uran befindet.
2.) Edelstahlrohre, in denen die Tabletten aufbewahrt werden.
3.) Der Reaktordruckbehälter aus massivem Blei.
4.) Dicke Betonwände, die nur durch Druckschleusen geöffnet werden können.
5.) Ein stählerner Sicherheitsbehälter in Kugelform.
6.) Ein über 1 Meter dickes Stahlbeton-Gemisch, das auch von abstürzenden Flugzeugen nicht zerstört werden kann.
All diese Sicherungen und vier voneinander unabhängige Kühlsysteme sowie viele Filter machen ein Austreten radioaktiver Stoffe fast unmöglich. Gefahr geht prinzipiell nur noch von Staaten aus, in denen der Sicherheitsstandard noch nicht so hoch angesetzt ist wie in Deutschland, wie zum Beispiel in der Ukraine (Tschernobyl), oder in Japan, wo immer wieder Zwischenfälle bekannt werden.
Wenn man nun den gesamten Brennstoffkreislauf, die Kosten für Aufbereitung, Transport und Endlagerung betrachtet, könnte der Eindruck entstehen, die Kernenergie sei unbezahlbar. Eine Studie der Universität Essen kommt jedoch zu dem Ergebnis, dass Kernkraftwerke durchaus mit anderen Kraftwerkstypen konkurrieren können. In Deutschland liegt der Preis des "Atomstroms" etwa auf dem Niveau des "Kohlestroms". In Frankreich, dem Land mit den prozentual meisten Kernkraftwerken ist der Strom aus Kernkraftwerken fast halb so teuer wie konventioneller Strom aus fossilen Brennstoffen. Wie die Verhältnisse der Effizienz verschiedener Energieträger zeigt, hat die Kernkraft eindeutig die Nase vorn: Um einen 3-Personen-Haushalt ein Jahr lang mit Strom zu versorgen bräuchte man 1 Gramm Plutonium, oder 100 Gramm Uran, oder 5000 Liter Erdöl, oder sage und schreibe etwa 7000 Kilogramm Steinkohle. Hochgerechnet befinden sich in einem Kilogramm Uran-235 soviel Energie wie in 93 Waggons voll mit Kohle. Mit dieser Energiemenge lassen sich alle Häuser Deutschlands eine ¾ Stunde lang beleuchten. Außerdem sind Kernkraftwerke bei störungsfreiem Betrieb wesentlich umweltschonender als normale Kraftwerke