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N AT U R W I S S E N S C H A F T U N D TECHNIK IM UNTERRICHT

Jahrgang 54

Dezember 2012

K E R N E N E R G I E D S I D

I E I T U A T I O N N E U T S C H L A N D

Ausstieg – SICHERHEIT – Rückbau – Endlagerung


Vorwort

Inhalt

Liebe Lehrerinnen, liebe Lehrer, die Energiewende ist derzeit eines der wichtigsten gesellschaftspolitischen Themen in Deutschland. Ein zentrales Element darin ist der Ausstieg aus der Kernenergie. Im Rahmen ihres Energiekonzepts aus dem Jahr 2010 hatte die Bundesregierung die Laufzeiten der Kernkraftwerke in Deutschland zunächst teilweise deutlich verlängert. Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima beschloss die Bundesregierung dann die Rücknahme der Laufzeitverlängerung. 2022 soll nunmehr das letzte Kernkraftwerk in Deutschland vom Netz gehen. Ist die Kernenergie dann überhaupt noch ein Thema für den Unterricht? Sowohl in Europa als auch weltweit wird die Kernenergie weiter eine Rolle spielen. Einige unserer Nachbarn nutzen Kernkraftwerke langfristig und bauen diese Form der Stromerzeugung sogar aus. Der Rückbau der stillgelegten Kraftwerke und die Entsorgung radioaktiver Abfälle werden uns in Deutschland auch nach 2022 über Jahrzehnte begleiten. Stichworte dabei sind zum einen die Behandlung und der Transport dieser Abfälle, aber auch eine neue Suche nach einem Endlager für hochradioaktive Stoffe. Ausgehend von der Frage „Was geschah eigentlich in Fukushima?“ vermittelt das vorliegende Material aktuelle Fakten zur Kernenergie in Deutschland nach dem Ausstieg, aber auch zum Aufbau und zur Funktionsweise von Kernkraftwerken. Dieses Zeitbild WISSEN ist Teil der Bildungsreihe des Zeitbild Verlags zu Fragen der Energieversorgung und soll dazu beitragen, dass sich Ihre Schülerinnen und Schüler sachkundig an der gesellschaftlichen Debatte um unsere Energiezukunft beteiligen können.

Seite 4+5

Die Reaktorkatastrophe von Fukushima

Seite 6+7

Stromversorgung im Umbruch

Seite 8+9

Kernenergie weltweit

Seite 10+11

Kernenergie in Deutschland

Seite 12+13 Der Aufbau eines Kernkraftwerks Seite 14+15 Sicherheit von Kernkraftwerken in Deutschland Seite 16+17 Radioaktive Abfälle Seite 18+19 Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland Seite 20+21 Rückbau von Kernkraftwerken Seite 22

„Wir sind eine Ingenieurnation“ Im Gespräch mit Dr. Joachim Knebel

Seite 23

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Seite 24-34 Arbeitsblätter Seite 35

Lösungshinweise, Bildnachweis

Seite 36

Links und Literaturtipps, Impressum

Ihre Zeitbild-Redaktion

Zeitbild Wissen

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Schwere Fehler des Kernkraftwerksbetreibers

Die Reaktorkatastrophe von Fukushima Am Freitag, dem 11. März 2011, ereignete sich ein gewaltiges Seebeben der Stärke 9,0 (Magnitude) vor der Ostküste Japans. Ein Tsunami mit einer Wellenhöhe von mehr als 14 m überrollte etwa eine Stunde nach dem Beben, gegen 16:00 Uhr Ortszeit (08:00 Uhr MEZ), die Küste, überflutete die angrenzende Region und richtete schwere Verwüstungen an. Beben und Tsunami forderten Tausende von Menschenleben.

Eine von der japanischen Regierung eingesetzte Expertenkommission hat dem Kraftwerksbetreiber Tepco (Tokyo Power Company) schwere Versäumnisse vor und auch während der Katastrophe vorgeworfen: Tepco rechnete nicht mit einer Situation, bei der alle Stromquellen wegen einer Naturkatastrophe gleichzeitig unterbrochen würden und habe die Mitarbeiter nicht ausgebildet, entsprechend darauf zu reagieren. Das Unternehmen habe zudem falsch auf die Katastrophe reagiert. Die Kernschmelzen in den Reaktoren und das Entweichen radioaktiver Stoffe hätten deutlich begrenzt werden können, wenn in den Reaktoren 1 und 3 früher Überdruck abgebaut und sehr viel schneller Wasser zur Kühlung zugeführt worden wäre. Auch sei die Kommunikation zwischen den Einsatzteams äußerst mangelhaft gewesen.

SAPPORO

AOMORI

Fukushima und die Folgen in Deutschland

AKITA

Die Katastrophe in Japan hatte direkte Auswirkungen auf die Politik in Deutschland. Am 15. März 2011 entschied die Bundesregierung, sieben vor 1980 ans Netz gegangene Kernreaktoren zunächst abzuschalten. Die Bundesregierung richtete eine Ethikkommission „Sichere Energieversorgung“ zur Neubewertung der Risiken der Kernenergie und als Ratgeber der zukünftigen Energieversorgung ein. Die ReaktorSicherheitskommission (RSK) wurde beauftragt, den Zustand der 17 deutschen Kernkraftwerke sicherheitstechnisch zu prüfen. Dieser sogenannte nationale Stresstest bescheinigte den deutschen Kernkraftwerken sicherheitstechnische Robustheit, führte jedoch auch Möglichkeiten zur weiteren Verbesserung der Sicherheitsreserven auf. Zusätzlich wurden

SENDAI FUKUSHIMA

TOKIO YOKOHAMA HIROSHIMA OSAKA

Im unmittelbaren Einwirkungsbereich dieser Naturkatastrophe befinden sich vier Kernkraftwerksstandorte. Während sich die Schäden an drei Standorten in Grenzen hielten, verursachte der Tsunami am Standort Fukushima Daiichi folgenschwere Zerstörungen. In drei Blöcken des Kernkraftwerks kam es dabei zu einer Kernschmelze und zu Wasserstoffexplosionen. Dabei wurden auch radioaktive Stoffe in die Umgebung freigesetzt. Diese Ereignisse wurden auf der internationalen INES-Skala in die höchste Kategorie 7 als „katastrophaler Unfall“ eingestuft.

Vermeidbare Tragödie Das Kraftwerk Fukushima Daiichi umfasst sechs Reaktorblöcke und liegt unmittelbar an der Pazifikküste. Bekannt ist, dass große Tsunamis

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deutsche Kernkraftwerke einer EU-weiten Überprüfung (EU-Stresstest) unterzogen. Dieser nukleare EU-Stresstest bestätigte die Ergebnisse der RSK und empfahl ebenfalls Sicherheitsverbesserungen. Im Juni 2011 beschloss der Deutsche Bundestag den Ausstieg aus der Kernenergie bis 2022.

Ein Jahr danach – 2012 In den ersten Tagen der Katastrophe wurde aufgrund der Wetterlage ein großer Teil der radioaktiven Stoffe, insbesondere Jod und Cäsium, aufs Meer verweht. Später gelangten nach Drehen des Windes radioaktive Stoffe in die Provinz Fukushima. Insgesamt wurden zwischen fünf und zehn Prozent der 1986 beim Reaktorunfall von Tschernobyl (damalige UdSSR) freigesetzten Menge emittiert. Bis in eine Entfernung von 40 Kilometern wurden radioaktive Kontaminationen gemessen. Die Weltgesundheitsorganisation WHO berechnete für weite Bereiche der dortigen Präfektur Strahlendosen von 1 bis 10 mSv und für zwei höher belastete Beispielgebiete von 10 bis 50 Millisievert (mSv) 80.000 Menschen wurden evakuiert, von denen bislang einige zumindest zeitweise in ihre Heimat zurückkehren konnten.

Kernkraftwerk Fukushima Daiichi nach dem Tsunami und den nachfolgenden Wasserstoffexplosionen

mit mehr als 10 m Wellenhöhe an der japanischen Küste und auch am Küstenabschnitt von Fukushima auftreten können. Der Schutzwall vor dem Kraftwerk war aber nur 5,7 m hoch. Die Welle vom 11. März erreichte an diesem Küstenabschnitt eine Höhe von etwa 13 m, überflutete die Anlage und verursachte dabei schwere Zerstörungen am Kernkraftwerk. Besonders folgenschwer war der Ausfall der Notstromversorgung mit den Dieselgeneratoren und elektrischen Einrichtungen in den Kellerräumen der Maschinenhäuser und damit der Stromversorgung der Notkühlsysteme. Die Anlagen und Räume waren nicht gegen einen solchen Wassereinbruch geschützt, obwohl japanische Sicherheitsexperten in den letzten Jahren immer wieder auf diesen gravierenden Sicherheitsmangel hingewiesen hatten.

