Referat Atomenergie

Wie “macht” man Strom für tausende Menschen?

Das Magnetfeld

Kennt ihr die Magnetische Kraft? Versucht mal, die beiden Magnete genau aufeinander zu setzen. (Versuch mit zwei Magneten).
Es ist ganz schön Kraft nötig? Das ist die Magnetkraft. Die Magnete umgibt ein unsichtbares Feld, man nennt es Magnetfeld.

Erst 1831 entdeckte der englische Physiker und Chemiker Michael Faraday, dass die Veränderung eines Magnetfelds in einem Draht einen fließenden Strom erzeugen kann.
(Versuch mit der Taschenlampe)
In der Taschenlampe ist ein Draht aufgewickelt, man nennt so etwas "Spule". In der Drahtspule kann sich, wenn ich die Lampe schüttele, ein Magnet bewegen. Die Kraft des Magneten erzeugt beim Schütteln in dem Draht einen elektrischen Strom. Ihr könnt das sehen, wenn ihr auf die Lampe schaut!
So wie das in der Taschenlampe funktioniert, geht es auch im Kraftwerk. Aber es muss ja mehr Strom gemacht werden. Also baut man das einfach viel größer. Das Teil, in dem Spulen und Magnete sitzen, heißt: Generator.

Der Generator

Je mehr Draht und Magnete in einem Generator stecken, desto mehr Strom kann er erzeugen. Der Generator ist im Kraftwerk deshalb ungefähr so groß wie ein Omnibus.

Die Magnete im Generator werden aber nicht geschüttelt, sondern gedreht, das ist einfacher. Das Drehen übernimmt eine weitere Erfindung: Die Dampfturbine.

Die Turbine

Die Erfindung der Dampfturbine ist eigentlich schon 1629 gemacht worden, richtig eingesetzt wurde sie aber durch den Engländer Parsons im Jahre 1884, er baute eine Dampfturbine in ein Schiff, die Turbinia. Habt ihr schonmal Wasserdampf gesehen? Auf dem Herd fliegt immer der Deckel vom Topf, wenn das Wasser kocht! Das Wasser wird durch die Hitze zu Dampf und hat dadurch viel Kraft!
Die Turbine ist eigentlich nichts anderes als ein großes Rad mit kleinen Schaufeln, wie ein Mühlrad. Durch die Schaufeln wird heißer Wasserdampf gedrückt und dreht dadurch das Rad. Je mehr Dampf durch die Schaufeln drückt, desto schneller dreht die Turbine.

In unserem Kraftwerk ist die Turbine mit sehr vielen Schaufelrädern aufgebaut, das ist noch viel besser. Die Turbine kann fast 100m lang sein!

Der Dampf im Kraftwerk

Früher hat man den Dampf erzeugt, mit Hilfe von Holz, Kohle, Öl, Gas, Müll, eben alles was irgendwie brannte. Die Braunkohle war sehr beliebt, weil sie bei uns in Deutschland im Bergwerk abgebaut werden konnte und davon reichlich vorhanden war. Sie wurde überall benutzt, um Maschinen anzutreiben, zu den ersten Maschinen zählte die Dampflokomotive.

Auch unsere alten Stromkraftwerke funktionierten so.

Leider waren die Kohlevorkommen aber bald erschöpft und es wurde immer teurer, die Kohle aus der Erde zu holen. Die Menschen müssen für die Kohle tief in die Erde vordringen, kilometertief. Außerdem entsteht beim Verbrennen dieser Stoffe sehr viel giftiger Rauch, der unsere wertvolle Atemluft verpestet und die Pflanzen auf der Erde zerstört. Der Klimawandel, der Treibhauseffekt, der Saure Regen, das alles ist das Ergebnis aus dem, was Menschen seit etwa hundert Jahren verbrannt haben.
Da die Vorräte von Erdöl und Gas auch sehr erschöpft sind, und die Preise immer teurer werden, musste man zur Erzeugung des Dampfes etwas neues finden, was billiger und besser sein sollte.

