Vom Segen und Fluch der Kernenergie

Vom Segen und Fluch der Kernenergie

1. Was ist Kernenergie?

Es ist die Energie eines Atomkerns. Bei der Kernumwandlung wird ein Teil der Bindungsenergie frei und technisch nutzbar. Zwei Prozesse sind bedeutend:

- Kernspaltung und
- Kernfusion.

Bei der Kernspaltung werden schwere Atomkerne in leichte Atomkerne gespalten, dabei wird die Bindungsenergie frei.

Bei der Kernfusion werden leichte Atomkerne zu schweren Atomkernen verschmolzen, auch dabei wird Energie frei.

Voraussetzung für Fusionen sind Temperaturen von vielen Millionen °C, weshalb dieser Prozess bisher nicht technisch genutzt werden kann. An der Lösung dieses Problems wird noch gearbeitet.

Die bei der Kernspaltung freiwerdende Energie wird in AKWs nutzbar gemacht.

2. Die Atomkraftwerke (AKWs)

AKWs setzten die in Kernreaktoren erzeugte Wärme (→ durch Kernspaltung gewonnen) in elektrische Energie um, in einigen wenigen Fällen wird auch Wärme in Form von Heißwasser oder Dampf direkt an nahegelegene Verbraucher geleitet. Sie gehören somit zur großen Familie der Dampfkraftwerke, die statt des mit Kohle, Öl oder Gas befeuerten Kessels einen Kernreaktor mit den dazugehörigen sicherheitsund verfahrenstechnischen Systemen aufweisen.

2.1. Die Entwicklung der AKWs

Ende der fünfziger Jahre begann die Nutzung der Kernenergie im Industriemaßstab, wobei zunächst verschiedene Reaktorkonzepte miteinander wetteiferten. Der inzwischen erfolgte Ausleseprozess verdeutlicht die Entwicklung über 25 Jahre. AKWs mit Leichtwasserreaktoren bestritten Ende 1990 über 80% der Stromerzeugung aus Kernenergie. Die übrigen Systeme spielten entweder nur innerhalb der Ursprungsländer eine gewisse Rolle (graphitmoderierte, leichtwassergekühlte Reaktoren → ehem. SU, CO2 gekühlte Reaktoren → GB, Schwerwasserreaktoren → Kanada) oder sie befinden sich erst am Anfang ihres Einsatzes (Na- und He-gekühlte Reaktoren).

Ende 1990 wurden in 26 Ländern 423 AKWs betrieben.

2.2. Von der Planung zum Betrieb

AKWs zählen zu den größten Industrieinvestitionen, vergleichbar etwa mit Hochseeölbohrinseln. Sie erfordern einen erheblichen Aufwand an Planungs- und Projektabwicklungsaufgaben.

Für ein AKW mit einem Druckwasserreaktor von 1 300 MW wird auf der Grundlage von rund 10 000 Schal- und Bewehrungsplänen etwa 300 000 m³ Beton mit 50 000 t Bewehrungsstahl zur Erstellung der Gebäude verarbeitet. In über 30 000 Einbau- und Rohrleitungsplänen ist festgelegt, wo rund 2 600 Komponenten aufgestellt und wie sie durch 5 000 t Rohrleitungen und deren Halterungen miteinander verbunden werden sollen. Dafür sind über 90 000 Schweißnähte erforderlich. Etwa 40 000 elektronische Baugruppen in 500 Schalt- und Elektronikschränken verarbeiten Signale, regeln und überwachen über ein Kabelnetz von 2 500 km Länge die gesamte Anlage. Um die vielen Einzelteile zu einem funktionsfähigen, sicheren und auch wirtschaftlichen Ganzen zusammen zu halten, sind besondere Organisationsstrukturen erforderlich.

