Atomkraftwerke–
Kernphysikteil

Uranium – als Brennstoff
• Brennelemente sind zu quadratischen oder hexagonalen Einheiten
zusammengefasste Brennstäbe, die aus einer festen Hülle und dem
eingeschlossenen Brennstoff bestehen.
• Als Brennstoff nutzt man vor allem das chemische Element Uran
• Das häufigste Uranisotop ist Uran-238
• In Kernkraftwerken nutzt man das Isotop Uran-235, das drei Neutronen weniger
besitzt und besonders leicht spaltbar ist
• In natürlichen Mineralien,Uran-235 nur in Mengen > 1%. In den
Brennelementen wird der Anteil auf drei bis 5% angereichert.
• Neben Uran-235 eignen sich aber auch einige andere schwere Elemente als
Kernbrennstoff, wie etwa Plutonium-239 benützt

Kernspaltung
• Trifft ein Neutron auf einen Uran-235-Kern, kann dieser zerfallen – meist in zwei Fragmente und zwei bis drei
einzelne Neutronen. Anschließend fliegen die Bruchstücke mit hohen Geschwindigkeiten auseinander.
• Anfangs so schnell, dass sie schlecht mit weiteren Atomkernen reagieren
• Aus diesem Grund sind die Brennstäbe meist von Wasser umgeben
• Das Ausbremsen hat aber noch einen weiteren Effekt: Denn die bei den Kollisionen verlorene Energie wird in
Wärme umgewandelt – dadurch heizt sich das umgebende Kühlwasser auf.

Regelstäbe
• Um die Kettenreaktion kontrollieren zu können, lassen sich zwischen die Brennstäbe eines Kernreaktors
Regel- und Notfallstäbe schieben
• In diesen Stäben befinden sich stark neutronenabsorbierende Materialien wie Cadmium oder Bor

Der Unterschied zwischen A-Bomben und
Kraftwerken
• AKWs verwenden als Reaktorfüllung angereicherte Spaltprodukte.
• Angereichert heißt um 3-4% Gesamtgehalt.
• AKW Brennstoffe, praktisch stark verdünnt und die Kernreaktion (Kettenreaktion) wird nur durch Einsatz von
Moderatoren aufrechterhalten
• Für Atombomben (Spaltbomben) werden hochangereicherte Produkte (>85%) verwendet.

Radioaktiver Abfall
• Teils Substanzen wie Cäsium 137, die aus abgebrannten
Brennelementen extrahiert wurden, teils um gezielt durch
Bestrahlung in Reaktoren erzeugte Substanzen wie Cobalt
60.
• In einem Kernkraftwerk mit 1 GW elektrischer Leistung
fallen davon rund 20 Tonnen pro Jahr an
• Diese Brennelemente sind so stark radioaktiv, dass die
Zerfallsprozesse zu einer starken Wärmeerzeugung führen.
• Müssen deswegen ständig gekühlt werden
• Die Aktivität des Materials kann in Bq (Becquerel = Anzahl
Zerfälle pro Sekunde) angegeben werden – oft auch
bezogen auf einen Kubikmeter des Materials.
• Plutonium 239 - Halbwertszeit über 24 000 Jahre
• Uranium 235 - Halbwertszeit ca. 700 Mil. Jahre

Reaktorkatastrophe
von Tschernobyl
• graphit-moderiert
Kernreaktoren
• Großteil der Steuerstäbe hatte
am unteren Ende
Graphitspitzen, die beim
Einfahren aus der oberen
Endlage zunächst eine positive
Reaktivitätsveränderung
(Leistungssteigerung) bewirken
• Leistungsminderung erst bei
größerer Einfahrtiefe.

Danke für eure Aufmerksamkeit