Wie funktioniert Kernspaltung?
Für diese Art der Kernspaltung verwendet man sehr schwere Atome, wie zum Beispiel das Uran-235 mit 92 Protonen und 143 Neutronen. Trifft ein Neutron mit einer bestimmten Geschwindigkeit auf dieses Uranatom geschehen zwei Dinge: Zum einen wird ein Teil der Bewegung des Neutrons auf den Atomkern übertragen, der sich dadurch etwas mehr bewegt. Zum anderen vergrößert das zusätzliche Neutron im Atomkern die Abstände zwischen einigen Protonen. Diese beiden Veränderungen führen zu einem Ungleichgewicht, so dass der Kern instabil wird und auseinander bricht.
Neben den beiden Bruchstücken, zwei verschiedene, leichtere Atome, werden zudem zwei bis drei Neutronen frei, die ihrerseits wieder auf Uranatome treffen können. Dies passiert allerdings nur, wenn die Uranatome dicht genug beieinander liegen. Daher reichert man das natürlich vorkommende Uran für den Einsatz in Kernkraftwerken an, damit die Uran-Atomdichte groß genug ist. Haben unter anderem dann die freien Neutronen noch die richtige Geschwindigkeit, kommt es zu einer Kettenreaktion. Die Masse, bei der diese einsetzt, wird als kritische Masse bezeichnet.
Das Kernkraftwerk
Für eine kontrollierte Kettenreaktion sind viele genau definierte Parameter erforderlich. Über die Veränderung einzelner Parameter wird eine solche Kettenreaktion in Kernkraftwerken genau gesteuert.
Das zu kleinen Tabletten, so genannte Pellets, verarbeitete Uran befindet sich in langen Brennstäben, die in Brennelementen zusammengefasst sind. Diese werden im Reaktor von Wasser umspült. Dieses Wasser wird durch die Energie, die bei der Kernspaltung frei wird, so stark erhitzt, dass es verdampft.
Der heiße Dampf wird anschließend direkt oder indirekt über eine Turbine geleitet, die genauso wie ein Fahrraddynamo funktioniert: Der Dampf bringt die Schaufeln der Turbine zum Drehen, wodurch in dem dahinter geschalteten Generator Strom erzeugt wird. Der so entspannte, energieärmere Dampf wird anschließend beispielsweise in einem Kühlturm oder mittels Flusswasser abgekühlt und wieder zu Wasser. Kernenergie wird vor allem zur Stromerzeugung genutzt. Reaktoren werden aber auch zum Beispiel in U-Booten, Flugzeugträgern oder anderen Schiffen zur Gewinnung von Antriebsenergie verwendet.
Risiken
Der Umgang mit der Kernspaltung erweist sich als sehr kompliziert. Die bei der Spaltung freiwerdende radioaktive Strahlung kann in höheren Dosen für Lebewesen gefährlich sein, wenn keine entsprechenden Schutzmaßnahmen getroffen werden. Schon relativ geringe Mengen der Strahlung können in den Zellen die Erbsubstanz verändern. Außerdem besteht die Gefahr von Missbildungen bei Neugeborenen. In höheren Dosen tötet radioaktive Strahlung direkt Zellen ab.
Kernkraftwerke werden folglich mit besonderen Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet. So soll u.a. eine meterdicke Betonwand im Unglücksfall verhindern, dass radioaktive Strahlung in die Umwelt gelangt. Allerdings bleibt ein Restrisiko, das hat das Reaktorunglück von Tschernobyl gezeigt.
Ein weiteres Problem bei der Nutzung der Kernenergie ist die Lagerung und Beseitigung von Atommüll. Ausgebrannter Kernbrennstoff und verstrahlte Reaktorbestandteile müssen sicher gelagert werden, da sie z. T. noch Jahrtausende gefährlich weiterstrahlen.
