Kernkraft Flashcards
Kategorie Kernkraft
Was ist und wie entsteht Uran?
Ordnungszahl im Periodensystem 92 Sämtliche Isotope* sind radioaktiv
Das Uranisotop 235U ist die einzige bekannte natürlich vorkommende Substanz, die zu einer nuklearen Kettenreaktion fähig ist
Natürliches Uran besteht zu etwa 99,3 % aus 238U und 0,7% 235U
Uran kommt nicht rein vor, sondern in Mineralen gebunden (Uranerz) Urangehalte in natürlichen Lagerstätten etwa 0,03 bis maximal 20%
Kategorie Kernkraft
Kernbrennstoffe
Der überwiegende Teil der verwendeten Kernbrennstoffe basiert auf der Förderung von Uran. Darüber hinaus wird (in der Regel künstlich hergestelltes) Plutonium verwendet
Kategorie Kernkraft
Was ist und wie entsteht Plutonium
- Ordnungszahl im Periodensystem 94
- Eines der seltensten Elemente in der Erdkruste
- Wird in den allermeisten fällen künstlich über die Transmutation von Uran in Kernreaktoren (sog. Brüten) hergestellt
- Plutonium werden 20 verschiedene Isotope (Atome mit unterschiedlicher Anzahl Neuronen) zugeordnet
- Die wichtigsten Isotope sind 238Pu und 239Pu
- Verwendung u.a.als Waffenplutonium, Kernbrennstoff (in Kombination mit Uran als MOX-Brennstoff*) sowie als Radionuklidbatterien in der Raumfahrt
Kategorie Kernkraft
Entstehung von Uranlagerstätten
Uranreiches Gestein wird von Wasser durchströmt, welches das Uran aus dem Gestein löst und später wieder an anderer Stelle abgibt. Es bilden sich verschiedene Uranminerale, oft chemische Komplexe. Typen von Uran-Lagerstätten unterscheiden sich stark.
Häufiger auftretende Minerale sind beispielsweise Uranitit (UO2), „Pechblende“ (U3O8) oder auch Torbernit, wobei die begriffliche Trennung der ersten beiden Begriffe oftmals nicht scharf ist.
Kategorie Kernkraft
Abbau und Anreicherung von Uran
Uranaufbereitung
* Uranerz durchläuft mehrere chemische Behandlungsschritte
* Dabei fällt als Zwischenprodukt der sog. „Yellow Cake“ an*
Urananreicherung
* Um den Anteil von 235U zu erhöhen, wird eine Zentrifugation durchgeführt
* Dabei wird das leichtere 235U vom schwereren 238U getrennt
Kategorie Kernkraft
Bedeutende Arten von Lagerstätten (machen 85% der Welt-Bergbauförderung aus)
Sandstein oder Roll-Front Lagerstätten
* Uraninhalt: < 100 t bis 100.000 t
* Urangehalt: 0,01 Gew.% bis 0,5 Gew.% Uran Diskordanz-Lagerstätten
* Uraninhalt (Größenordnung): 1.000 t bis 200.000 t
* Urangehalt: 0,3 Gew.% bis 20 Gew.% Uran Iron-Oxide-Copper-Gold (IOCG)-Lagerstätten
(Brekzientyp)
* Uraninhalt: bis mehr als 2 Millionen Tonnen
* Urangehalt: 0,02 Gew.% bis 0,05 Gew.% Uran
Kategorie Kernkraft
Förderstandorte von Uran weltweit
50% der weltweiten Uranförderung verteilt sich auf nur 10 Lagerstätten (Stand 2018)
Kategorie Kernkraft
Messung von Radioaktivität
Becquerel: SI-Einheit zur Messung der Aktivität einer bestimmten Menge radioaktiver Substanz
* Geht zurück auf Antoine Henri Becquerel (1852 – 1908), der 1903 gemeinsam mit Pierre Curie und Marie Curie den Nobelpreis für Physik für die Entdeckung der
Radioaktivität erhielt.
* Die Einheit Becquerel (Bq) ist Maß für den mittleren radioaktiven Zerfall pro Sekunde:
1 Bq = 1 s−1
* Der menschliche Körper enthält etwa 4000 Bq natürliches radioaktives Kalium
* Beim Tschernobyl-Unfall wurde Aktivität von etwa 4·1018 Bq (= 4 Milliarden Milliarden Bq) freigesetzt
Kategorie Kernkraft
Klassifizierung von Uranvorkommen
Die Gewinnungskosten von Uran stellen ein Unterscheidungsmerkmal der Lagerstätten dar. Nach BGR-Definition liegt die Grenze für die Einteilung in Reserven und Ressourcen bei 80 US
$/kg.
Kategorie Kernkraft
Zeitliche Entwicklung der Förderung von Uran
Die Uranförderung wird stark beeinflusst von Energieträgerkrisen, nuklearen Unfällen, politischer Stabilität und energiepolitischen Entscheidungen
Kategorie Kernkraft
Differenz Fördermenge und Verbrauch Uran
Tatsächlich wird seit einigen Jahren weniger Uran gefördert als verbraucht.
Grund hierfür ist v.a. eine Rezession des Uranmarktes bzw. ein Überangebot
* Die Differenzbetrag an Uran wird bedient durch:
* Lagerbestände
* Wiederaufgearbeitete Brennelemente
* Abbau militärischer Uranbestände, insbesondere wegen der Überproduktion zwischen 1945 und
1990
Kategorie Kernkraft
Nutzung von Uran
Nutzung zur Stromerzeugung und zu militärischen Zwecken
Für die Stromproduktion
* Kernkraftwerke sind grundlastfähig, bei ähnlichen CO2-
Emissionswerten wie erneuerbare Energien, die i.A. nicht grundlastfähig sind.