C hr o n o l o g ie

der

11. März 2011 14:46 Uhr: Seebeben vor der japanischen Küste +++ Automatische Schnellabschaltung aller Kernkraftwerke an der Ostküste +++ Tsunami trifft die Ostküste Japans nachmittags gegen 15:00 +++ Überflutung des Kraftwerks Fukushima Daiichi +++ Dadurch Ausfall der Strom- und Notstromversorgung sowie der Kühlsysteme +++ Regierung ruft abends den nuklearen Notstand aus +++ Behörden ordnen Evakuierung der lokalen Bevölkerung an. 12. März 2011 Messung von erhöhter Radioaktivität in und um das KKW Fukushima Daiichi +++ Evakuierungszone auf zehn Kilometer erweitert +++ Wasserstoffexplosion in Reaktor 1, Dach und Wände des Gebäudes werden zerstört +++ Radius der Evakuierungszone auf 20 Kilometer vergrößert, 140.000 Menschen sind betroffen.

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ersten

T A g e

13. März 2011 Japanische Atomaufsicht teilt mit, dass in Fukushima möglicherweise eine Kernschmelze begonnen hat. 14. März 2011 Wasserstoffexplosion in Reaktor 3 des KKW Fukushima Daiichi +++ Brennstäbe im Reaktor 2 liegen trocken +++ Regierungssprecher erklärt am Abend, dass möglicherweise in drei Reaktoren eine Kernschmelze droht. 15. März 2011 Explosion in Reaktor 2, Feuer nach einer Explosion in Reaktor 4 +++ Sehr hohe Werte an Radioaktivität auf dem Gelände des Kraftwerks +++ zeit- und stellenweise hohe Strahlungsintensität +++ Erhöhte Radioaktivität am Rand des Großraums Tokio festgestellt.

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Stromversorgung im Umbruch

Weltstrombedarf steigt Der globale Bedarf an elektrischer Energie ist in den letzten 20 Jahren rasant angestiegen und wird nach Auffassung von Energieexperten auch in der Zukunft voraussichtlich weiter zunehmen. Die Gründe hierfür liegen vor allem im Wirtschaftswachstum einiger bevölkerungsreicher Schwellenländer wie China, Indien und Brasilien. Auch die Forderung nach „Zugang zu Elektrizität für alle“, wie sie UN-Generalsekretär Ban Ki-Moon schon mehrmals geäußert hat, lässt angesichts der Tatsache, dass noch immer mehr als 1,6 Milliarden Menschen keinen Zugang zu Elektrizität haben, für die Zukunft einen rasanten Anstieg des Verbrauchs um bis zu 45 Prozent bis 2035 erwarten.

Bruttostromerzeugung in Deutschland (2011) Mineralölprodukte 1,1 % Steinkohle 18,5 %

Erdgas 13,6%

Übrige Energieträger 4,2 %

8 % Wind Braunkohle 24,6 %

Erneuerbare 20,3 %

5,4 % Biomasse 2,9 % Wasser 3,2 % Photovoltaik 0,8 % Hausmüll

Kernenergie 17,7 % Quelle: AG Energiebilanzen 2012

Im- und Export von Strom zwischen Deutschland und seinen Nachbarländern innerhalb des europäischen Verbundnetzes UCTE

608,8

621,0

Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung, bezogen auf elektrische Energie:

Export | Import 59,9 Mrd. kWh | 42,2 Mrd. kWh

2010

56,0 Mrd. kWh | 50,0 Mrd. kWh

2011

Der Stromexport ging von 2010 auf 2011 deutlich zurück, während der Import stieg.

2000

2011

• Reduktion des Stromverbrauchs um 10 % bis 2020 und um 25 % bis 2050 (gegenüber 2008). • Anteil der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien am Bruttostromverbrauch: 35 % bis 2020 und 80 % bis 2050. • Beschleunigung des Ausbaus der Offshore-Windleistung sowie Ausbau der Netzinfrastruktur (Nord-Süd-Trassen). • Ausstieg aus der Kernenergienutzung in Deutschland bis 2022.

2030*

*Vorläufige Prognose, Stand: 10/2011 Quelle: BMWi/AGEB,

Studien zur weiteren Entwicklung des Energieverbrauchs bzw. der Stromerzeugung in den nächsten 20 Jahren zeigen eine uneinheitliche Entwicklung. Fachleute rechnen damit, dass sich der Primärenergiebedarf in Deutschland bis 2030 um nahezu 25 Prozent gegenüber dem Referenzjahr 2000 verringern wird. Den Strombedarf in Deutschland sehen Energieexperten dagegen für die nächsten 20 Jahre auf einem annähernd gleichbleibenden Niveau, er könnte trotz aller Bemühungen, Strom zu sparen, in der Zukunft sogar noch leicht ansteigen. Zeitbild Wissen

Deutschlands Stromnetz gilt als eines der weltweit sichersten. Sollte es dennoch einmal zu einem Engpass in der Energieversorgung kommen, gibt es Unterstützung aus anderen europäischen Ländern. Für den Stromaustausch haben sich europäische Länder zu einem grenzübergreifenden Verbundnetz zusammengeschlossen. Das Verbundnetz ermöglicht auch den Stromhandel. Strom wird dort gekauft, wo er gerade am günstigsten produziert wird. Wer beispielsweise gerade über freie Stromkapazitäten verfügt, bietet diese über die Strombörse zum Kauf an.

Im Herbst 2010 beschloss die Bundesregierung ein „Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“. Nach der Reaktorkatastrophe von Fukushima hat der Deutsche Bundestag beschlossen, zügig aus der Nutzung der Kernenergie auszusteigen.

Entwicklung der Stromerzeugung in Deutschland (in Mrd. kWh) 576,6

Strom kennt keine Grenzen

Auswirkungen auf die Stromversorgung Vor dem Hintergrund des Kernenergieausstiegs geht es mittelfristig vor allem darum, eine sichere Stromversorgung zu gewährleisten, um mögliche Stromausfälle zu vermeiden. Hierzu muss – parallel zum Ausbau der erneuerbaren Energien – das vorhandene Stromnetz so erweitert und modernisiert werden, dass es künftigen Anforderungen gerecht wird, insbesondere mit Blick auf eine Nord-Süd-Stromachse von Offshore-Windparks zu den Verbrauchszentren der Ballungsräume in West- und Süddeutschland. Auch die Frage der Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien stellt sich für die Zukunft. Diese Speicher gleichen die Unterschiede zwischen Stromnachfrage und schwankendem Stromangebot von Windkraft- und Photovoltaikanlagen aus. In Deutschland dienen Pumpspeicherkraftwerke diesem Zweck, die wenigen Anlagen sind aber schon heute nicht ausreichend in der Lage, Stromproduktionsspitzen durch die erneuerbaren Energien aufzunehmen.

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Kernenergie w e lt w e i t

Standorte von Kernkraftwerken in Europa

Entwicklung weltweit

Nach der Reaktorkatastrophe in Japan legte neben Deutschland auch die Schweiz verbindlich fest, aus der Nutzung auszusteigen, Deutschland nunmehr beschleunigt bis zum Jahr 2022, die Schweiz bis 2034. Auch Italien lehnte die Kernenergienutzung erneut ab. Unter den Staaten, die weiter an der Kernenergienutzung festhalten, sind besonders Indien und China hervorzuheben. Beide Länder setzen aufgrund ihrer wirtschaftlichen Entwicklung und ihres großen Strombedarfs auf den Ausbau der Kernenergie und planen zahlreiche neue Kraftwerke. Auch europäische Staaten wie Frankreich, Großbritannien und Finnland, aber auch die USA halten weiter an der Kernenergie fest und planen zum Teil, ihre Kernenergiekapazitäten zu ersetzen oder weiter auszubauen.