Ist ein Versorgungsunternehmen nur auf den Betrieb von AKWs ausgerichtet, so wird es den Gesamtauftrag in die Hände eines Generalunternehmers legen (Fall a), der die gesamte Verantwortung und auch das Risiko während der Bauzeit übernehmen kann. Für diese Aufgabe kommen auf der Welt nur wenige Großfirmen oder zweckgerichtete Arbeitsgemeinschaften in Frage, die über das gesamte erforderliche Know-how und die entsprechende Ingenieurkapazität verfügen. Die Planung des Reaktorsystems, die Erarbeitung des Sicherheitskonzeptes der Gesamtanlage sowie die Erstellung aller Unterlagen für das Genehmigungsverfahren liegen in einer Hand. Systeme und Komponenten, die die Generalunternehmer nicht selbst herstellen, werden auf Grund von detaillierten technischen Vorgaben bei Unterlieferanten eingekauft und die Herstellung mit einer feinmaschigen Qualitätskontrolle überwacht. Der für diese Tätigkeiten erforderliche Ingeneuraufwand kann je nach Arbeitsteilung und Anzahl der eingeschalteten Firmen zwischen 3 und 4 Mill. Stunden betragen, d. h. von Planungsbeginn bis zur Anlieferung auf der Baustelle ist im Mittel ein qualifiziertes Team von etwa 500 Personen tätig.

Weit verbreitet ist aber auch die Aufteilung der Anlage in einzelne Lose (Fall b), die vom Käufer (und späteren Betreiber) in Auftrage gegeben werden, wobei die Dienste eines Ingenieurbüros in Anspruch genommen werden, das die Erstellung von Ausschreibungsunterlagen und die Überwachung der Montage übernimmt. Der Betreiber behält die Gesamtverantwortung und bestellt auch einige Teile direkt. Die Variante c ist bei großen landesweiten Energieversorgungsunternehmen üblich, die über umfangreiche eigene Ingenieurskapazität verfügen und alle im Zusammenhang mit dem Projekt anfallenden Tätigkeiten selber wahrnehmen. Bei den letzteren Verfahren stellen drei Teillose, das nukleare Dampferzeugungssystem (NDES), der Turbogenerator (TG) und der Bauteil, zusammen etwa 40% bis 50% des gesamten Investitionsaufwandes dar.

3. Die Funktionsweise eines Kernkraftwerkes

Bei der Kernenergie handelt es sich grundsätzlich um eine Energie die durch Spaltung oder Verschmelzung von Atomkernen erzeugt wird. Die Freisetzung der Energie zeigt sich in Form von schnell bewegten Teilchen und Strahlung. Bei diesem Vorgang entsteht Wärme, die man zur Erzeugung von Wasserdampf nutzt. Der Wasserdampf betreibt eine Dampfturbine. Auf diese Weise wird elektrischer Strom gewonnen. Bei der Erzeugung von Kernenergie macht man sich die Eigenschaften von Atomen zu nutze. Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern und einer negativ geladenen Atomhülle. Der Atomkern setzt sich aus den massereichen Nukleonen zusammen, den positiv geladenen Protonen und den elektrisch neutralen Neutronen. Er macht fast die gesamte Masse des Atoms aus. Die zwischen den Nukleonen herrschende Anziehungskraft heißt Kernkraft. Im Gegensatz dazu sind die Elektronen der Atomhülle eher massearm. Da ein Atom von außen betracht neutral geladen ist, ist die Anzahl der positiven Protonen und der negativen Elektronen in einem Atom gleich. Die Anzahl eine der beiden Teilchen repräsentiert jeweils ein Element. Ein Element kann unterschiedlich viele Neutronen besitzen, das sind die Isotope. Bei der Kernenergieerzeugung wird das künstliche Isotop Uran 235 verwendet. Da das natürliche Uran nur Rund 0,71% leicht spaltbares Uran 235 enthält. Der Spaltvorgang, der durch die Aufnahme eines Neutrons in das Uran-235-Atom in Gang gesetzt wird, wirft durchschnittlich etwa 2,5 Neutronen aus dem gespaltenen Kern frei. Die so freigesetzten Neutronen lösen unverzüglich die Spaltung weiterer Atome aus. Dadurch werden vier oder mehr zusätzliche Neutronen frei, und es beginnt eine sich selbst erhaltende Folge von Kernspaltungen, eine Kettenreaktion, die ständig Kernenergie freisetzt.

