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Untitled Prezi

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by

Daniel Zündorf

on 17 April 2014

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Transcript of Untitled Prezi

Zerfallsreihen
- durch Radioaktivität kommt es zur Umwandlung von Elementen

- neu entstandenes Element wieder radioaktiv → neuer Zerfall

- Fortsetzung dieser Zerfallsreihe bis stabiler Kern entsteht (oftmals Blei)

=> Hinblick auf Kernkraftwerke mit Uraneinsatz → lange Zeit gefährliche Stoffe
1. Grundlagen der Kernchemie
2. Radioaktivität
3. Energiegewinnung aus Kernenergie
4. Atomkraftkwerke
5. Brennstoffkreislauf
6. Belastung und Auswirkung von Radioaktivität
7. Substanzen im KKW
8. Sicherheit / Risiken
9. Kosten
10. Endlagerung
11. politische Situation
12. Fazit
13. Quellen
Sicherheit / Risiken
gesellschaftliche Kosten
Gliederung
politische Situation
Otto Hahn und Friedrich Strassmann 1938:

Beschuss eines Uran – 235 Teilchens mit einem Neutronen

verwunderliches Ergebnis:
Uran + n → Kr + Ba + 3 n + Energie

→ Lise Meitner deutet dies als Kernspaltung


weitere Forschung ergibt:
- theoretische Masse eines Kerns immer größer als das experimentell ermittelte Gewicht
- Massenunterschied wird als Massendefekt bezeichnet

große Errungenschaft:
- kleiner Massenanteil der Nukleonen wird bei Kernentstehung in Kernbindungsenergie umgewandelt

Berechnet werden kann diese Energie mit Einsteins Formel:
∆E = m * c² = EB (Kernbindungsenergie)


Atombau
- Protonen ( positiv geladen, Anzahl entspricht Elektronenzahl )

- Neutronen ( ungeladen)

- Elektronen ( negativ geladen, Anzahl entspricht Protonenzahl )

=> stimmen die Zahlen nicht überein→Ion
Für jedes Elemente gibt es eine spezifische Ordnungszahl und eine variable Massenzahl
Kernfission in Kraftwerken I
- Uran als wichtigstes spaltbares Substrat in Kernkraftwerken

- bei Beschuss eines Uran-Teilchens mit einem Neutron kommt es zur Kernspaltung und weitere Neutronen werden frei
=> Kernkettenreaktion

- freiwerdende Neutronenzahl kann variieren → kritische Masse
Radioaktivität
- Radioaktivität = Eigenschaft bestimmter chemischer Elemente ionisierende Strahlung abzugeben

- Unterscheidung in verschiedene Strahlungsarten, die in unterschiedlichem Ausmaß den Organismus schädigen können

Energiegewinnung durch Atomkraft

- um die einzelnen Nukleonen eines Kerns zusammen zuhalten ist Energie nötig

→ Kernbindungsenergie


Isotop
- Protonenzahl für jedes Element besitzt spezifischen Wert → bleibt immer gleich

- Neutronenzahl kann allerdings variieren → Massenzahl ändert sich
=> ISOTOP:
→ selbes Element mit selben chemischen Eigenschaften, aber unterschiedlich schwer
→ oft entsteht ungünstiges Verhältnis von N und P im Kern
2 mögliche Prozesse
Halbwertszeit
- die Zeit, die benötigt wird, bis die Hälfte einer radioaktiven Substanz zerfallen ist, also Strahlung abgegeben hat

- Halbwertszeit für jedes Element und Isotop spezifisch

- große Unterschiede in der Halbwertszeit ( von wenigen Sekunden bis hunderttausende von Jahren)

Bsp.: U– 235 braucht 7,0*10^8 Jahre um zur Hälfte zu zerfallen → auch dann noch radioaktiv
Restrisiko
Nuklearwaffen
Vergangene Unfälle
GAU
Super-GAU
Sicherheits- und Notfallsysteme
Radioaktivität
Gesamtbelastung
- besteht aus jeweils 2 Neutronen und Protonen → 2-fach positiv geladen

- aus radioaktivem Atom entsteht neues Element

- Grund sind abstoßende Kräfte im Kern → Produkt ist wesentlich stabiler


Auswirkungen
und Symptome
Radioaktivität = Krebs
Radioaktive Substanzen in Kernreaktoren
- Strahlung besteht aus positiv oder negativ geladenen Elektronen / Positronen

- aus radioaktivem Atom entsteht neues Element

- Grund sind ungünstige Verhältnisse zwischen Protonen und Neutronen

- Unterscheidung zwischen β+ Zerfall und β− Zerfall
Plutonium-239
Jod-131
Cäsium-137