KernenergieNUtzung

Keine KernenergieNUtzung

KernenergieNUtzung geplant

AUSSTIEG AUS DER KernenergieNUtzung Beschlossen

Zum Jahresende 2011 waren weltweit 437 Kernkraftwerke in Betrieb. Stand 9/2012. Quelle: IAEA

Die zivile Nutzung der Kernenergie in Kernkraftwerken begann Mitte der 1950er-Jahre. In den folgenden Jahrzehnten wurden in vielen Industriestaaten Kernkraftwerke gebaut; deren Leistung pro Reaktor wuchs schnell an. Im Jahr 1951 erzeugte der erste Versuchsreaktor in den USA Strom aus Kernenergie. Das erste Kraftwerk zur großtechnischen Erzeugung von elektrischer Energie wurde 1954 bei Moskau in Betrieb genommen. 1955 folgte in England das weltweit erste kommerzielle Kraftwerk, 1957 in Pennsylvania in den USA und 1961 in Deutschland. Zahlreiche Länder wandten sich in den folgenden Jahren der Nutzung der Kernenergie zur Stromerzeugung zu.

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Internationale Zusammenarbeit

Stimmen gegen die Kernenergie Seit den 1970er-Jahren entstanden in vielen Ländern Bewegungen, die die Nutzung von Kernenergie ablehnten, weil sie Risiken für Bevölkerung und Natur befürchteten. Vor allem in Deutschland ist diese Bewegung seit über 40 Jahren sehr aktiv. Die teilweise Kernschmelze im Kernkraftwerk Three Mile Island 1979 in den USA und insbesondere die Reaktorkatastrophe von Tschernobyl 1986 in der Sowjetunion, heute Ukraine, bestärkten diese Bewegungen in ihrer Ablehnung. Ab den 1990er-Jahren verlangsamte sich der Ausbau der Atomkraft deutlich; in Deutschland wurde im Jahr 2000 vereinbart, die Nutzung der Kernenergie bis 2024 geordnet zu beenden. Diese Frist wurde von der Bundesregierung 2010 zunächst wieder verlängert. 8

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Die Internationale Atomenergieorganisation (IAEO) wurde 1957 mit dem Ziel gegründet, die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der friedlichen Nutzung der Kernenergie und der Anwendung radioaktiver Stoffe zu fördern und gleichzeitig den Missbrauch dieser Technologie (insbesondere die Weiterverbreitung von Kernwaffen) zu verhindern. Der Sitz der IAEO ist in Wien. Die IAEO befasst sich intensiv mit der Sicherheit von Kernkraftwerken und anderen kerntechnischen Anlagen – insbesondere mit denen in Osteuropa und Asien, wo derzeit die meisten neuen Kernkraftwerke entstehen. Die Organisation formuliert und überwacht nicht nur technische Sicherheitsstandards, sondern auch zum Beispiel Standards für Gesetze und die Einschätzung der Sicherheit und des Managements von Kernkraftanlagen sowie die Verteilung der Uranvorräte weltweit. Zeitbild Wissen


Brunsbüttel

Kernenergie in Deu tschl and

Brokdorf Unterweser

Krümmel

Emsland Grohnde

Kernkraftwerk Neckarwestheim

In Deutschland erlaubten die alliierten Siegermächte bis 1955 keine kerntechnische Forschung, auch nicht für die friedliche Anwendung. Als dieses Verbot aufgehoben war, arbeitete man in der Bundesrepublik Deutschland intensiv daran, den Rückstand zum internationalen Forschungsstand möglichst schnell aufzuholen. Schon nach zwei Jahren war es so weit: 1957 wurde der erste deutsche Forschungsreaktor in Garching bei München – auch als „Atomei“ bezeichnet – in Betrieb genommen. 1961 folgte das erste deutsche Kernkraftwerk in Kahl am Main mit einer Leistung von 15 MW – wenig im Vergleich zu heute üblichen 1.400 MW und mehr. Es wurde 1985 stillgelegt. In den folgenden zwei Jahrzehnten wurden in der Bundesrepublik und in der DDR insgesamt mehr als 30 Kernkraftwerke zur Stromerzeugung gebaut.

In Deutschland wurden insgesamt etwa 100 kerntechnische Anlagen in Betrieb genommen. Dabei muss zwischen Kernreaktoren zur Energiegewinnung und Forschungsreaktoren unterschieden werden. Als letzter kommerzieller Kernreaktor ging 1989 der Block 5 des Kernkraftwerks Greifswald ans Netz. Der Ausbildungskernreaktor Dresden erhielt 2004 als bislang letzter Forschungsreaktor seine Betriebsgenehmigung. Am 1. Januar 1960 trat das Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (kurz Atomgesetz) in Kraft. Seitdem wurde es mehrfach geändert und ergänzt. Im Zuge der Wiedervereinigung wurden die Kernkraftwerke der ehemaligen DDR abgeschaltet.

Biblis A Biblis B

Grafenrheinfeld

Philippsburg 2

Isar 1 Neckarwestheim 2

Philippsburg 1 Neckarwestheim 1

Isar 2

Gundremmingen B Gundremmingen C

2002 vereinbarte die damalige Bundesregierung mit den Energieversorgungsunternehmen, dass die Nutzung der vorhandenen Kernkraftwerke zeitlich begrenzt wird und keine neuen Kernkraftwerke gebaut werden. Vorgesehen war, dass die ursprünglich 19 kommerziell genutzten Kernkraftwerke (bezogen auf das Jahr 2002) bis 2021 abgeschaltet werden. Zwei Kernkraftwerke, Stade und Obrigheim, wurden in den Jahren 2003 und 2005 abgeschaltet, in Betrieb waren 17 kommerziell genutzte Kernkraftwerke.

gemäß Atomgesetz-Novelle von 2011 außer Betrieb

Im Zuge eines neuen Energiekonzeptes entschied die Bundesregierung 2010, die Laufzeiten der deutschen Kernkraftwerke um durchschnittlich 12 Jahre zu verlängern. Aufgrund der Reaktorkatastrophe von Fukushima beschloss sie im März 2011 jedoch ein Moratorium zur Sicherheitsüberprüfung aller deutschen Kernkraftwerke. Dieses beinhaltete die vorläufige Abschaltung der sieben vor 1980 ans Netz gegangenen Kraftwerke. Mit der Novellierung des Atomgesetzes im August 2011 erlosch die Betriebsgenehmigung dieser sieben Kernkraftwerke sowie des Kernkraftwerks Krümmel. Die verbleibenden neun Reaktoren sollen gemäß dem Atomgesetz nun bis spätestens Ende 2022 abgeschaltet werden. In Betrieb sind acht Forschungsreaktoren und fünf Unterrichtsreaktoren.

Kernkraftwerke in Betrieb

Stromerzeugung aus Kernkraft in Deutschland 16000

Stromerzeugung in GWh

14000 12000 10000 8000 6000 4000 3000 0 Jan

Feb

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Apr

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2011

Quelle: VGB PowerTech

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Der Aufbau eines Kernkraftwerks

Der Siedewasserreaktor (SWR) Dieser Reaktortyp verfügt über zwei Wasserkreisläufe. Beim Siedewasserreaktor wird der Dampf, der die Turbinen antreibt, direkt im Reaktor erzeugt. Die Brennstäbe geben die Wärme direkt an das Wasser ab, das sie umgibt. Dieses beginnt dadurch zu sieden – daher der Name. Der entstehende Dampf wird direkt an die Turbinen weitergeleitet, gelangt von dort in einen Kondensator, wo er wieder zu flüssigem Wasser abkühlt. Und von hier geht es wieder zurück in den Reaktor.

In einem Kernkraftwerk (KKW), auch als Atomkraftwerk (AKW) bezeichnet, entsteht Wärme durch die kontrollierte Kernspaltung von radioaktivem Uran-235. Diese Wärme erhitzt Wasser, mit dem entstehenden Dampf wird eine Turbine angetrieben, an der ein Generator angeschlossen ist. Der Generator erzeugt schließlich elektrischen Strom. Typen von Kernreaktoren

Der Druckwasserreaktor (DWR)

Es gibt weltweit verschiedene Reaktortypen. Man unterscheidet sie danach, wie der Reaktorkern gekühlt wird – entweder mit Wasser, Natrium oder Heliumgas. In Deutschland gibt es nur wassergekühlte Reaktoren, die sogenannten Leichtwasserreaktoren. „Leichtes Wasser“ ist dabei die Bezeichnung für gewöhnliches Wasser, dessen Wasserstoffatome aus dem leichtesten Wasserstoffisotop, aus Protium, bestehen. Das Wasser umspült die Brennstäbe im Reaktorkern und dient als Moderator* und zur Kühlung der Brennstäbe. Leichtwasserreaktoren gibt es in zwei unterschiedlichen Formen: Druckwasserreaktoren und Siedewasserreaktoren. Von den neun deutschen Kernkraftwerken in Betrieb gehören sieben Anlagen zum Typ Druckwasserreaktor, zwei Anlagen zum Typ Siedewasserreaktor.

ist weltweit die häufigste Bauform der Leichtwasserreaktoren. Der Betriebsdruck des Wassers ist mit bis zu 150 bar so hoch gewählt, dass es bei der vorgesehenen Temperatur nicht siedet. Dadurch erfolgt eine gleichmäßige Benetzung der Brennstäbe und eine ausgeglichene Wärmeverteilung. Druckwasserreaktoren verfügen über drei Wasserkreisläufe. Der Primärkreislauf nimmt die Wärme des Reaktors auf und gibt sie an den Sekundärkreislauf ab. Dadurch verdampft darin das Wasser; der Dampf treibt die Turbine an. Der Kühlkreislauf kühlt den Dampf im Sekundärkreislauf im Kondensator wieder zu Wasser. Der Vorteil: Die Radioaktivität bleibt im Primärkreislauf, sie gelangt nicht in die Turbine und den Kondensator.

*Der Moderator dient dazu, schnelle Neutronen abzubremsen, um so die Kettenreaktion zu ermöglichen.

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Abklingbecken für Brennelemente

Schemazeichnung eines Druckwasserreaktors (DWR)

Der Betriebsdruck eines Siedewasserreaktors ist mit etwa 70 bar relativ niedrig. So muss der Druckbehälter nur für einen Druck – einschließlich Sicherheitszuschlag – von etwa 90 bar ausgelegt werden. Außerdem gibt es beim Siedewasserreaktor nur einen Wasserkreislauf zwischen Turbine und Reaktor. Das Wasser dient im Reaktor auch als Moderator. Im Dampf befinden sich weniger Wassermoleküle, daher verschlechtert sich bei steigender Hitze die Moderatorwirkung: Je heißer der Reaktor wird, desto mehr bremst er sich selbst, eine vorteilhafte Sicherheitseigenschaft. Das Wasser im Reaktor enthält hochradioaktive Stoffe, die aus den Brennstoffstäben stammen. Sie werden durch die Dampf-Wasser-Trennung zum weitaus größten Teil im Reaktordruckbehälter zurückgehalten. Gasförmige radioaktive Stoffe, die mit dem Dampf mitgerissen werden, werden im Kondensator abgesaugt und damit dem Kühlmittelkreis entzogen. Deshalb sind auch Maschinenhaus und Turbine in die Sicherheitsmaßnahmen des Strahlenschutzes einbezogen. Aus diesem Grund sind Sicherheitseinrichtungen eingebaut, die bei einer Störung den Dampfstrom zum Maschinenhaus sofort unterbrechen.

Reaktordruckbehälter Hauptkühlmittelpumpe Dampferzeuger Sicherheitsbehälter Brennelementlagerbecken Turbinen-Hochdruckteil Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer Turbinen-Niederdruckteil Generator Transformator Kondensator Vorwärmanlage Speisewasserpumpe Hauptkühlwasserpumpe Kühlturm

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Barriere 1 Das Kristallgitter des Brennstoffes selbst: Die erste Barriere stellen die Kernbrennstofftabletten selbst dar, da sie den größten Teil der Spaltprodukte zurückhalten. In Leichtwasserreaktoren wird heute nahezu ausschließlich Uran-235 für die Kernspaltung verwendet. Dieses ist in dem natürlich vorkommenden Uran in einem Anteil von 0,7 Prozent enthalten. Im Kernbrennstoff wird dieser Anteil auf 3 bis 5 Prozent angereichert.

Sicherheit von Kernkraftwerken in Deutschland Der Schutz der Bevölkerung vor einer radioaktiven Belastung ist beim Betrieb eines Kernkraftwerkes ganz besonders wichtig. Deshalb unterliegen in Deutschland gemäß den Vorgaben des Atomgesetzes Planung, Bau, Betrieb und Rückbau eines KKW sehr strengen Vorschriften und staatlicher Aufsicht. Auf der Bundesebene ist das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) zuständig. Das BMU überträgt den Ländern die Aufsicht über den Betrieb der Kernkraftwerke. Die Umweltministerien der Länder wachen mit Unterstützung von Gutachterorganisationen (z. B. TÜV) darüber, dass die Anlagen nach den rechtlichen Vorgaben betrieben werden und dass der gesetzlich geforderte Schutz gewährleistet wird.

Barriere 2

Sicherheitsüberprüfungen und -analysen

Barriere 3

Die Brennstabhülle: Die gasdicht und druckfest verschweißte Brennstabhülle trennt den Kernbrennstoff vom Kühlmittel und verhindert, dass die bei der Kernspaltung entstehenden Spaltprodukte in das Kühlmittel gelangen. Darüber hinaus muss die Brennstabhülle über mechanische Festigkeit verfügen, korrosions- und hitzebeständig sein sowie eine geringe Neigung zur Neutronenabsorption aufweisen. Die Brennstäbe eines Druckwasserreaktors sind – bspw. wie im Kernkraftwerk Brokdorf – 4,8 Meter lang, 11 Millimeter dick und bestehen aus einer 0,65-Millimeter starken Umhüllung aus Zirkaloy (Zirkonium-Legierung).

Der Reaktordruckbehälter mit dem angeschlossenen Rohrsystem: Der Reaktordruckbehälter – ein dickwandiger zylindrischer Stahlbehälter mit einer Höhe von zwölf und einem Innendurchmesser von fünf Metern besitzt eine Wandstärke von 25 Zentimetern und ein Leergewicht von etwa 530 Tonnen. Das Reaktordruckgefäß und die Wandungen des Kühlmittelkreislaufes verhindern das Austreten der im Brennstoff entstandenen radioaktiven Substanzen und der sich im Kühlwasser befindlichen durch Neutronen aktivierten Korrosionsprodukte.

Nationale und internationale Aufsichtsbehörden führen regelmäßige Kontrollen aller Kernkraftwerke durch. Die technischen Systeme werden ständig weiterentwickelt und modernisiert. Der Erfahrungsaustausch mit anderen Staaten trägt dazu bei, dass alle Kernkraftwerksbetreiber von den neuesten Erkenntnissen profitieren können. Auch die Aus- und Weiterbildung des Personals spielt eine wichtige Rolle: Die Kernkraftwerksmitarbeiter bilden sich regelmäßig fort, zum Beispiel durch Sicherheitstrainings am Simulator.

Barriere 4

Aktive Sicherheitsmaßnahmen Neben den hier vorgestellten passiven Sicherheitsmaßnahmen verfügen Kernkraftwerke noch über aktive Sicherheitsmaßnahmen. Dazu gehören: Redundanz – alle Sicherheitssysteme sind mehrfach vorhanden. Diversität – die Sicherheitssysteme sind nicht nur mehrfach vorhanden, sondern auch unterschiedlich ausgelegt. Räumliche Trennung – stellt sicher, dass nicht mehrere Systeme gleichzeitig beschädigt oder zerstört werden können. Fail-Safe – bedeutet, dass die Sicherheitssysteme bei eventuellen Fehlern sofort aktiv werden. Zeitbild Wissen

Betonabschirmung (Biologischer Schild): Der Reaktordruckbehälter befindet sich in einer Betonkammer. Diese verfügt über eine besondere Kühlung und übernimmt die Funktion eines biologischen Schildes und der Strahlenabschirmung. Ein geringer Anteil der entstandenen Spaltprodukte kann gegebenenfalls in das Kühlmittel gelangen. Barriere 5

Sicherheitsschleuse

Der Sicherheitsbehälter (Containment): Der Reaktordruckbehälter und der sich daran unmittelbar anschließende Teil des Kühlmittelkreislaufes werden vom gasdichten und druckfesten Sicherheitsbehälter mit einer Wanddicke von z. B. 30 mm umschlossen. Um den Sicherheitsbehälter befindet sich – in einigen Zentimetern Abstand – eine Dichthaut aus Stahl von vier Millimetern Stärke. Der Reaktordruckbehälter ist so ausgelegt, dass er bei Störungen den austretenden Dampf aufnimmt, sodass keine radioaktiven Stoffe in die Atmosphäre und Umgebung entweichen können.

Das Zwiebelschalenprinzip In westlichen Leichtwasserreaktoren dienen mehrere Barrieren zum Zurückhalten der radioaktiven Stoffe. Wie bei einer Zwiebel, deren Keim von vielen Schutzschichten umschlossen ist, wirken beim Kernkraftwerk mehrere nacheinander gestaffelte Barrieren. Selbst wenn eine Barriere versagen sollte, sorgen die übrigen weiterhin für Sicherheit. Die Mehrfachbarrieren schließen somit die Radioaktivität sicher ein. Darüber hinaus herrscht im Reaktorgebäude ein konstanter Unterdruck, der das Austreten von Radioaktivität aus dem Inneren verhindern kann. 14

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1 – Kristallgitter des Brennstoffs 2 – Brennstabhülle 3 – Reaktordruckbehäter 4 – Betonabschirmung 5 – Sicherheitsbehälter 6 – Stahlbetonhülle

Barriere 6 Stahlbetonhülle: Der stählerne Sicherheitsbehälter ist mit einer bis zu zwei Meter dicken Stahlbetonhülle umschlossen. Diese bildet das sichtbare Reaktorgebäude und schützt gegen äußere Einwirkungen.

100-prozentige Sicherheit? Kritiker der Kernkraftnutzung wie zum Beispiel Umweltorganisationen bemängeln, dass bei allen ausgefeilten technischen Sicherheitssystemen der Faktor Mensch ein unkalkulierbares Risiko darstelle. Die Erfahrung zeige, dass Menschen unvorhersehbare Fehler machen können. Auch eine noch so ausgefeilte Technik und Sicherheit könne diese Risiken allenfalls minimieren, aber nicht ausschließen. Hinzu käme, dass es erfahrungsgemäß kein technisches System gebe, das zu 100 Prozent sicher sei. Ein schwerer Reaktorunfall – insbesondere in einem dicht besiedelten Industrieland – könne nach Auffassung von Kritikern zu unüberschaubaren Folgen führen.

Sicherheit nach Fukushima Die Bundesregierung ordnete nach der Katastrophe von Fukushima an, eine Untersuchung aller deutschen Kernkraftwerke auf ihre Sicherheit gegen Naturkatastrophen (Erdbeben und Hochwasser mit Überflutung der Anlage), gegen einen Ausfall der Kühlwasserversorgung sowie gegen Flugzeugabstürze durchzuführen. Für die deutschen Anlagen hat die untersuchende Reaktorsicherheitskommission (RSK) des Bundesumweltministeriums festgestellt, dass sie „durchgehend robuster sind als die von Fukushima I [Daiichi]“. Gleichzeitig wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Sicherheitsreserven empfohlen. Zeitbild Wissen


Schutzplatte

Radioaktive Abfälle

Blick in den Reaktorkern

Sekundärdeckel

te in die Wiederaufarbeitung sind seit dem 1. Juli 2005 verboten. Seither lagern alle abgebrannten Brennelemente bis zu ihrer Endlagerung in eigens errichteten Zwischenlagern an den Standorten der einzelnen Kernkraftwerke.

Für die Behandlung der Abfallstoffe, den Transport und die Zwischenlagerung sind in Deutschland die Abfallverursacher, das heißt bei Abfällen aus Kernkraftwerken die Energieversorgungsunternehmen, verantwortlich. Für die Endlagerung liegt die Verantwortung gemäß Atomgesetz bei der Bundesrepublik Deutschland.

Abschirmungselemente

Die CASTOR-Behälter Tragekorb mir Einzelbehältern

Für den Transport und die langjährige Zwifür strahlende Glaszylinder schenlagerung von abgebrannten Brennelementen oder Brennelemente und hochradioaktiven Abfällen werden in Deutschland hauptsächlich sogenannte CASTOR-Behälter verwendet. Es gibt hiervon unterschiedliche Bauformen, je nachdem für welche Art von Brennelementen oder Abfällen. Ein aktueller CASTORBehälter für bestrahlte Brennelemente ist an die 6 Meter lang, hat einen Durchmesser von etwa 2,5 Behälterkörper aus besonders Meter, eine Wandstärke von 40 cm und ein Leerdickem und stabilem Gusseisen gewicht von rund 100 Tonnen. Sein Behälterkörper ist aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt, Kühlrippen einem speziellen Material, das über eine extrem hohe Festigkeit und Zähigkeit verfügt. Der Behälter schirmt die Gamma- und NeutronenstrahTragzapfen lung weitgehend ab. Die Anforderungen an einen Transportbehälter sind in Bezug auf mechanische Quelle: GNS Stabilität, Dichtheit und Temperaturfestigkeit sehr hoch. Behälter, wie sie für abgebrannte Brennelemente eingesetzt werden, müssen gemäß international gültigen Gefahrgutbestimmungen folgende • Freier Fall des Behälters aus 9 m Höhe auf ein Prüfungen bestehen, ohne undicht zu werden: unnachgiebiges Fundament.

In Deutschland werden zwei Arten radioaktiver Abfälle unterschieden: • wärmeentwickelnde Abfälle (hochradioaktiv) • Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (schwach- und mittelradioaktiv) Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung sind beispielsweise Schutzkleidung, Filter, Reinigungsmittel oder auch kontaminierte Werkzeuge aus dem Betrieb der Anlagen sowie Rohre, Kabel oder auch ausgediente Anlagenteile wie z. B. Pumpen oder Rohrleitungen, die vor allem beim Rückbau anfallen. Zu den wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen zählen die abgebrannten Brennelemente der Kernkraftwerke sowie die radioaktiven Abfälle, die aus der Wiederaufarbeitung deutscher Brennelemente in Frankreich und England stammen. In Deutschland ist vorgesehen, alle radioaktiven Abfälle für immer in tiefe geologische Formationen (bis ca. 1.300 m Tiefe) einzulagern, um sie dauerhaft von der Biosphäre abzuschließen. Was passiert mit den Abfällen? Bevor Abfälle in einem Endlager eingelagert werden können, müssen sie behandelt und endlagergerecht verpackt werden. Hierbei steht insbesondere die Volumenreduzierung im Vordergrund. Die Behandlung der Abfälle hängt in starkem Maße von ihrer Radioaktivität und von der Form ab, in der sie vorliegen. Schwach und mittelradioaktive Stoffe, die in fester Form vorliegen, werden zunächst gepresst, damit sie möglichst wenig Platz benötigen, und anschließend in Stahlfässern verpackt. Bei Flüssigkeiten trennt man

Primärdeckel

die radioaktiven Stoffe durch Verdampfen, Fällen oder Filtern von der nicht aktiven Flüssigkeit ab und verfestigt die Rückstände in Bitumen oder Zement. Sie werden ebenfalls in Stahlfässern eingeschlossen. Jährlich werden in einem Druckwasser-Kernkraftwerk ungefähr 40 Brennelemente mit einem Gesamtgewicht von ca. 20 Tonnen ausgetauscht. Die abgebrannten Brennelemente lagern zunächst einige Jahre im Abklingbecken des Kraftwerks, bis ihre Radioaktivität und Wärmeproduktion so weit abgeklungen sind, dass sie in Zwischenlagerbehälter verpackt werden können. Bis 2005 kam ein Teil der abgebrannten Brennelemente aus Deutschland zur Wiederaufarbeitung, die gesetzlich vorgesehen war, in spezielle Anlagen nach Frankreich und Großbritannien. In einem komplizierten Verfahren wurden Plutonium und Uran abgetrennt, um sie zu neuen Brennelementen zu verarbeiten. Die übrigen, nicht wieder verwertbaren Spaltprodukte aus den abgebrannten Brennelementen werden in einer Borsilikatglasschmelze eingeschlossen und in Behälter aus Edelstahl gefüllt. Deutschland ist zur Rücknahme der bei der Wiederaufarbeitung entstandenen radioaktiven Abfälle verpflichtet. Die Abfälle wurden zu einem großen Teil bereits nach Deutschland zurückgebracht beziehungsweise werden in den nächsten Jahren noch nach Deutschland zurückgeführt. Transpor-

• Freier Fall des Behälters aus 1 m Höhe auf einen Stahldorn mit einem Durchmesser von 15 cm und einer Höhe von mindestens 20 cm. • Feuertest von 30 Minuten bei mindestens 800 °C. • Eintauchen des Behälters in Wasser für 15 Stunden bei einer Wassertiefe von 15 m oder bei Zulassung für besonders große Gesamtaktivität für 1 Stunde bei einer Wassertiefe von 200 m.