Die Hitze aus Atomen

Das kleinste Teil eines Stoffes ist das Atom. Es ist sehr stabil und kann eigentlich nicht zerstört werden. Atome sind so klein, dass man sie nicht sehen kann, man kann sich das aber vorstellen.
Wissenschaftler haben herausgefunden, daß das Atom aus einem Kern besteht und aus einer Hülle. Der Atomkern eines Stoffes besteht aus einer ganz bestimmten Anzahl von Neutronen und Protonen. Je mehr, desto schwerer ist der Stoff. Alle Stoffe, die jemals auf der Erde gefunden wurden, heißen Elemente und sind nach ihrer Anzahl von Neutronen und Protonen sortiert, das schwerste, natürlich vorkommende Element auf unserer Erde ist Uran, es hat 238 Protonen und Neutronen in seinem Atomkern.
Ganz außergwöhnlich an diesem Element ist, daß es unter bestimmten Umständen in zwei andere Stoffe zerfallen kann, man sagt: es ist instabil. Wenn man andere Stoffe auch einfach zerfallen lassen könnte, dann wäre es doch möglich, aus Blei oder Quecksilber Gold zu machen? Leider hat dies noch kein Mensch geschafft!
Das in der Natur vorkommende Uran mit der Kernzahl238 ist allerdings nicht direkt technisch nutzbar, ein Teil muss auf 235 Neutronen reduziert werden. Erst mit der ungeraden Zahl von Neutronen ist es leicht spaltbar.
Uran235 gilt als einziger, natürlich vorkommender Stoff, der zu einer Kernspaltungs-Kettenreaktion fähig ist.
Man benötigt einen ²³⁵U-Gehalt von mindestens etwa 3% − in der Praxis bis zu 5%.  
Den Vorgang des Atomzerfalls nennt man auch Kernspaltung.

Stoffe, die instabil sind und deren Atome zerfallen können, haben leider auch die Eigenschaft, daß sie radioaktive Strahlen abwerfen.
Diese Strahlen sind nicht sichtbar und sehr, sehr giftig. Radioaktive Strahlen können durch fast alles dringen. Bei Menschen, Tieren und Pflanzen können sie Zellen zerstören oder verändern, es entstehen “böse” Zellen im Körper, die Krebszellen.

Außerdem hat das Uran die Eigenschaft, daß wenn der Zerfall einsetzt, es kaum noch zu stoppen ist, immer mehr Atome beginnen plötzlich zu zerfallen, es ist wie bei eine Kettenreaktion. Deshalb muss beim Hantieren mit radioaktiven Stoffen auf höchste Sicherheit geachtet werden. Das wichtigste ist aber, daß beim Zerfall der Atomkerne außer radioaktiver Strahlung eine große Hitze entsteht, diese Hitze nutzt man im Kernkraftwerk zum Erzeugen des Dampfes.

Aufbau des Atomkraftwerkes

Hier sind vier Bilder von Kernkraftwerken, was fällt euch dabei auf?

• Reaktorgebäude unter der Sicherheitskuppel.
• Kühltürme.
• Fluss.
• Strommasten.

Das Reaktorgebäude

Die Kuppel schützt den Reaktorkern vor Zerstörung durch Erdbeben, Flugzeugabsturz, Explosionen und hält durch die dicken Spezialbetonwände und die Stahlkuppel die radiokativen Strahlen zurück.
Das hofft man und hat viele Versuche dazu gemacht. Leider kann kein Mensch auf der Erde vorhersehen, was z.B. bei einem Erdbeben oder einer Überschwemmung tatsächlich passieren kann.

Im Reaktorkern ist das Uran in kleinen Brennstofftabletten in Brennstäben aufgereiht.
Beispiel für Brennstofftabletten.

Die Brennstäbe sitzen in Brennelementen. In den Brennelementen sitzen auch die Steuerstäbe, mit deren Hilfe die Kernspaltung gebremst werden kann.
Das ist ganz wichtig, sonst explodiert der Kernreaktor wie eine Atombombe!
Durch die Brennstäbe fließt die Flüssigkeit, die den Dampferzeuger beheizt.
Der Dampferzeuger treibt die Turbine mit dem Generator an, vom Generator gelangt der Strom über die Strommasten zu den Dörfern und Städten.
Nachdem der heiße Dampf durch die Turbine geströmt ist, muß er wieder flüssig gemacht warden, das geschieht im Kondensator.
Der Kondensator muss immer gekühlt werden, dazu benötigt man die großen Kühltürme und gewaltige Pumpen.
In den Kühltürmen wird das kalte Wasser aus dem Fluß zur Abkühlung verdunstet und es steigen richtige Wolken auf.

Warum Atomstrom?

