Werbung

Wie genau funktioniert Atomkraft?

Atomkraft wurde einst als Lösung für unbegrenzte Energie angesehen. Aber wie funktioniert sie und warum ist sie in Ungnade gefallen?

Mit all den Kontroversen um Atomkraft Pflanzen, es besteht kein Zweifel, dass sie eine erstaunliche technologische Leistung sind. Aber wie genau funktionieren sie?

Hier machen wir eine kurze Tour um a Kernkraftwerk und diskutieren Sie die verschiedenen Anlagentypen sowie einige Vor- und Nachteile der Technologie.

VERBINDUNG: NUKLEARE FUSION IM 21. JAHRHUNDERT

Wie funktioniert Atomkraft und welche Arten gibt es?

Kurz gesagt Kernkraftwerke Kernspaltung arbeiten, indem sie die Kraft des Atoms nutzen, um Wasser zu kochen, Dampf zu erzeugen und eine Turbine zur Stromerzeugung zu drehen. Tatsächlich handelt es sich um hochentwickelte Kessel mit angeschlossener Turbine.

Natürlich steckt noch viel mehr dahinter.

Die Hauptkomponenten eines Kernkraftwerks sind mehr oder weniger wie folgt obwohl die Konstruktionen variieren :

  • Kernbrennstoff wie Uran oder Plutonium
  • Kernreaktor und Moderator eine Substanz, die Neutronen verlangsamt - wie Graphit oder Wasser
  • Reaktorkühlmittel normalerweise Wasser
  • Steuerstäbe zB Graphit
  • Schild oder Rückhaltesystem / Struktur
  • Druckbehälter
  • Dampferzeuger
  • Dampfleitungen
  • Pumpen
  • Dampfturbine
  • Kühlturm und Kondensator

Wie bereits erwähnt, können die Komponenten und der Aufbau je nach Typ des betreffenden Kernreaktors variieren. Bisher die gängigsten Arten von Kernreaktoren sind wie folgt :

  • Druckwasserreaktor PWR - Mehr als 65% Bei kommerziellen Kernreaktoren in den USA handelt es sich um PWRs. Die Three-Mile Island-Anlage war ein PWR-Typ.
  • Siedewasserreaktor BWR - Etwa ein Drittel aller Reaktoren in den USA sind SWRs. Fukushima war ein Reaktor vom BWR-Typ.
  • Druck-Schwerwasserreaktor PHWR - Am häufigsten in Kanada und Indien.
  • Fortgeschrittener gasgekühlter Reaktor AGR - Sogenannte gasgekühlte Reaktoren der zweiten Generation, die hauptsächlich in Großbritannien eingesetzt werden. Diese verwenden Kohlendioxid als Hauptkühlmittel.
  • Leichtwasser-Graphit-moderierter Reaktor RBMK - Von der Sowjetunion entworfene Reaktoren, deren Design jedoch den SWR ähnelt anstelle von a Druckbehälter Um den gesamten Kern herum ist jede Brennelementbaugruppe in einem einzelnen Rohr eingeschlossen, damit Kühlwasser um den Brennstoff fließen kann. Tschernobyl war ein RBMK-Kernreaktor.

Kernkraftwerk Bellefonte. Quelle : Tennessee Valley Authority / Wikimedia Commons

  • Fortgeschrittene Reaktoren - Dazu gehören viele neue oder experimentelle Reaktortypen wie kleine modulare Reaktoren SMR Viele von ihnen verwenden kein Wasser zum Kühlen, einige verwenden flüssiges Metall, geschmolzenes Salz oder Helium, um Wasser zu Dampf zu erhitzen.
  • Schnelle Neutronenreaktoren FNR - Diese Reaktoren verzichten auf Moderatoren und verwenden stattdessen sogenannte schnelle Neutronen. Sie sind effizienter für die Energieerzeugung, aber teurer in der Herstellung.
  • Schwimmende Kernkraftwerke - Mit Ausnahme von Kernreaktoren auf Schiffsbasis werden diese Reaktortypen auf großen Lastkähnen gebaut, die in der Regel dauerhaft festgemacht sind.

Es gibt derzeit in der Nähe 450 kommerzielle Kernspaltung Reaktoren sind weltweit in Betrieb. Achtundneunzig davon befinden sich allein in den USA, und es wird behauptet, dass sie eine der sichersten und effizientesten Energiequellen der Welt sind.

Wie wird Kernenergie Schritt für Schritt erzeugt?

Die Kernenergie wird in mehreren grundlegenden Schritten zur Stromerzeugung genutzt. In den meisten Fällen folgt sie in kommerziellen Reaktoren dem folgende Schritte mehr oder weniger

  1. Neutronen kollidieren mit Brennstoffatomen normalerweise Uran und spalten sich, um Neutronen aus dem Zielatom freizusetzen, die wiederum mit anderen Brennstoffatomen kollidieren und so eine Kettenreaktion verursachen.
  2. Diese Kettenreaktion kann mit "Kontrollstäben" gesteuert werden, die einen Teil der Neutronen absorbieren, um zu verhindern, dass das System außer Kontrolle gerät.
  3. Dieser Prozess erhöht die Temperatur des Reaktors schnell auf einen Wert in der Größenordnung von 520 Grad Fahrenheit 271 Grad Celsius.
  4. Bei dieser Temperatur erwärmt sich das Kühlmittel normalerweise Wasser schnell und verdampft zu Dampf.
  5. Dieser Dampf wird dann zu einer großen Turbine angetrieben oder gepumpt, und es wird Strom erzeugt.
  6. Dieser Strom wird zum Betrieb des Reaktors verwendet und für den gewerblichen Verbrauch in ein Stromnetz geleitet.

Spaltung ist nicht die einzige Art von Kernreaktion. Fusionskraft könnte theoretisch auch zum Generieren verwendet werden Strom mit Wärme von Kernfusionsreaktionen . In einem Fusionsprozess zwei Feuerzeuge Atomkerne Kombinieren Sie, um einen schwereren Kern zu bilden, der Energie freisetzt. Verschiedene Arten von experimentellen Fusionsreaktoren wurden entworfen und gebaut, aber keiner ist derzeit kommerziell in Betrieb. Für Fusionskernreaktoren der Prozess wäre etwas anders.

Werbung
  1. Brennstoffmaterial wie Deuterium- oder Tritiumgas wird in die Fusionskammer eingespritzt. Bei Tokamak-Reaktoren ist dies ein Donut-förmiges Vakuumgefäß.
  2. Dieses Gasgemisch wird dann auf sehr hohe Temperaturen erhitzt 100 Millionen Grad .Extreme Temperaturen dieser Größenordnung werden mit einer Vielzahl von Methoden erreicht, aber einige experimentelle Fusionsreaktoren verwenden Mikrowellen oder andere Energiequellen.
  3. Dies führt dazu, dass der Brennstoff ionisiert und ein Plasma mit genügend Energie bildet, um hoffentlich die Fusion zwischen Atomen zu ermöglichen, die in unmittelbarer Nähe zueinander gehalten werden. Dies ist leichter gesagt als getan, da dies mit sehr starken Magnetfeldern oder einem anderen erreicht wirdEinschlussmethode.
  4. Sobald die Fusion erreicht ist, werden enorme Energiemengen freigesetzt, die dann zur Überhitzung des Kühlmittels verwendet werden können.
  5. Der entstehende Dampf wird dann verwendet, um eine Turbine zur Stromerzeugung anzutreiben.

Während Forscher begrenzte, in sich geschlossene Fusionsreaktionen erzielen konnten, ist der Prozess sehr energieintensiv. Bisher haben sie alle erreicht. negative Energieausbeute was bedeutet, dass sie teurer zu betreiben sind als das, was sie als erzeugte Energie erhalten.

Sind Kernenergie und Kernenergie gleich?

Diese beiden Begriffe sind zwar scheinbar ähnlich, in der Praxis jedoch sehr unterschiedlich.

Energie ist " in der Physik die Fähigkeit zur Arbeit. Sie kann in potentieller, kinetischer, thermischer, elektrischer, chemischer, nuklearer oder anderer verschiedener Form vorliegen. Darüber hinaus gibt es Wärme und Arbeit - dh Energie beim Übergang von einem Körper zum anderen. "- Encyclopedia Britannica .

Stromversorgung ist etwas anderes. "Leistungseinheiten sind die Arbeits- oder Energie- Einheiten pro Zeiteinheit, z. B. Fuß-Pfund pro Minute, Joule pro Sekunde oder Watt und Erg pro Sekunde. Leistung ist auch ausgedrückt alsdas Produkt der Kraft, die angewendet wird, um ein Objekt zu bewegen, und die Geschwindigkeit des Objekts in Richtung der Kraft. "- Encyclopedia Britannica .

Werbung

Wenn es um die Nutzung von Kernenergie und Energie geht, werden die Begriffe häufig synonym verwendet. Es gibt jedoch tatsächlich eine subtile, aber wichtige Unterscheidung zwischen beiden.