Umstrittene Transporte Als „Castortransporte“ mit Güterzügen und Schwerlasttransportern sind die zwischen 1996 und 2011 durchgeführten Rückführungstransporte von hochradioaktiven Wiederaufarbeitungsabfällen aus Frankreich ins Zwischenlager in Gorleben bekannt geworden. Gorleben ist die einzige Anlage in Deutschland, die über eine Genehmigung verfügt, hochradioaktive Abfälle aus der Wiederaufarbeitung deutscher Brennelemente aufzunehmen. Diese Transporte wurden von einem großen Polizeiaufgebot begleitet. Kernkraftgegner nahmen sie zum Anlass, um beispielsweise mit Kundgebungen und Sitzblockaden, an denen sich bis zu mehrere tausend Menschen beteiligten, gegen die Transporte selbst, aber auch gegen die Nutzung der Kernenergie insgesamt zu demonstrieren. Der letzte Transport mit hochradioaktiven Wiederaufarbeitungsabfällen aus Frankreich hat 2011 stattgefunden. Weitere Transporte aus England (hochradioaktiv) und Frankreich (mittelradioaktiv) sind nicht vor 2015 geplant. Verladen eines CASTOR-Behälters

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lbe Gorleben

Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland

Niedersachsen Salzstock Sohle 840 m

Schacht 2

Deckgebirge

geplantes Endlager

Schacht 1

burg

Sohle 870 m

Länge des Streckensystems: ca. 7 km

m mächtige Salzbarriere über Die Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland600 ist dem Einlagerungsbereich. im Atomgesetz (AtG) geregelt. Demnach muss die BundesregieDies entspricht etwa der den nuklearen Abfall unwiederEin Salzstock ist nach heutigen vierfachen Höhe des Kölner Doms. bringlich umschließt. Erkenntnissen für die End kein radioaktives Material ins Grundwasser rung Anlagen zur Sicherstellung und zur Endlagerung radioaklagerung besonders gut geeignet, die Wärme des nuklearen Abfalls Der nukleare Abfall soll auf der 870-m-Sohle gelangen. in Behältern und endgelagert werden• Salz weilbesitzt das Steinsalz u.a. Plastizität. Spalten gut ableitet. tiver Abfälle einrichten. Die Zuständigkeit innerhalb des Bundes eine große und Hohlräume schließen sich von selbst wieder. liegt beim Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und • Salz verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit, damit kann die Wärme, die radioaktive Reaktorsicherheit (BMU) mit seiner nachgeordneten Behörde, Abfälle erzeugen, gut abgeleitet werden. dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS). Aus diesen Gründen halten Fachleute nach heu1

Schacht- und Sohlensystem in Gorleben

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Quelle: BMWi

tigem Stand der Erkundung Gorleben als Endlager für hochradioaktive Abfälle für geeignet. Es gibt auch Fachleute, die bezweifeln, dass Salzlagerstätten ganz allgemein und Gorleben im Besonderen für die Endlagerung von radioaktiven Abfällen geeignet seien. Problematisch sei beispielsweise der mögliche, langsame Austritt von Schadstoffen aus dem Salzstock durch Grundwassereinbrüche. Gegen Gorleben sprächen außerdem beispielsweise auch geologische Gründe wie eine Bruchzone im Untergrund oder vermutete gasführende Schichten. Die Fachmeinungen dazu sind allerdings höchst widersprüchlich.

sich bereits radioaktive Abfälle, es finden jedoch keine neuen Einlagerungen mehr statt. Aufgrund von Wasserzuflüssen in die unterirdischen Lagerräume prüft die Behörde gegenwärtig Möglichkeiten, die Abfälle in der Asse aus dem Bergwerk zurückzuholen. Das stillgelegte Eisenerzbergwerk Schachtanlage Konrad, nahe Salzgitter, ist als Endlager für schwach- und mittelradioaktive Abfälle gesetzlich genehmigt und wird für die Einlagerung der Abfälle ausgebaut.

Die Suche geht weiter In die Erkundung von Gorleben wurden bisher 1,6 Milliarden Euro investiert, die zu über 90 Prozent von den Energieversorgungsunternehmen getragen wurden. Eine abschließende Entscheidung, ob der Salzstock als mögliches Endlager geeignet ist oder nicht, liegt auch nach über 30 Jahren nicht vor. Hierfür würde es noch einiger weiterer Jahre Erkundung und eines Genehmigungsverfahrens bedürfen. Im November 2011 vereinbarten das Bundesumweltministerium und die Bundesländer, dass bundesweit eine neue, ergebnisoffene Suche nach einem geeigneten Standort für ein Endlager durchgeführt werden soll. In die Suche sollen neben Salz auch weitere geologische Formationen, z. B. Ton, einbezogen werden.

Gorleben als Endlager?

Technische Messungen in Gorleben

In Deutschland sind etwa 95 Prozent der anfallenden nuklearen Abfälle schwach- und mittelradioaktiv. Etwa 5 Prozent sind hochradioaktiv, enthalten aber 99 Prozent der gesamten Radioaktivität. Radioaktive Abfälle sollen für 1 Million Jahre sicher von der Umwelt abgeschirmt werden. International besteht Konsens, tiefe geologische Formationen für die Endlagerung zu nutzen. In Deutschland gibt es vier Endlager bzw. Endlagerprojekte, die unter der fachlichen Aufsicht des BfS stehen: das Endlager Morsleben in SachsenAnhalt, die Endlager Asse und Schacht Konrad und das Erkundungsbergwerk Gorleben in Niedersachsen. In Morsleben und der Asse befinden Zeitbild Wissen

Erkundungsbergwerk Gorleben

Am Standort Gorleben befindet sich ein unberührter Salzstock (anders als die Asse, die früher als Salzbergwerk diente und riesige Hohlräume enthält, vergleichbar einem groben Schwamm), der seit 1979 auf seine Eignung als mögliches Endlager für hochradioaktive Abfälle hin untersucht wird – die sogenannte Erkundung. Nach Auffassung vieler Fachleute lassen sich radioaktive Abfälle in Salzformationen besonders sicher lagern: • Salzlagerstätten weisen eine besonders hohe geologische Stabilität auf, verändern sich also über lange Zeiträume hinweg nicht; der Salz- stock Gorleben z. B. existiert über 200 Mio. Jahre. • In Salzstöcken lassen sich gut Hohlräume für den Einlagerungsbetrieb anlegen. • Das Innere von Salzlagerstätten steht nicht mit dem Grundwasser in Verbindung. Damit kann

Was machen die anderen? In anderen Ländern mit Kernkraftwerken werden auch alternative Gesteinsformationen erkundet, da u. a. keine geeigneten Salzvorkommen vorhanden sind. In Frankreich und in der Schweiz 18

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Karte mit den Standorten Asse, Morsleben, Konrad sowie des Erkundungsbergwerks Gorleben. Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz.

sind es Tongesteine, in den USA ist dies vulkanischer Tuffstein, in Finnland und Schweden Granit. In Finnland und in Schweden, wo sich Gemeinden um den Endlagerstandort beworben hatten, wurden bereits Standorte für ein Endlager hochradioaktiver Abfälle ausgewählt. Forschen für die Entsorgung Wegen der zum Teil sehr langen Halbwertzeit einiger Radionuklide müssen hochradioaktive Abfälle über sehr lange Zeiträume sicher von der Biosphäre abgeschirmt werden. Mithilfe der sogenannten Transmutation werden durch Neutronenbeschuss langlebige Isotope umgewandelt (transmutiert) und es entstehen letztendlich radioaktive oder stabile Spaltprodukte. Auch in Deutschland wird auf diesem Gebiet geforscht. Solche Verfahren sind aber heute reine Forschungsprojekte. Ob sie jemals kommerziell eingesetzt werden können, ist offen, und sie können damit keine Grundlage für eine verantwortungsvolle Entsorgungsplanung sein. Zeitbild Wissen


Rückbau von Kernkraftwerken

rückgebaut. Ein Beispiel für das Konzept des sicheren Einschlusses ist der ehemalige Hochtemperatur-Reaktor in Hamm-Uentrop. Er befindet sich seit 1997 im sicheren Einschluss, ab 2027, nach Unterschreiten der relevanten Grenzwerte, kann dann endgültig mit dem Abriss begonnen werden, für den ca. 20 Jahre veranschlagt werden.

