Freitag, 13. April 2018

Kernenergie – Fluch oder Segen? Was ist Atomkraft? (Teil 2)

Atomkraft, auch als Atomenergie, Nuklearenergie oder Kernkraft bekannt, ist nicht unumstritten. In Deutschland hat es immer heftigen Widerstand in der Bevölkerung gegen diese Form der Energiegewinnung gegeben. Nach dem Unfall in Fukushima hatte die Bundesregierung beschlossen aus der Atomenergie auszusteigen, nachdem sie erst kurz zuvor die Laufzeiten deutscher Kernkraftwerke verlängert hatte.

Ende der Dreissigerjahre des vergangenen Jahrhunderts entdeckten die deutschen Chemiker Otto Hahn und Friedrich Wilhelm Strassmann die Möglichkeit durch Kernspaltung Energie zu gewinnen. Lise Meitner fand anschliessend heraus, was dabei im Kern geschieht und warum es dabei zur Freisetzung von Energie kommt. Seit Anfang der Sechzigerjahre spielt Atomenergie eine große Rolle in der weltweiten Energiegewinnung. Zunächst als saubere und kostengünstige Lösung zur Herstellung elektrischen Stroms gepriesen, zeigten sich bald die Schattenseiten dieser Methode. Um zu verstehen was Atomkraft eigentlich ist und warum radioaktives Material Energie liefern kann, ist ein kurzer Exkurs in die Welt der Physik und der Chemie notwendig:

Was die Erde im Innersten zusammenhält sind Elemente. Alle uns bekannten Elemente bestehen aus Atomen. Das betrifft nicht nur die Erde selbst, sondern auch die sie umgebenden Planeten, Sterne und das komplette Universum. Elemente unterscheiden sich in ihrer Ordnungszahl oder auch Kernladungszahl genannt. Diese Zahl beschreibt die Anzahl der Protonen - die positiv geladenen Teilchen - im Atom. Alle Atome gleicher Ordnungszahl gehören zu demselben Element. Sie macht das Element aus. Wasserstoff als leichtestes Element hat die Ordnungszahl 1. Die Ordnungszahl beschreibt also die Anzahl der Protonen im Atomkern des jeweiligen Elements. Neben den Protonen gibt es auch ungeladene Neutronen mit ungefähr gleichem Gewicht wie die Protonen. Elektronen, die eine vernachlässigbar kleine Masse haben, schwirren um diesen Kern wie Planeten um die Sonne (Bohrsche Atommodell).

Wichtige bekannte und häufig vorkommende Elemente sind Sauerstoff (O), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Eisen (Fe). Sie zählen zu den sogenannten stabilen Elementen. Es gibt allerdings auch instabile Elemente. Ausnahmslos instabile Elemente sind radioaktiv. Zu ihnen zählen z. B. Plutonium, Jod, Caesium, Strontium und Uran. Dieses letztgenannte Element kommt häufig in Kernkraftwerken zum Einsatz. In Verbindung mit Gestein ist Uran ein reines Naturprodukt. Das natürliche Uran kann in Atomkraftwerken zunächst nicht genutzt werden, denn für den Einsatz in Kernreaktoren reicht die Konzentration nicht aus. Hierfür muss das zuvor feingemahlene Uran zunächst durch physikalisch-chemische Prozesse zu angereichertem Uranoxidpulver verarbeitet werden. Das Pulver wird dann zu Pellets gepresst und unter hohen Temperaturen verdichtet. Schliesslich werden die Pellets in lange Rohre, die sogenannten Brennstäbe, eingebracht. Im Verbund mehrerer solcher Brennstäbe spricht man von Brennelementen.

Nur die grössten Atomkerne eignen sich zur Kernspaltung. Bei diesem Vorgang wird Bindungsenergie frei und kann als Wärme genutzt werden um Wasser zu erhitzen. Das hierbei erhitzte Wasser wird zu Wasserdampf. Mit dem Wasserdampf werden Turbinen angetrieben. Durch die Turbinen wird mit Generatoren Elektrizität erzeugt. Der entstehende Strom wird in das Netz eingespeist. Bei dieser Vorgehensweise entsteht keinerlei klimaschädigendes CO2. Lediglich der Bau und der Abriss so wie die Gewinnung des notwendigen Urans verursachen Emissionen. So gesehen ist Atomkraft eine saubere Möglichkeit der Energiegewinnung. Dies ist auch das Argument der Atomkraftbefürworter.