Kernenergie ist technisch gesehen die Leistung, die freigesetzt wird, wenn ein Atom durch Spaltung gespalten wird. Dies wird typischerweise als Megaelektronvolt MeV ausgedrückt.

Atomkraft ist technisch gesehen die resultierende Arbeit eines Kernkraftwerks in einem bestimmten Zeitraum, normalerweise ausgedrückt als Megawatt MW oder Gigawatt GW.

Was ist los mit Atomkraft?

Atomkraft wurde lange Zeit als Antwort auf nahezu unbegrenzte Energie eingesetzt. Trotz eifriger frühzeitiger Inanspruchnahme und Entwicklung der Kernenergie ist sie in den letzten Jahren in Ungnade gefallen.

Aber warum?

Einer der Hauptgründe kann ein offensichtliches Missverständnis der Technologie sein. In den Köpfen einiger wird sie oft mit ihren unglaublich zerstörerischen Cousins, Atomwaffen, in Verbindung gebracht.

Werbung

Ein weiteres Problem mit PR der Atomkraft Dies sind die wenigen, aber unglaublich spektakulären nuklearen Unfälle und Zwischenfälle, die stattgefunden haben. Obwohl Atomkraft im Allgemeinen eines der sichersten Mittel zur Energieerzeugung ist, geht sie wirklich schief, wenn sie schief geht.

Unfälle Die Einbeziehung der Kernenergie ist hauptsächlich auf menschliches Versagen, Naturkatastrophen oder Konstruktionsfehler zurückzuführen. Gleichzeitig ist die Technologie selbst eine der häufigsten. stark regulierte, umwelt- und sicherheitsbewusste Branchen in der Welt.

Frühere Debatten erreichten in den 70er und 80er Jahren ihren Höhepunkt und waren hauptsächlich in der Nähe nukleare Verbreitung und die Sicherheitsrisiken der Branche. In den letzten Jahren hat die Debatte zum Thema Klimawandel wieder zugenommen.

Während viele auf erneuerbare Technologien zur Eindämmung des Klimawandels vertrauen, haben diejenigen auf der pro-nuklearen Seite der Debatte den Fall vertreten, dass Atomkraft der beste Weg ist, um unseren Energieverbrauch schnell zu entkarbonisieren.

Werbung

Atomkraft ist eine kohlenstofffreie, energiereiche Energiequelle und trotz früherer Unfälle wohl sicherer als die Energieerzeugung auf Erdölbasis. Trotzdem ist sie immer noch potenziell gefährlich für Menschen und den Planeten .

Zusätzlich Uranextraktion und -raffinierung sind energieintensiv und stark umweltschädlich, was die Vorteile der Kernenergie ausgleichen könnte. Es gibt auch Probleme mit der sichere Lagerung und Entsorgung abgebrannter Brennelemente .

Fortschritte bei der Lagerung und dem Recycling von Atommüll Kraftwerke der neueren Generation ermöglichen die Wiederverwertung eines Großteils dieser Abfälle. Eine weitere interessante Statistik ist, dass alle abgebrannten Brennelemente jedes Kernkraftwerks seit den 1950er Jahren nur einen Raum von der Größe a füllen würden. Fußballfeld bis zu einer Tiefe von ungefähr 9 Meter .

Ein Großteil dieser Abfälle wird sicher in streng regulierten und überwachten Endlagern gelagert. In den meisten Fällen 99% von diesem Abfall bleibt weniger als radioaktiv 300 Jahre

Werbung

Weitere Bedenken in Bezug auf die Kernenergie sind die Tatsache, dass die Entwicklung teuer ist und in der Nähe einer Wasserquelle gebaut werden muss SMRs könnten die Ausnahme sein , und dass es Ressourcen aus der Entwicklung erneuerbarer Energien zieht.

Wie bei jeder Debatte zu einem Thema lassen wir Sie zu Ihrer eigenen Schlussfolgerung in dieser Angelegenheit gelangen. Es ist jedoch klar, dass angesichts der wachsenden Besorgnis über den Klimawandel eine faire und offene Debatte über die Vor- und Nachteile von stattfinden mussAtomkraft. Atomkraft kann Teil der Lösung sein.

Folgen Sie uns auf

Bleiben Sie über die neuesten technischen Neuigkeiten auf dem Laufenden

Geben Sie einfach Ihre E-Mail-Adresse ein und wir kümmern uns um den Rest :

Mit Ihrer Anmeldung stimmen Sie unserer zu Nutzungsbedingungen und Datenschutzerklärung . Sie können sich jederzeit abmelden.