Wie andere Industrieanlagen auch werden Kernkraftwerke am Ende ihrer Betriebszeit stillgelegt. Aber ein Kernkraftwerk kann u. a. wegen der radioaktiven Bestandteile nicht einfach abgerissen werden, es muss kontrolliert zurückgebaut werden. Ziel des Rückbaus ist die vollständige Beseitigung der Anlage und die Wiederherstellung des ursprünglichen, natürlichen Zustands des Geländes – der Rückbau zur „Grünen Wiese“ oder alternativ auch für die Nachnutzung als Industrie- und Gewerbegebiet. Dies kann aufgrund der hohen sicherheitstechnischen Anforderungen und der notwendigen Genehmigungsverfahren mit Beteiligung der Öffentlichkeit unter Umständen viele Jahre dauern, beim direkten Rückbau bis zu 20 Jahre. Seit Beginn der kommerziellen Nutzung der Kernenergie wurden in Deutschland bereits mehrere Anlagen stillgelegt und wie z. B. das VAK Kahl zurückgebaut. Jede Menge Auflagen In Deutschland ist das Atomgesetz maßgebend für die Errichtung, den Betrieb und die Stilllegung von Kernkraftwerken. Hinzu kommen noch zahlreiche weitere Verordnungen wie z. B. die Strahlenschutzverordnung, das Kreislaufwirtschaftsgesetz, die Gefahrstoffverordnung und das Bundesimmissionsschutzgesetz. Der Sicherheitsgedanke spielt in allen Phasen eines Kernkraftwerks, von der Errichtung über den Betrieb bis hin zum Rückbau, eine sehr große und wichtige Rolle. Sowohl die Umwelt als auch die beim Rückbau beteiligten Menschen müssen vor jeglicher Beeinträchtigung durch radioaktive Strahlung geschützt werden. Sofort oder später – Rückbaukonzepte Es stehen im Prinzip zwei Wege zur Auswahl, um ein Kernkraftwerk zurückzubauen: Der „direkte Rückbau“ und der „Rückbau nach sicherem Einschluss“. Beim „direkten Rückbau“, der häufigsten Form des Rückbaus in Deutschland, wird das Kraftwerk nach Ende des Regelbetriebs in mehreren Schritten nach Genehmigungen der zuständigen Behörden demontiert, die radioaktiv belasteten Bauteile werden aufwendig zerlegt, soweit wie möglich gereinigt – man spricht hier von Zeitbild Wissen

Kritik am Einschlusskonzept Kernkraftgegner halten den „sicheren Einschluss“ über einen so langen Zeitraum für nicht sicher, da aufgrund einer möglichen Beschädigung der Hülle oder einer anderweitigen Freisetzung von Radioaktivität die Gefahr gegeben sei, dass Radioaktivität in die Umwelt gelangen könnte. Anders als beim direkten Rückbau würden die Kraftwerke nicht nach etwa 20 Jahren abgebaut sein, sondern erst nach 40 bis 45 Jahren. Problematisch an dieser Rückbauvariante ist die Tatsache, dass nach einer so langen Zeit vermutlich nur noch wenige Experten für den Rückbau zur Verfügung stünden. Die ehemaligen Mitarbeiter wären dann sicherlich längst pensioniert.

(1968-1976)

Rückbau Rückbau

(1969-2005) Rückbau

Nutzung im Straßenbau Eine der größten Herausforderungen beim Abbau eines Kernkraftwerkes ist die Bewältigung der Abbauabfälle (Abbaumassen). Rund 250.000 Tonnen Abfall müssen zum Beispiel am KKW Würgassen entsorgt werden, rund 80 Prozent der Gesamtmasse sind Betonstrukturen. Alle Materialien werden während der Demontage sortiert, um gezielt wiederverwertet oder entsorgt werden zu können. Nur ein kleiner Teil der Abbaumaterialien ist während des Betriebs des KKW überhaupt mit radioaktiven Stoffen in Berührung gekommen. Der größte Teil dieser Rückbauabfälle kann nach einer sorgsamen und umfangreichen Reinigung (Dekontamination) dem normalen Abfallkreislauf zugeführt werden und zum Beispiel im Straßenbau wiederverwendet werden. Letztendlich sind rund 3 Prozent der Abbaumassen sog. radioaktiver Abfall. Die wesentlichen Abfallverursacher sind der Reaktordruckbehälter, der Biologische Schild und die Dampferzeuger. Diese Bauteile sind durch ihre Nähe zur Kernspaltung selbst radioaktiv geworden (aktiviertes Material) und können nicht dekontaminiert werden. Sie werden vor Ort zerlegt, fachgerecht verpackt und für die spätere Endlagerung bereitgestellt.

dekontaminiert – und fachgerecht entsorgt. Nicht radioaktiv belastete Komponenten wie z. B. Turbinen können herkömmlich zurückgebaut werden. Bei der Methode „sicherer Einschluss“ wird der belastete Teil der Anlagen – bei Druckwasserreaktoren das Reaktorgebäude – zunächst für einen festgelegten Zeitraum „sicher eingeschlossen“. Das bedeutet, dass dieser Bereich von der restlichen Anlage z. B.  durch Abtrennen und Verschließen von Leitungen physisch getrennt und abgeschlossen wird. Der nicht oder nur leicht radioaktiv belastete Außenbereich kann auf herkömmliche Weise zurückgebaut werden. Nach Ablauf der Frist wird der Rest der Anlagen – unter entsprechenden, in der Regel vereinfachten, Sicherheitsvorkehrungen – demontiert. Ziel dieser Rückbauvariante ist es, durch ein Abklingen der Radioaktivität den späteren Abbau der Anlage aufgrund einer niedrigen radioaktiven Belastung zu erleichtern und zwischenzeitliche technische Fortschritte zu nutzen. Beispiele für einen direkten Rückbau sind die Arbeiten am Kernkraftwerk Greifswald nahe Lubmin, es ist das weltweit größte Stilllegungsprojekt dieser Art. Der Rückbau der Anlage erfolgt seit 1995, im Jahr 2014 soll das Gelände wieder nutzbar sein. Auch die Kernkraftwerke Gundremmingen A, Mülheim-Kärlich, Obrigheim, Rheinsberg, Stade und Würgassen werden gegenwärtig direkt

Rückbaustatus von Kernkraftwerken Anlagen in Deutschland

im Rückbau

Rückbau abgeschlossen, „Grüne Wiese“

im „sicheren Einschluss“ Quellen: BfS, AG Energiebilanzen, DAtF

Zerlegen, Sandstrahlen, Zusammenstauchen (Dekontamination und Abfallminimierung) Damit ein Bauteil wieder in den Wertstoffkreislauf zurückkommen kann, muss es ein mehrstufiges Verfahren durchlaufen: Nach der Demontage, Zerlegung und Zerkleinerung werden die Bauteile – falls radioaktive Kontamination festgestellt wird – mit Wasser (Hochdruckreiniger), Sandstrahlern oder Stahlkugelstrahlern gereinigt. Da die Reinigungsmaterialien die radioaktiven Partikel binden, werden sie aufgefangen. Das Wasser beispielsweise wird anschließend verdampft und das übrigbleibende Konzentrat ist dann radioaktiver Abfall. Wird bei der anschließenden Überprüfung des Bauteils noch Kontamination festgestellt, wird erneut gereinigt. Aufgrund sorgfältiger Dekontamination braucht nur ein relativ geringer Umfang des Abbaumaterials als radioaktiver Abfall entsorgt werden. Dieser wird nach Möglichkeit in spezielle 180 l-Blechfässer gefüllt und mit einer Hochdruckpresse extrem verdichtet. Bis zu acht Presslinge lassen sich dann in einem genormten 200 l-Abfallfass unterbringen. Ziel der Abfallbehandlung ist die Volumenreduzierung, da die Kosten für Aufbewahrung und Endlagerung an der Anzahl der Gebinde bemessen werden. 20

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„Wir sind eine Ingenieurnation”

