Kernenergie verstehen: Grundlagen, Reaktoren, Brennstoffkreislauf und Zukunft

Kernenergie: Grundlagen und Funktionsweise

In chemischen Reaktionen handelt es sich um Veränderungen in der Verteilung von Elektronen, die die Kerne umkreisen, während Kernreaktionen die Kerne selbst betreffen, die einem Wandel unterworfen sind. Materie kann weder erschaffen noch zerstört werden, sondern nur umgewandelt, in diesem Fall in Energie. Systeme zur Kontrolle von Kernreaktionen verwenden einen Moderator.

Klassifizierung und Typen von Kernreaktoren

Atomreaktoren werden nach verschiedenen Kriterien eingeteilt:

• Nach der Geschwindigkeit der Neutronen: thermische Reaktoren und schnelle Reaktoren.
• Nach dem verwendeten Brennstoff: natürliches Uran oder angereichertes Uran.
• Nach dem verwendeten Moderator: Leichtwasser, Schwerwasser oder Graphit.
• Nach dem verwendeten Kühlmittel: Einige Reaktoren verwenden Wasser als Kühlmittel.

Spezifische Reaktortypen umfassen:

• Druckwasserreaktoren (DWR): Kernreaktoren, die mit leicht angereichertem Uran als Brennstoff und Wasser als Kühlmittel und Moderator arbeiten.
• Siedewasserreaktoren (SWR): Dieser Reaktortyp ist weit verbreitet, und seine Technologie wurde hauptsächlich in den USA, Schweden und Deutschland entwickelt.
• Graphitmoderierte Siedewasserreaktoren: Reaktoren, die Graphit als Moderator verwenden.

Der Kernbrennstoffkreislauf

Viele Kernkraftwerke arbeiten mit angereichertem Uran. Der Kernbrennstoffkreislauf umfasst die Gewinnung mineralischer Rohstoffe, die Verarbeitung des Brennstoffs und die anschließende Behandlung der Abfälle. Die Hauptphasen dieses Prozesses sind:

• Beschaffung und Vorbereitung der Kernbrennstoffe: Dies umfasst den Abbau von Uran- und Thoriumerzen, die anschließend in die entsprechende chemische Form gebracht und mit spaltbaren Isotopen angereichert werden.
• Bestrahlung (Irradiation): In dieser Phase wird der Brennstoff durch Neutronen bestrahlt, was die Spaltung von Atomkernen und die Erzeugung von Energie verursacht.
• Wiederaufbereitung, Verarbeitung und Lagerung: Zu diesem Zeitpunkt werden noch nutzbare Energieprodukte zur weiteren Energiegewinnung wiederaufbereitet und radioaktive Abfälle entsprechend behandelt.

Arten von Strahlung

• Alpha-Strahlung: Besteht aus positiv geladenen Partikeln, ähnlich Helium-Ionen, die zwei Protonen und zwei Neutronen enthalten.
• Beta-Strahlung: Besteht aus negativ geladenen Teilchen, deren Masse und Ladung Elektronen ähneln.
• Gamma-Strahlung: Elektromagnetische Wellenstrahlung, die keine Partikel enthält.

Die durchschnittliche Lebensdauer eines radioaktiven Elements wird durch den Begriff der Halbwertszeit beschrieben. Dies ist die Zeitspanne, die benötigt wird, damit sich eine bestimmte Anzahl radioaktiver Atome auf die Hälfte reduziert.

Zukünftige Entwicklungen und Alternativen

Wissenschaft und Technik lösen Probleme oft durch eine sehr effektive Methode: die Erforschung und Entwicklung neuer Ideen und Lösungen.

• Entwicklung von Kernspaltungsprozessen mit geringeren Rückständen: Dies wäre ein Arbeitsbereich, der die Kernenergie „intelligent voranbringen“ würde, im Gegensatz zu nuklearem Abfall.
• Internationale Forschung zu sicheren Endlagerstätten für Abfälle: Die Lösung, auf die sich Experten zu einigen scheinen, ist die Lagerung im Untergrund in geologisch stabilen Bereichen.
• Forschung zur Transmutation:
• Untersuchung von Fusionsverfahren: