Wie aus Kernspaltung Energie entsteht, welche Rolle Reaktoren und Steuerstäbe spielen – und warum Begriffe wie Kernschmelze und Nachzerfallswärme bis heute zentrale Risiken der Technologie beschreiben.
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In Kernkraftwerken werden die Atomkerne von radioaktivem Uran durch eine fortwährende Kettenreaktion gespalten. Dabei wird Energie frei. Sie erhitzt das Wasser, in das die nuklearen Brennstäbe eingetaucht sind. Der heiße Wasserdampf treibt anschließend eine Turbine an, die elektrischen Strom generiert.
Kettenreaktion Kernspaltung
Die Kernspaltung wird zunächst durch eine künstliche (Neutronen-)Quelle ausgelöst und läuft dann von selbst als Kettenreaktion ab. Dabei dringt jeweils ein Neutron (das ist ein ungeladenes Atomkern-Teilchen) in einen Uran-Atomkern ein. Er wird dadurch instabil und zerfällt. Die Zerfallsprodukte beherbergen weniger Bindungsenergie als ein ganzer Uran-Atomkern. Die übrige Energie erhitzt das Wasser, bis es schließlich verdampft.
Beim Zerfall eines Urankerns werden außerdem zwei bis drei seiner Neutronen freigesetzt. Sie treiben die Kettenreaktion voran. Neben den Brennstäben stecken in einem Reaktor auch sogenannte Steuerstäbe. Sie enthalten Stoffe, die Neutronen auffangen. Wenn man sie mehr oder weniger tief in den Reaktor einfährt, kann man dadurch die Zahl der herumschwirrenden Neutronen und somit die Spaltungsraten sowie die freigesetzte Wärme steuern.
Begriffe: Kernreaktoren, Kernschmelze, Nachzerfallswärme
Der Reaktorkern ist der zentrale Bauteil des Kernreaktors. Er enthält die Brenn- und Steuerstäbe sowie Wasser. Der Kernreaktor ist die gesamte nukleare Anlage mit jenem Reaktorkern in Druckbehältern, dazu Kühlmittelpumpen und einem Gehäuse, das die radioaktive Strahlung nicht nach außen dringen lässt.
Eine Kernschmelze ist ein schwerer Unfall in einem Atomreaktor, wenn sich Brennstäbe übermäßig erhitzen und schmelzen. Sie kann etwa durch die Nachzerfallswärme auftreten, wenn die (Not-)Kühlung ausfällt. Nachzerfallswärme entsteht, weil die im Reaktor vorhandenen, kurzlebigen Zerfallsprodukte weiterhin radioaktiv zerfallen, selbst wenn die Kettenreaktion etwa durch komplettes Einfahren der Steuerstäbe beendet wird.