In einem Atomkraftwerk laufen Kettenreaktionen kontrolliert ab. Höchste Schutzvorrichtungen sind notwendig, um zu verhindern, dass dabei radioaktive Strahlung austritt. Was Atomenergie so gefährlich macht, sind die Nachteile der Methode. Atomenergie kann nicht nur für friedliche, sondern auch für kriegerische Zwecke zur Herstellung von Sprengsätzen genutzt werden. Hiroshima und Nagasaki haben auf grausamste und schauerlichste Art und Weise die Auswirkungen atomarer Kriegsführung gezeigt. Aber auch bei der alltäglichen, friedlichen Nutzung ist es in der Geschichte der Atomenergie immer wieder zu Störfällen gekommen. Nicht selten ist menschliches Versagen (so wie in Tschernobyl geschehen) die Ursache. Unfälle in Reaktoren können Auswirkungen wie die einer Bombe haben.

Störfälle, ob vom Menschen verursacht oder durch Naturkatastrophen ausgelöst (wie in Fukushima) sind nie auszuschliessen. Auch können Kernkraftwerke jederzeit Ziel terroristischer Anschläge werden. Ein weiteres grosses Problem besteht in der Endlagerung des atomaren Mülls. Das strahlende Material ist über Jahrtausende in der Lage, die Umgebung weitläufig zu verseuchen und unbewohnbar zu machen. Laut World Nuclear Association Clear fallen 12.000 Tonnen stark strahlendes Materials pro Jahr an. Dieses sicher zu entsorgen ist nahezu unmöglich. In diesem Zusammenhang ist immer wieder von Endlagern die Rede. Darin soll das Material aufbewahrt werden, bis es nicht mehr strahlt. Eine Wunschvorstellung. Uran und Plutonium strahlen für Tausende bis Millionen Jahre. Schon geringe Mengen der Strahlung führen zu vererbbaren Genmutationen, Krebs und anderen Krankheiten, mit im schlimmsten Falle tödlichen Folgen.

Die Materialien haben unterschiedliche Halbwertszeiten. Als Halbwertzeit bezeichnet man die Hälfte der Strahlungsdauer bis zum Verfall. So halbiert sich die Strahlung von Caesium beispielsweise alle 30 Jahre. Umgerechnet bedeutet dies, dass ein mit Caesium verseuchtes Gebiet nach etwa 300 Jahren wieder bewohnbar wird. Es kurze Zeit zu betreten ist schon nach 30 Jahren wieder möglich. Dies ist der Grund, warum in der 30-Kilometer-Sperrzone um Tschernobyl relativ gefahrlos für gewisse Zeit gearbeitet werden kann und es im Jahr 2011 für einen geführten Tourismus freigegeben wurde.

Atomkraft, auch als Atomenergie, Nuklearenergie oder Kernkraft bekannt, ist nicht unumstritten. In Deutschland hat es immer heftigen Widerstand in der Bevölkerung gegen diese Form der Energiegewinnung gegeben. Nach dem Unfall in Fukushima hatte die Bundesregierung beschlossen aus der Atomenergie auszusteigen, nachdem sie erst kurz zuvor die Laufzeiten deutscher Kernkraftwerke verlängert hatte.

Ende der Dreissigerjahre des vergangenen Jahrhunderts entdeckten die deutschen Chemiker Otto Hahn und Friedrich Wilhelm Strassmann die Möglichkeit durch Kernspaltung Energie zu gewinnen. Lise Meitner fand anschliessend heraus, was dabei im Kern geschieht und warum es dabei zur Freisetzung von Energie kommt. Seit Anfang der Sechzigerjahre spielt Atomenergie eine große Rolle in der weltweiten Energiegewinnung. Zunächst als saubere und kostengünstige Lösung zur Herstellung elektrischen Stroms gepriesen, zeigten sich bald die Schattenseiten dieser Methode. Um zu verstehen was Atomkraft eigentlich ist und warum radioaktives Material Energie liefern kann, ist ein kurzer Exkurs in die Welt der Physik und der Chemie notwendig:

Was die Erde im Innersten zusammenhält sind Elemente. Alle uns bekannten Elemente bestehen aus Atomen. Das betrifft nicht nur die Erde selbst, sondern auch die sie umgebenden Planeten, Sterne und das komplette Universum. Elemente unterscheiden sich in ihrer Ordnungszahl oder auch Kernladungszahl genannt. Diese Zahl beschreibt die Anzahl der Protonen - die positiv geladenen Teilchen - im Atom. Alle Atome gleicher Ordnungszahl gehören zu demselben Element. Sie macht das Element aus. Wasserstoff als leichtestes Element hat die Ordnungszahl 1. Die Ordnungszahl beschreibt also die Anzahl der Protonen im Atomkern des jeweiligen Elements. Neben den Protonen gibt es auch ungeladene Neutronen mit ungefähr gleichem Gewicht wie die Protonen. Elektronen, die eine vernachlässigbar kleine Masse haben, schwirren um diesen Kern wie Planeten um die Sonne (Bohrsche Atommodell).

