Kernkraftwerk Vortrag: Aufbau und Funktion einfach erklärt

Grundlagen der Radioaktivität

Radioaktive Strahlung begegnet dir überall - von medizinischen Geräten bis hin zu Kernkraftwerken. Es gibt drei Hauptarten von radioaktiver Strahlung, die du unbedingt unterscheiden können musst.

Jede Strahlungsart hat verschiedene Eigenschaften: unterschiedliche Ladungen, verschiedene Durchdringungskraft und braucht andere Materialien zur Abschirmung. Das ist wichtig für den Strahlenschutz in Kernkraftwerken.

Merktipp: Alpha ist am schwächsten (Papier reicht), Gamma am stärksten (braucht dickes Blei)!

Alpha-Strahlung

Alpha-Strahlung ist eigentlich ziemlich harmlos von außen - ein einfaches Blatt Papier oder schon 4-8 cm Luft stoppen sie komplett! Das liegt daran, dass es sich um Heliumkerne handelt (2 Protonen + 2 Neutronen).

Diese positiv geladenen Teilchen entstehen, wenn schwere Atomkerne wie Uran-238 zerfallen. Dabei wird ein Heliumkern "herausgeschossen" und es bleibt ein anderes Element übrig - in diesem Fall Thorium.

Obwohl Alpha-Strahlung leicht abzuschirmen ist, ionisiert sie sehr stark. Das bedeutet: Wenn sie in deinen Körper gelangt, kann sie großen Schaden anrichten.

Beta-Strahlung

Beta-Strahlung besteht aus schnellen Elektronen und ist schon gefährlicher als Alpha-Strahlung. Du brauchst etwa 4-5 mm dickes Aluminium, um sie zu stoppen - deutlich mehr als bei Alpha!

Die negativ geladenen Beta-Teilchen entstehen, wenn sich ein Neutron im Atomkern in ein Proton und ein Elektron umwandelt. Das Elektron wird dann als Beta-Teilchen herausgeschleudert.

Beta-Strahlung ionisiert weniger stark als Alpha-Strahlung, kann aber tiefer in Gewebe eindringen. In Kernkraftwerken muss man deshalb schon dickere Schutzschilde verwenden.

Wichtig: Beta-Strahlung kann durch Haut dringen - Aluminium-Abschirmung ist Pflicht!

Gamma-Strahlung

Gamma-Strahlung ist die gefährlichste Form - sie ist wie extrem energiereiches Licht oder Röntgenstrahlung. Nur dicke Bleiplatten oder meterdicke Betonwände können sie aufhalten!

Diese elektromagnetischen Wellen haben keine Ladung und entstehen oft zusammen mit Alpha- oder Beta-Strahlung. Dabei wird keine neue Atomart gebildet - der Kern gibt nur überschüssige Energie ab.

In Kernkraftwerken ist Gamma-Strahlung besonders problematisch, weil sie so durchdringend ist. Deshalb sind die Reaktorgebäude von dicken Betonwänden umgeben.

Kernkraft - Die Grundlagen

Kernkraft funktioniert völlig anders als normale Verbrennung - hier werden Atomkerne gespalten statt Moleküle verbrannt. Die dabei freigesetzte Energie ist millionenfach größer!

Bei der Kernspaltung werden schwere Atomkerne wie Uran oder Plutonium mit langsamen Neutronen beschossen. Dadurch zerbrechen sie in mittelschwere Kerne und setzen dabei neue Neutronen und riesige Energiemengen frei.

Das Spaltmaterial muss vorher angereichert werden - das bedeutet, der Anteil des spaltbaren Uran-235 wird künstlich erhöht. Diese Technik wird sowohl zivil für Strom als auch militärisch für Waffen genutzt.

Faszinierend: Ein Kilogramm Uran-235 liefert so viel Energie wie 2.700 Tonnen Kohle!

Uran-235 Spaltung

Die Spaltung von Uran-235 läuft wie ein perfekt choreografierter Tanz ab: Ein langsames Neutron trifft auf den Uran-Kern und wird "verschluckt". Der Kern wird dadurch instabil und platzt auseinander.

Dabei entstehen zwei mittelschwere Atomkerne (wie Cäsium-140 und Rubidium-92) plus zwei bis drei neue schnelle Neutronen. Die freigesetzte Energie beträgt etwa 200 MeV - das ist gigantisch viel!

Diese neuen Neutronen können weitere Uran-Kerne spalten und so eine Kettenreaktion auslösen. In Kernkraftwerken wird diese Reaktion kontrolliert gehalten, in Atombomben läuft sie unkontrolliert ab.