Aus einem Uranwürfel mit einer Kantenlänge von 10cm kann man eine Großstadt wie Karlsruhe einen Monat lang rund um die Uhr mit Strom versorgen. Für die gleiche Energie ware ein Berg Steinkohle von 40m Höhe, Länge und Breite erforderlich, der ware ungefähr zehnmal so groß, wie unser Schulhaus!

Im Atomkraftwerk muss nichts verbrannt warden, daher gibt es keinen Russ und Staub, keinen Treibhauseffekt durch entweichendes CO2 und keinen Sauren Regen.

Uran ist zwar nicht billig, aber es werden keine großen Mengen benötigt.

Uran ist wie Erdöl irgendwann nicht mehr verfügbar und wird immer teurer, vor allem die Herstellung von U235 aus U238 und die Reinigung.

Die radioaktiven Strahlen, die im Atomkraftwerk entstehen, sind sehr, sehr gefährlich für alle Lebewesen. Wenn im Kraftwerk ein Fehler passiert, kann der Reaktorkern explodieren, das wäre das gleiche wie bei eine Atombombe. So ein Unglück ist bereits passiert: 1986 explodierte der Kernreaktor in Tschernobyl, Russland.
Man spricht von einem Super-Gau. Dabei wurden sehr viele Menschen getötet und Erkrankungen sind bis heute auf das Unglück zurückzuführen.

Außerdem kann Radioaktivität durch undichte Wände oder Rohre entweichen, je älter das Kraftwerk wird, desto höher ist die Gefahr. Im nahen Umkreis eines Atomkraftwerkes ist die Wahrscheinlichkeit an Krebs zu erkranken höher als anderswo. Es kam schon oft vor, daß Kraftwerkbetreiber und Regierungen Störfälle versucht haben zu vertuschen, vor allem im Ausland.
Hierzu ein toller Hörbericht vom RadioWissen.

 Ein Nebenprodukt bei der Kernspaltung ist hochgiftiges Plutonium, es wird gesammelt und verkauft, Aus Plutonium werden z.B. Atombomben (Sprengstoff: Plutonium-239) hergestellt. Auch aus Uran kann man Kernwaffen herstellen (Sprengstoff: Uran-235), sie sind wegen der besseren Lagermöglichkeiten beliebter

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Es gibt keine Möglichkeit, den radioaktiven Müll aus verbrauchten Brennelementen zu entsorgen. Der Müll wird immer mehr und kann nur versteckt werden. Deshalb gibt es in der Bevölkerung viele Proteste.

Die Sicherheitsvorkehrungen und der Abbau eines veralteten Atomkraftwerkes sind sehr teuer.

 Wo radioaktives Material hergestellt, gelagert oder verbraucht wird, kann es gestohlen werden. Die Gefahr, dass Terroristen davon in Besitz gelangen können, ist so hoch wie nie zuvor. Vor allem in Russland und der USA kommen immer wieder Substanzen aus Industrie, Forschungseinrichtungen oder Krankenhäusern abhanden. Auch bei uns in der Pfalz passieren solche Dinge.
Es gelang einem Landauer, Mitarbeiter einer Reinigungsfirma, strahlendes Abfallmaterial aus einer Fabrik zu schmuggeln. Der Mitarbeiter hatte im Oktober 2000 in der WAK (Forschungsreaktor Karlsruhe) mehrere radioaktiv verseuchte Wischtücher und ein Röhrchen mit radioaktivem, plutoniumhaltigem Abfall gestohlen und in der Wohnung seiner Lebensgefährtin versteckt. Die Frau und deren Tochter waren dadurch verstrahlt worden. (Spiegel)

Wo wird der Strom gemacht?

Atomkraftwerke in Europa.

Führend: Deutschland, Frankreich, England, Spanien.

Atomkraftwerke in Deutschland.

Atomkraftwerk in Phillipsburg (30km), Forschungsreaktor in Karlsruhe (15 km)

Die verschiedenen Evakuierungszonen um das Kernkraftwerk Philippsburg (Zentralzone 2km, Mittelzone 10km, Außenzone 25km)

Die Seite des Bundesamtes für Strahlenschutz informiert über die aktuellen Strahlungswerte in deiner Umgebung!
Beispiel Wörth am Rhein. Landau/Pfalz.

Bessere Ideen für die Zukunft?

Energiegewinnung aus der Luft (Windkraft)

Energie aus dem Meer (Gezeitenkraftwerke)

Wasserkraft der Flüsse (Stauseen, Wasserturbinen)

Bioenergie aus Pflanzen und Abfall (Gärgase)