Die Wahrscheinlichkeit ist äußerst gering, dass ein durch Kernspaltung freigesetztes Neutron eine Kernspaltung auslöst. Die Wahrscheinlichkeit kann jedoch um das Hundertfache gesteigert werden, wenn das Neutron durch eine Reihe von elastischen Kollisionen mit leichten Kernen wie Wasserstoff, Deuterium oder Kohlenstoff abgebremst wird. Dies ist sozusagen die Basis für die Gewinnung von Kernenergie.

In dem Druckwasserreaktor steht das Kühlwasser unter einem Überdruck. Das Kühlwasser wird durch den Reaktorkern gepumpt und dort auf 325 °C erhitzt. Das auf diese Weise überhitzte Wasser (es kann aufgrund des Überdruckes nicht sieden) wird anschließend durch einen Dampfgenerator gepumpt, wo mit Hilfe von Wärmetauschern in einem Sekundärkreis Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt wird. Dieser Dampf treibt über Turbinen Generatoren an und kondensiert zu Wasser, das zurück zum Dampfgenerator gepumpt wird. Der Sekundärkreis ist vom Kühlwasser des Reaktors getrennt und daher nicht radioaktiv. Ein dritter Wasserstrom, gespeist von einem Fluss oder einem Kühlturm, dient der Dampfkondensation. Im Siedewasserreaktor (Bild ↑) wird das Kühlwasser unter etwas geringerem Druck gehalten, so dass es im Reaktorkern siedet. Der im Reaktordruckbehälter entstehende Dampf wird direkt zur Turbine des Generators geleitet, kondensiert dann und wird zum Reaktor zurückgepumpt. Der Dampf ist dabei zwar radioaktiv, aber es gibt keinen Wärmetauscher zwischen Reaktor und Turbine, der den Wirkungsgrad verringert. Wie beim Druckwasserreaktor ist das Kühlwasser des Kondensators von diesem Kreislauf getrennt.

Im Hochtemperaturreaktor wird neben Uran auch Thorium-232 als Brennstoff verwendet. Die erzeugte Energie wird an ein Gas (z. B. Helium) abgegeben, das auf rund 900 °C erhitzt wird. Die Vorteile in diesem Kraftwerk bestehen in dem hohen Wirkungsgrad und in den hohen Temperaturen die in der chemischen Industrie benötigt werden.

Bei den bis jetzt besprochenen Spaltungen war immer die Rede vom "Beschießen" von U-235 Kernen. Nun werden auch noch die als "Abfallprodukt" entstehenden U- 238-Kerne mit "schnellen Neutronen" beschossen, so entsteht ein Plutionium-239-Kern, der sich dann aufspaltet und Kernenergie freisetzt. Man verwendet als spaltbares Material Plutonium-239, das bei jeder Spaltung 2 bis 3 Neutronen abgibt. Eines davon wird zur Aufrechterhaltung der Kettenreaktion benötigt, die andern werden zum Teil von U-238-Kernen eingefangen, welche sich in Plutonium-239, also neuen Brennstoff, umwandeln. Der Reaktor "erbrütet" somit neuen Brennstoff.

Man kann mit der Brütertechnik einen Grossteil der sonst wertlosen U-238-Kerne in spaltbares Material umwandeln und so das Uran 60mal besser ausnutzen als mit normalen Reaktoren. Da aber bis zu zehnmal mehr spaltbares Material vorhanden ist, als die bisher besprochenen Reaktortypen, bringen sie viele Schwierigkeiten, Gefahren und Probleme mit sich. Die Brüter stehen noch in der Entwicklung und werden noch selten verwendet.