- Elektromagnetische Strahlung → keine Teilchen sondern ungeladene Photonen

- keine Entstehung eines neuen Elements, lediglich Energieausgleich im Kern

-meist nach α- oder β- Zerfall
Atomkraftwerke sind hochkomplexe technische Systeme
wesentlich komplexer als andere Großkraftwerke
wesentlich schwieriger zu steuern
wesentlich gefährlicher

daher gibt es im Normalfall
eine ganze Hierarchie von Sicherheits- und Notfallsystemen
die auch bei Störfällen das Austreten von Radioaktivität verhindern sollen


Übersicht
4 fache Redundanz
räumliche Trennung
Diversität der Systeme
Restrisiko
trotz bestmöglicher Sicherheitssysteme können nie alle Gefahren ausgeschlossen werden
Tausende von Leitungen, Stromkabeln, Messgeräten, Rohren, Anschlüssen, Ventilen, etc.

Jede Schweißnaht kann sicherheitsrelevant sein!

Fehlerfaktor Mensch!!
Restrisiko
Man rechnet pro Kernreaktor aufgrund theoretischer Restrisiko-Abschätzungen ungefähr alle 10.000 bis 100.000 Jahre mit einem schweren Unfall

Bei weltweit gut 400 Reaktoren erfolgt statistisch gesehen alle 25 bis 250 Jahre eine Kernschmelze
Vergangene Unfälle
Kyschtym
(Explosion eines Stahltanks für radioaktive Rückstände aus Brennelementen für Wiederaufbereitung)

Three Mile Island
(Kernschmelze -> GAU)

Tschernobyl
(Kernschmelze -> Super-GAU)

Fukushima
(Kernschmelze -> Super-GAU)

Freisetzung der Kernbindungsenergie
Aufbau eines Reaktordruckbehälters
Kernfusion:
Verschmelzung 2er Kerne
Kernfission:
Spaltung eines schweren Kerns
Massendefekt wird als Energie frei und steht zur Verfügung


Kernfission in Kraftwerken II
- Uran besitzt verschiedene Isotope mit unterschiedlicher Eignung zur Kernspaltung

Uran-238 ( zu 99,7%)
→ nur bedingte Eignung durch Neutroneneinfang
Uran- 235 ( zu 0,3%)
→gute Eignung, da mehrere Neutronen frei werden
=> Anreicherung des Natururans mit U-235
- weiterer Aspekt der Spaltbarkeit = Geschwindigkeit der Neutronen
→ schnelle Neutronen verfehlen häufig Ziel
→ Neutronenbremse "Moderator"
Atomkraftwerke
allgemein:
- Kernreaktoren genau wie Kohlekraftwerke thermische Kraftwerke
→ Energie nicht durch Verbrennung, sondern durch Kernfission
Leichtwasserreaktoren
- Wasser dient als Moderator & Kühlmittel

- hoher Bedarf an Wasser → Ansiedlung in der Nähe von Flüssen oder Meeren

- Unterscheidung in Siede- und Druckwasserreaktoren
Siedewasserreaktor
Druckwasserreaktor
Brennstoffkreislauf
Viele verschiedene Reaktortypen
→ Leichtwasserreaktoren, Schwerwasserreaktoren, Hochtemperaturreaktoren, Schnelle Brüter
→ in Deutschland nur Leichtwasserreaktoren
- Nur ein Wasserkreislauf
- Durch Kontakt des Kühlwassers mit radioaktiven Stoffen → Turbinenhalle als radioaktiver Kontrollbereich → Dekontamination nach Austausch oder Abbau
-Erhitzung des Wassers auf 280°C bei 70 bar (70-facher Atmosphärendruck)
- Nebel aus Kühlturm ist Verdunstungswasser aus Meer oder Fluss
- 2 entkoppelte Wasserkreisläufe ( primärer und sekundärer Kreislauf)
→ Turbinenhalle kein radioaktiver Kontrollbereich
- Erhitzung des Wassers auf 325°C bei 150 bar → kein Sieden des Wassers
- Wärmeaustauscher ermöglicht
Erwärmung des sekundär
Kreislaufes

Endlagerung
- atomarer Müll bis zu 1 Million Jahre aktiv → Endlager muss Sicherheit für diesen Zeitraum gewähren

- Sicherheit vor Wassereinbruch oder sonstiger Wasserbewegung → Gefahr der Kontamination des Grundwassers

- Endlager muss sich in großen Tiefen befinden und von Neutronen absorbierfähigen Gestein umgeben sein