Wichtige bekannte und häufig vorkommende Elemente sind Sauerstoff (O), Silizium (Si), Aluminium (Al) und Eisen (Fe). Sie zählen zu den sogenannten stabilen Elementen. Es gibt allerdings auch instabile Elemente. Ausnahmslos instabile Elemente sind radioaktiv. Zu ihnen zählen z. B. Plutonium, Jod, Caesium, Strontium und Uran. Dieses letztgenannte Element kommt häufig in Kernkraftwerken zum Einsatz. In Verbindung mit Gestein ist Uran ein reines Naturprodukt. Das natürliche Uran kann in Atomkraftwerken zunächst nicht genutzt werden, denn für den Einsatz in Kernreaktoren reicht die Konzentration nicht aus. Hierfür muss das zuvor feingemahlene Uran zunächst durch physikalisch-chemische Prozesse zu angereichertem Uranoxidpulver verarbeitet werden. Das Pulver wird dann zu Pellets gepresst und unter hohen Temperaturen verdichtet. Schliesslich werden die Pellets in lange Rohre, die sogenannten Brennstäbe, eingebracht. Im Verbund mehrerer solcher Brennstäbe spricht man von Brennelementen.

Nur die grössten Atomkerne eignen sich zur Kernspaltung. Bei diesem Vorgang wird Bindungsenergie frei und kann als Wärme genutzt werden um Wasser zu erhitzen. Das hierbei erhitzte Wasser wird zu Wasserdampf. Mit dem Wasserdampf werden Turbinen angetrieben. Durch die Turbinen wird mit Generatoren Elektrizität erzeugt. Der entstehende Strom wird in das Netz eingespeist. Bei dieser Vorgehensweise entsteht keinerlei klimaschädigendes CO2. Lediglich der Bau und der Abriss so wie die Gewinnung des notwendigen Urans verursachen Emissionen. So gesehen ist Atomkraft eine saubere Möglichkeit der Energiegewinnung. Dies ist auch das Argument der Atomkraftbefürworter.

In einem Atomkraftwerk laufen Kettenreaktionen kontrolliert ab. Höchste Schutzvorrichtungen sind notwendig, um zu verhindern, dass dabei radioaktive Strahlung austritt. Was Atomenergie so gefährlich macht, sind die Nachteile der Methode. Atomenergie kann nicht nur für friedliche, sondern auch für kriegerische Zwecke zur Herstellung von Sprengsätzen genutzt werden. Hiroshima und Nagasaki haben auf grausamste und schauerlichste Art und Weise die Auswirkungen atomarer Kriegsführung gezeigt. Aber auch bei der alltäglichen, friedlichen Nutzung ist es in der Geschichte der Atomenergie immer wieder zu Störfällen gekommen. Nicht selten ist menschliches Versagen (so wie in Tschernobyl geschehen) die Ursache. Unfälle in Reaktoren können Auswirkungen wie die einer Bombe haben.

Störfälle, ob vom Menschen verursacht oder durch Naturkatastrophen ausgelöst (wie in Fukushima) sind nie auszuschliessen. Auch können Kernkraftwerke jederzeit Ziel terroristischer Anschläge werden. Ein weiteres grosses Problem besteht in der Endlagerung des atomaren Mülls. Das strahlende Material ist über Jahrtausende in der Lage, die Umgebung weitläufig zu verseuchen und unbewohnbar zu machen. Laut World Nuclear Association Clear fallen 12.000 Tonnen stark strahlendes Materials pro Jahr an. Dieses sicher zu entsorgen ist nahezu unmöglich. In diesem Zusammenhang ist immer wieder von Endlagern die Rede. Darin soll das Material aufbewahrt werden, bis es nicht mehr strahlt. Eine Wunschvorstellung. Uran und Plutonium strahlen für Tausende bis Millionen Jahre. Schon geringe Mengen der Strahlung führen zu vererbbaren Genmutationen, Krebs und anderen Krankheiten, mit im schlimmsten Falle tödlichen Folgen.

Die Materialien haben unterschiedliche Halbwertszeiten. Als Halbwertzeit bezeichnet man die Hälfte der Strahlungsdauer bis zum Verfall. So halbiert sich die Strahlung von Caesium beispielsweise alle 30 Jahre. Umgerechnet bedeutet dies, dass ein mit Caesium verseuchtes Gebiet nach etwa 300 Jahren wieder bewohnbar wird. Es kurze Zeit zu betreten ist schon nach 30 Jahren wieder möglich. Dies ist der Grund, warum in der 30-Kilometer-Sperrzone um Tschernobyl relativ gefahrlos für gewisse Zeit gearbeitet werden kann und es im Jahr 2011 für einen geführten Tourismus freigegeben wurde. 

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