Die Leistung eines Kraftwerkes wird durch das Einbringen oder Entfernen von neutronenabsorbierenden Steuerstäben im Reaktorkern gesteuert. Die Lage dieser Stäbe bestimmt das Leistungsniveau, bei dem die Kettenreaktion von selbst abläuft. Diese Leistungsregulierer nennen sich Moderatoren.

Ein Moderator ist eine Bremssubstanz, die schnelle Neutronen verlangsamt. In Kernreaktoren bestehen solche aus Wasserstoff, Deuterium oder Beryllium.

4. Die Risiken und Kritiken

4.1. Welche negativen Aspekte haben AKWs?

Eines der größten Gefahren ist die Radioaktivität und die damit verbundene Strahlung. Während des Betriebs und nach seiner Stilllegung enthält ein Reaktor noch Radioaktivität. Die Radioaktivität, die der Reaktor während seines Betriebs abstrahlt, und die Spaltprodukte, die nach seiner Stilllegung zurückbleiben, werden von Betonwänden und meist einer zusätzlichen Hülle aus Stahlbeton um den Reaktor und um das Primärkühlsystem absorbiert. Eine weitere Sicherheitseinrichtung ist das Notkühlsystem, das bei einem Ausfall des Hauptkühlsystems ein Überhitzen des Reaktorkernes verhindern soll. Leider sind Unfälle oder menschliches Versagen nicht auszuschließen und es besteht immer die Gefahr eines GAU (Größter Anzunehmender Unfall). Studien gaben eine Zeit von 10 000 bis 33 000 Jahren an bis bei einem Kraftwerk der GAU passieren könnte.

Ein anderer Kritikpunkt an der Kernenergie sind die radioaktiven Abfälle. Die wegen ihrer langen Halbwertszeiten noch über Tausende von Jahren für Lebewesen gefährlichen bleiben. Diese Abfallprodukte werden in Aufbereitungslager oder Endlagern geschafft. Da aber auf den Transporten auch Unfälle passieren können ist dies auch noch eine indirekte Gefahr von Kernkraftwerken. (Bild ↓)

4.2. Die Katastrophe von Tschernobyl

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bei Tschernobyl handelt es sich um Reaktoren vom Typ RBMK (Siedewasserreaktor) mit einer Leistung von jeweils rund 1.000 MW. RBMK-Reaktoren gehören zur ältesten kommerziellen Reaktorlinie sowjetischen Bautyps. Zahlreiche anerkannte Nuklearexperten stufen RBMK-Reaktoren als nicht auf westliches Sicherheitsniveau nachrüstbar ein. Spezielle Probleme sind u.a. die fehlende Schutzhülle ("Containment"), die im Fall eines Lecks die Freisetzung von Radioaktivität verhindern soll und die großen Mengen Graphit im Kernbereich. Da Graphit leicht brennbar ist, erhöht sich das Risiko, dass sich ein Unfall zu einer Katastrophe entwickeln kann.

Nach der Stilllegung von Tschernobyl gibt es weltweit immer noch 13 Reaktorblöcke gleichen Bautyps.

Litauen: AKW Ignalina (2 Blöcke)

Russland: AKW Kursk (4 Blöcke)

AKW Leningrad (4 Blöcke) AKW Smolensk (3 Blöcke)

Eine Chronik

26. April 1986 - Im ukrainischen Lenin-Atomkraftwerk Tschernobyl wird ein Experiment gestartet: Es soll geprüft werden, wie lange die Turbine mit der Restwärme des abgeschalteten Reaktors weiterläuft. Der Reaktor wird zuerst zur Leistungsspitze gebracht und soll dann heruntergefahren werden. Damit der Probelauf des Reaktors nicht unterbrochen wird, werden die Sicherheitssysteme mit Absicht außer Funktion gesetzt.