=> wer kann abschätzen, wie lange ein Ort unverändert besteht?
20-25cm Stahl (500tonnen)
10m Höhe 5m Durchmesser
biologischer Schild (2m dicker Stahlbetonzylinder)
Containment (Sicherheitsbehälter) mehrere cm dicke Stahlwand (steht unter leichtem Unterdruck)
Core-Catcher (Kernfänger) hochfestes, hitzebeständiges Beton-Keramik-Mischung
Stromkostenstruktur
Im Vergleich zu fossilen Energieträgern ein:

-> hoher Anteil an Investitionskosten,

dafür der

-> niedrige Anteil der Brennstoffkosten

Die einkalkulierten Kosten für Atommüll sind nur Schätzungen, die sich aus den ursprünglich geplanten Endlagerkonzepten ergeben
Sicherheits- und Notfallsysteme
"Größter Anzunehmender Unfall"

nach Stand von Wissenschaft und Technik beherrschbarer Unfall, für den eine Anlage ausgelegt sein muss

Kernschmelze
lat. "super"
-> darüber hinaus

Beherrschbarkeit nicht mehr gegeben

Sicherheits- und Notfallsysteme reichen nicht aus

auch "auslegungsüber-schreitender Störfall"
Atomausstieg ist beschlossene Sache (auch in Belgien und der Schweiz)

Italien hat den Ausstieg bereits durchgeführt

Österreich hat KKW nie in Betrieb genommen und stoppt ab 2015 den Import

Japan von 55 KKW auf 0 in ~2 Jahren

Lagerungsproblematik
Castor-Behälter halten 40 Jahre
Produktion in Verzug
Endlager nicht bereit
Endlagerkonzepte müssen eine Million Jahre halten (länger als die Stammesgeschichte des Homo sapiens auf der Erde)
Britische und Schweizer Nuklearindustrie hat bis 1994 über 100000 Tonnen Abfälle im Meer entsorgt
absurde Regelung erlaubt noch immer das Einleiten flüssiger radioaktiver Abfälle ins Meerwasser
Verfahren "Injektion"
Müll-Mafia (Entwicklungsländer)


=
Optionen
In den Orbit schießen
In Tiefseegräben verklappen
Ins Eis der Antarktis einschmelzen lassen

Tiefbohrungen bis in den flüssigen Erdmantel
Transmutation
= Sicherheit + Restrisiko
Strontium-90
Zerfallsreihen
- durch Radioaktivität Entstehung neuer Elemente
→ oftmals wieder radioaktiv
- Fortsetzung der Zerfallsreihe bis stabiler Kern entsteht
- jedes Element oder Isotop zerfällt spezifisch
Fazit
Quellen
- Mortimer - Chemie, Müller
- das nukleare Zeitalter, EIdemüller
- Energiewirtschaft, Dittmann
-Energietechnik, Kugeler / Philippen
- Energiebedarf Energiebereitstellung Energienutzung, Schade
- http://www.franz-marc-gymnasium.de/projekte/Projekte00/projekt10/gruppe1/siedewas.jpg
- http://astro.uni-wuppertal.de/~kampert/KP/Actinium-Thorium-Reihen.jpg
-http://www.halbleiter.org/img/grundlagen/atombau/neonatom.gif
- http://ais.badische-zeitung.de/piece/02/0e/b4/71/34518129.jpg
- http://www.franz-marc-gymnasium.de/projekte/Projekte00/projekt10/gruppe1/druckwas.jpg
- http://www.spiegel.de/thema/atomkraft/
- http://www.eurosolar.de/de/index.php?option=com_content&task=view&id=514&Itemid=8
- http://www.endlagerung.de/
- http://www.fragdienachbarn.org/bilder/Atombombe_verloren.jpg
- http://www.zeit.de/zeit-geschichte/2012/03/Wettruesten-Kalter-Krieg-USA-UdSSR
- http://www.spiegel.de/thema/tschernobyl/
- http://www.planet-wissen.de/natur_technik/atomkraft/kernkraft/wissensfrage_super_gau.jsp
- http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atompolitik/
- http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atommuell_wiederaufarbeitung/
- http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atomtransporte/
- http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atomkraftwerke/
- http://www.greenpeace.de/themen/atomkraft/atomunfaelle/
- http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-39686045.html
- http://www.greenpeace.org/switzerland/Global/switzerland/de/publication/Nuclear/Factsheet_Uranabbau_USA_und_Kanada.pdf
- http://www.kernbrennstoff.de/inhalte/brennstoffkreislauf/brennstoffkreislauf.html
- http://www.kernbrennstoff.de/inhalte/brennstoffkreislauf/brennstoffkreislauf.html
- http://www.chemie.de/lexikon/Strahlenschaden.html
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