* U.a. deshalb wird Kernkraft (außerhalb Deutschlands) vermehrt als „grüne“ Alternative zu fossilen Energieträgern
diskutiert
* Dem Gegenüber steht die Problematik des radioaktiven Abfalls und der Gefahr von Unfällen
Zu militärischen Zwecken
* Vor allem im Kalten Krieg diente Uran zum Bau von Kernwaffen. Dabei wird deutlich höher angereichertes Uran
(>20%, „HEU“) genutzt als in Kraftwerken (3-5%, „LEU“)
Kategorie Kernkraft
Räumliche Verteilung von atomwaffenfähiges Material
Die Zahl der Staaten, in denen atomwaffenfähiges Material gelagert wird, geht zurück (Stand 2016)
Kategorie Kernkraft
Reaktorunfälle prägen die Diskussion um Kernkraft
Der Reaktorunfall von Three Mile Island im Jahr 1979 in Pennsylvania, USA
- Material-Fehlfunktion und menschliche Fehler führen zu einer partiellen Kernschmelze
- Die Reaktoreinhausung fing den Großteil des entweichenden Materials auf
- Nur wenig radioaktives Material in die Umwelt entlassen
- Dennoch weitreichende Auswirkungen auf die US-
Kernenergiebranche: - Schließung von mehreren anderen Kraftwerken
- Keine Kommissionierung neuer Kernkraftwerke in den USA bis 2012
Kategorie Kernkraft
Beginn der Nuklearwissenschaft Ende des 19. Jahrhunderts
Neue Erkenntnisse
* Existenz von Radioaktivität
* Entstehen leichterer Elemente durch radioaktiven Zerfall
* Begriff der Halbwertszeit
* Rutherford‘sches Atommodell mit positiv geladenem Kern
1930er-Jahre:
* Experimenteller Beweis, dass Neutronenbeschuss Atome spaltet
* Die Spaltprodukte sind leichter als das beschossene Atom
Kategorie Kernkraft
Entwicklung in der ersten Hälfte des 20.
Jahrhunderts
Bedeutende Entwicklungen fanden während des zweiten Weltkriegs statt
- Übergang 1930er/1940er-Jahre: Die Ansicht, dass eine selbsterhaltende Kettenreaktion möglich sei, setzt sich durch
- 1942: Die erste Demonstration einer selbsterhaltenden Kettenreaktion an der Universität von Chicago
- Zweiter Weltkrieg: Forschung an der Nutzung der Kernspaltung für zivile und militärische Nutzung durch das
Dritte Reich und die Alliierten - Entwicklungen geben Anlass für das Manhattan-Projekt Bedeutende Nuklearforschung zur Erzeugung von Kernwaffen Abwurf der ersten beiden Atombomben über Hiroshima und
Nagasaki im Jahr 1945
Kategorie Kernkraft
Entwicklung in der zweiten Hälfte des 20.
Jahrhunderts
Zivile Nutzung der Kernenergie rückt stärker in den Fokus
- Nach dem zweiten Weltkrieg: Forschung zur Nutzung von Kernenergie zur Stromerzeugung wird
wieder aufgenommen - 1951: Erste Stromerzeugung durch einen experimentellen Kernreaktor (USA)
- 1954: Erster Reaktor zur großskaligen Stromerzeugung (UdSSR)
- 1960er und 1970er-Jahre: Weltweites Wachstum der Kernindustrie
- Forschungsprogramme in diversen Staaten
- Ab Ende der 1970er-Jahre: Einbruch des Interesses an Kernkraft
Kategorie Kernkraft
Uran - Kernbrennstoffkreislauf
Der nukleare Brennstoffkreislauf beginnt mit dem Abbau von Uran, welches anschließend aufbereitet und zu Brennstoff konvertiert wird. Nach der Anreicherung wird das Material in Brennelemente für Kernkraftwerke umgewandelt. Im Kernkraftwerk findet die Energiegewinnung statt, wonach die abgebrannten Brennelemente wiederaufbereitet werden können, um MOX-Brennelemente zu recyceln oder die Kernbrennstoffe erneut zu verwenden. Die gewonnene Energie wird über das Hochspannungsnetz übertragen und verteilt, sodass sie als Strom von Endverbrauchern genutzt werden kann. Nicht wieder verwendbare Abfälle werden in Endlagern sicher verwahrt.
Kategorie Kernkraft
Zeitliche Entwicklung der weltweiten Kernkraftwerkskapazität
Das Reaktorunglück von Tschernobyl im Jahr 1986 hat das Wachstum der Kernkraftwerkskapazitäten stark gebremst.
Die weltweite Anzahl der Atomreaktoren besitzt seit den neunziger Jahren ein gleichbleibendes Niveau zw. 400 und 450 Reaktoren
Kategorie Kernkraft
Kernkraft heute
Kernkraft ist Teil der Debatte um die Energiewende
- Kernkraft ist durch seine negativen Auswirkungen für die Umwelt (Abbau, mögliche Unfälle, Endlagerung) und seiner (vergleichsweise)
positiven Auswirkungen für das Klima ein kontroverses Thema - Neu entfachtes Interesse im Rahmen der Energiewende als CO2-neutrale Stromquelle
- Technologische Entwicklungen ermöglichen Einsatz in kleineren und sichereren Reaktoren
Verschiedene Staaten haben sehr unterschiedliche Strategien hinsichtlich Kernkraft