26. April 1986, 1 Uhr, 23 Minuten, 40 Sekunden - Es kommt zum Turbinenstillstand. Der Kühlwasserzufluss ist eingeschränkt, die automatische Abschaltung unterbrochen. Es entwickelt sich ein Hitzestau. Innerhalb von Sekunden steigt die Leistung des Meilers um ein Vielfaches an. 6 Sekunden nach der Notabschaltung ereignet sich der größte anzunehmende Unfall (GAU). Der Block 4 des Atomkraftwerkes Tschernobyl explodiert. Die 256 Arbeiter der Nachtschicht dürfen das Kraftwerk nicht verlassen.

27. April 1986 - Die benachbarte Stadt Pripjat ist abgeriegelt, die Telefone funktionieren nicht, die Behörden informieren die Bewohner darüber, dass sie für 3 Tage in Zelten untergebracht werden. Die Löscharbeiten im Kraftwerk dauern an. Von Hubschraubern aus wird Sand, Stahl, Blei und Lehm auf den brennenden Reaktor geworfen.

28. April 1986 - In Schweden, Norwegen und Finnland wird erhöhte Radioaktivität gemessen. Eine schwedische Militärforschungsanstalt schließt einen Unfall in einem russischen Atomkraftwerk nicht aus. Die sowjetische Atomenergiebehörde bestreitet eine Reaktorkatastrophe.

28. April 1986, 21 Uhr - Die sowjetische Nachrichtenagentur TASS teilt mit, dass es im Kernkraftwerk Tschernobyl einen Unfall gegeben habe. Es seien Menschen zu Schaden gekommen. Es werde eine Untersuchungskommission gebildet. Maßnahmen zur Beseitigung der Folgen des Unglücks seien eingeleitet.

28. April 1986, 23 Uhr - Ein dänisches Laboratorium für Nuklearforschung gibt bekannt, dass im Atommeiler Tschernobyl ein GAU stattgefunden habe, wobei eine Reaktorstufe vollständig geschmolzen sei. Beim Durchschmelzen des Reaktorkerns werde die gesamte Radioaktivität an die Außenwelt abgegeben.

29. April 1986 - In Deutschland erfolgt die erste offizielle Meldung darüber, dass sich in der Sowjetunion "offenbar ein ernster Atomunfall ereignet hat." Mehr als 40 Stunden sind seit dem GAU vergangen. Bundesforschungsminister Riesenhuber teilt mit, dass auf Grund der Windverhältnisse nicht damit zu rechnen sei, dass die freigesetzte Radioaktivität auf die Bundesrepublik zutreibt. Bundesinnenminister Zimmermann schließt eine Gefährdung der bundesdeutschen Bevölkerung aus, "... denn eine Gefährdung besteht nur im Umkreis von 30 bis 50 Kilometer um den Reaktor herum." Es soll eine 30-Kilometer-Sicherheitszone um das Kraftwerk gezogen werden. Mehrere zehntausend Menschen seien aus diesem Bereich zu evakuieren.

30. April 1986, 17 Uhr - Der Reaktorbrand ist angeblich gelöscht.

3. Mai 1986 - Die deutschen Behörden warnen erstmals vor den Auswirkungen der Reaktorkatastrophe. Bei der Explosion wurde etwa ein Viertel der radioaktiven Stoffe sofort aus dem Reaktor nach außen gestoßen, der Rest gelangte innerhalb der folgenden 14 Tage in die Atmosphäre. Die strahlende Wolke verteilte sich in drei Windrichtungen. Am 26.4. über Skandinavien, am 27. und 28.4. über Westeuropa, am

29. und 30.4. über dem Balkan. Am stärksten betroffen sind weite Regionen von Weißrussland, Russland und der Ukraine. Die höchste Strahlenbelastung innerhalb der Bundesrepublik wird in Bayern gemessen.

21. Mai 1986 - Pripjat wird offiziell vollständig evakuiert.

22. Dezember 1988 - Sowjetische Wissenschaftler weisen darauf hin, dass die Sicherheit des Sarkophags, der den Reaktor mittlerweile umhüllt, nur für 20 bis 30 Jahre berechnet sei.

1989 - Die zweite Umsiedlungsphase beginnt. Nachdem in der ersten Phase 1986 nur die Bevölkerung aus der 30-km-Sperrzone evakuiert wurde, müssen jetzt über 100.000 weitere Menschen aus Gebieten mit einer Belastung über 15 Curie umsiedeln.

20. April 1989 - Die sowjetische Regierung beschließt einen Baustopp für den fünften und sechsten Reaktorblock im Kraftwerk Tschernobyl.

19. August 1990 - Die Internationale Atomenergiebehörde erklärt, dass der Sarkophag des Reaktors möglicherweise den Belastungen durch die hohen Temperaturen und den Strahlenbeschuss im Inneren nicht standhalten wird. Eine neue Katastrophe sei nicht ausgeschlossen.

15. April 1991 - Der Katastropheneinsatzleiter und ukrainische Kernphysiker Tschernousenko gibt in einem Zeitungsinterview Auskunft über die Zahlen der Todesopfer von Strahlenschäden. Die Katastrophe habe bereits sieben- bis zehntausend Menschenleben gefordert. Offiziell wird weiterhin von 31 Toten gesprochen.

21. Mai 1991 - Die IAEA legt einen Bericht einer internationalen Studienkommission vor, in dem behauptet wird, dass es zwar signifikante, aber nicht mit Radioaktivität in Verbindung zu bringende Gesundheitsstörungen gegeben habe. Der Unfall habe zu Stress und Unruhe geführt.

12. Oktober 1991 - In Block 2 des Kernkraftwerkes Tschernobyl bricht ein Feuer aus. Es wird nach wenigen Stunden gelöscht, der radioaktive Ausfall liegt angeblich in den normalen Grenzen. Nachdem auch der Block 2 für immer abgeschaltet werden muss, beschließt das ukrainische Parlament die endgültige Stillegung des AKW bis Ende 1993.

Ende 1993 - Die ukrainische Regierung und das Parlament beschließen mit Verweis auf die Energiekrise des Landes, dass Tschernobyl am Netz bleibt. Das Moratorium für die Inbetriebnahme weiterer Kraftwerksblöcke wird aufgehoben. Februar 1995 - Die erste Phase der EG-Machbarkeitsstudie zur Stabilität des Sarkophags wird abgeschlossen. Die Ruine sei "eine riesige offene Strahlenquelle mit unzureichend bekannter Auslegung, Zusammensetzung und Eigenschaften", so ein Bericht. Das Konsortium verweist auf die Einsturzgefahr der ersten Hülle und auf die Atommüllprobleme bei der Errichtung des zweiten Sarkophags. Als Baubeginn wurde der April 1996 angepeilt.

16. Mai 1995 - Die ukrainische Regierung legt neue Stillegungspläne vor. Der erste Reaktor von Tschernobyl soll 1997, der Reaktor 3 im Jahr 1999 endgültig abgeschaltet werden. Für die Schließung von Tschernobyl fordert die Ukraine 4 Milliarden Mark von den G7-Staaten. Der Ersatzstrom soll aus einem Gaskraftwerk kommen.

20. November 1996 - Stilllegung von Block 1

5. Juni 2000 - Während des Staatsbesuches des US-amerikanischen Präsidenten Bill Clinton verkündet der ukrainische Präsident Kutschma, dass der letzte laufende Reaktorblock von Tschernobyl am 15. Dezember endgültig geschlossen werden wird.

5. Juli 2000 - Auf der zweiten Tschernobyl-Geberkonferenz sagt die internationale Staatengemeinschaft der Ukraine Finanzhilfen in Höhe von 715 MIO. $US für die Sanierung des Sarkophags um den havarierten Block 4 zu.

5. Die Auswertung der Hausarbeit und ein Zensierungsblatt für den Lehrer

Quellen:

- Bertelsmann → Lexikon
- Energietechnik → VDI Verlag
- www.greenpeace.de
- www.google.de (Bilderkatalog: atomkraftwerke+schema atomkraftwerke+fotos)

Größe des Mediums:

- Wörter: 2 764
- Seiten: 12
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