Hinweise für den Einsatz im Unterricht

Joachim Knebel ist seit Oktober 2010 Chief Science Officer im Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Er studierte Maschinenbau und wurde 2002 zum Leiter des Programms »Nukleare Sicherheitsforschung« am KIT sowie Sprecher des gleichnamigen Programms in der Helmholtz-Gemeinschaft berufen. Er ist Autor oder Koautor von mehr als 100 wissenschaftlichen Publikationen sowie Organisator zahlreicher Konferenzen und internationaler Forschungsprojekte im Bereich Kernenergie. Am KIT ist er für die Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik zuständig sowie für das KIT-Zentrum Mobilitätssysteme. Deutschland hat beschlossen, aus der Nutzung der Kernenergie auszusteigen. Wozu brauchen wir dann eigentlich noch Forschung auf diesem Gebiet? Auch wenn alle Kernkraftwerke in zehn Jahren abgeschaltet sein werden, müssen wir uns weiter mit der Kerntechnik beschäftigen. Da ist zum einen die Entsorgung der radioaktiven Abfälle und die Frage des Endlagers, die gelöst werden muss. Dann sollen die Kernkraftwerke zurückgebaut werden, dazu braucht es natürlich Spezialisten, die die Reaktoren kennen und bewerten können. Und auch der Strahlenschutz spielt beim Rückbau, der Endlagerung und in der Nuklearmedizin eine wichtige Rolle. Ich fürchte allerdings, dass es die breit angelegte, nationale Reaktorsicherheitsforschung in 10 bis 15 Jahren in Deutschland wohl nicht mehr geben wird. Aber die wird doch auch nicht mehr benötigt... ... was so nicht stimmt! Um uns herum in Europa, auch weltweit, geht die Entwicklung weiter. Deutschland wird auch in Zukunft als Mitglied internationaler Gremien oder in Kommissionen über Fragen der nuklearen Sicherheit mitentscheiden müssen. Die Bundesregierung, die Ministerien und die Genehmigungsbehörden benötigen dazu eigene Fachkräfte und fachliche Beratung. Das Berufsbild eines reinen Kerntechnikers in Deutschland wird der heute in der Ausbildung stehenden jungen Generation von Ingenieuren aber nur schwer zu vermitteln sein. Was genau wird denn im Bereich der Kernenergie in Deutschland erforscht? Im Bereich der nuklearen Entsorgung, des Strahlenschutzes und der Strahlenmedizin müssen wir in Deutschland Zeitbild Wissen

auch langfristig forschen. Dazu kommt die Behandlung von radioaktiven Abfällen, zum Beispiel die Umwandlung langlebiger Nuklide mittels sogenannter P+TVerfahren. Ein anderes Beispiel ist das in Deutschland entwickelte Entscheidungshilfesystem RODOS, eine Software, die die Ausbreitung von Radioaktivität und notwendige Katastrophenschutzmaßnahmen berechnet. Dieses System wurde auf die Situation in Fukushima, Japan, umgeschrieben und half den Behörden bei wichtigen Entscheidungen, etwa über Evakuierungen. Dieses System fand aber auch bei der Berechnung der Ausbreitung der Aschewolke bei Vulkanausbrüchen Anwendung. Ursprünglich in der Kerntechnik entwickelte Expertise wird auf diese Weise umorientiert und kann im Zuge der Energiewende neu eingesetzt werden. Beispiele sind die Flüssigmetalltechnologie für Solarthermie, Wasserstoff-Sicherheitstechnologie etwa für Brennstoffzellen und Wasserstofftanks in der Mobilität oder die Forschung für Hochtemperatur-Energiematerialien. Was antworten Sie denn jungen Leuten auf die Frage, ob sie jetzt überhaupt noch ein Fach studieren sollten, das mit Kernenergie zu tun hat? Wer sich gezielt für Kernphysik oder Radiochemie interessiert, der sollte diese Fächer auch studieren, denn die Betätigungsfelder im In- und Ausland sind groß und im späteren Berufsleben keineswegs auf Kernenergie beschränkt. Die Nachfrage nach Energietechnik-Fachleuten wird weiter anhalten, im Bereich Reaktortechnik wird sie in Deutschland jedoch über kurz oder lang verschwinden. Wer in diesem Bereich arbeiten will, wird das im Ausland tun. Deshalb interessieren sich auch besonders viele ausländische Studie-

Das vorliegende Bildungsmaterial kann ab der 9. Klasse eingesetzt werden, eignet sich jedoch hauptsächlich für den Einsatz in der Sekundarstufe II. Es besteht aus zwei Teilen – dem Magazinteil und den Arbeitsblättern. Sowohl der Magazinteil als auch die Arbeitsblätter können von Ihren Schülerinnen und Schülern genutzt werden.

Der Magazinteil geht auf hochaktuelle Themen im Zusammenhang mit der Nutzung der Kernenergie ein: der Unfall von Fukushima und seine Folgen, der Umbau der Stromversorgung, das Energiekonzept der Bundesregierung, die Nutzung der Kernenergie weltweit und in Deutschland, der Aufbau und die Sicherheit von Kernkraftwerken, radioaktive Abfälle und ihre Endlagerung sowie der Rückbau von Kernkraftwerken. Der Magazinteil ist informativ gehalten und orientiert sich bei der Auseinandersetzung mit den verschiedenen Themen neben technischen auch an gesellschaftswissenschaftlichen Fragestellungen.

rende für diese Ausbildung bei uns, denn deutsche Universitäten sind auf diesem Gebiet heute weltweit führend. Was die Jobchancen betrifft – nun, Ingenieure werden in allen Bereichen händeringend gesucht! Wir sind eine Ingenieurnation, und das wird auch so bleiben. Eine gute, breit angelegte Ausbildung, sei es zum Beispiel in der Elektrotechnik, in der Verfahrenstechnik oder im Maschinenbau, ist die beste Grundlage. Damit kann man sich später auf Erneuerbare Energien, konventionelle Kraftwerkstechnik oder Kerntechnik spezialisieren – und die Tätigkeitsbereiche im Berufsleben auch wechseln. Das gehört heute selbstverständlich dazu, ebenso wie eine Berufstätigkeit im Ausland.

Der Großteil der Arbeitsblätter greift die Themen aus einer naturwissenschaftlich-technischen Perspektive auf. Beispiele sind hier physikalische Grundlagen (Kernspaltung, Strahlung etc.) oder der Bau und die Funktionsweise von Kernkraftwerken. Arbeitsblätter zur Geschichte und zu Fragen der Endlagerung sollen zu einer offenen Diskussion anregen. Grundsätzlich unterstützen die Arbeitsblätter die selbstständige Auseinandersetzung mit den Themen und können zur Lernkontrolle sowie für die Unterrichtsvorbereitung eingesetzt werden.

Ausgewählte Universitäten und Hochschulen • RWTH Aachen (Prof. Allelein) • Universität Stuttgart (Prof. Starflinger) • Technische Universität München (Prof. Macian) • Ruhruniversität Bochum (Prof. Koch) • Technische Universität Dresden (Prof. Hurtado) Ausgewählte Forschungseinrichtungen

Konzepte für den Unterricht Schülerinnen und Schüler können sich im Rahmen arbeitsteiliger Gruppenarbeit mit je einem Thema auseinandersetzen. Dazu erhält jede Arbeitsgruppe ein Arbeitsblatt mit dem jeweiligen Thema und arbeitet die Fragestellungen anhand der Informationen des Magazinteils und der Arbeitsblätter selbstständig auf. Darüber hinaus können Informationen in Schulbüchern, im Internet (siehe Linkhinweise) oder in der Zeitung recherchiert werden. Dies kann auch in Form einer Wochenhausaufgabe oder einer Hausarbeit geschehen. Nach der Bearbeitung der Aufgaben präsentiert die Gruppe ihr Thema und die Ergebnisse der ganzen Klasse. Die moderierende Lehrkraft führt die Klasse am Ende aller Präsentationen in eine offene Diskussion, in der die erarbeiteten Inhalte besprochen und ausgetauscht werden.

Lehrplananbindung Das Thema Kernenergie in der Energieversorgung ist ein guter Ausgangspunkt für den Projektunterricht bzw. für einen fächerübergreifenden Unterricht. Naturwissenschaftliche und technische Fragestellungen können in den Fächern Physik, Technik, Chemie und Biologie angesprochen werden. Politische, wirtschaftliche, gesellschaftliche und ethische Aspekte des Themas Kernenergienutzung bieten Anknüpfungspunkte für die Fächer Politik, Wirtschaft, Gemeinschaftskunde, Geografie, Ethik und Religion.

• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) • Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) • Forschungszentrum Jülich (FZJ)

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Arbeitsblatt 1:

Arbeitsblatt 2:

Kernspaltung von Uran

Alpha- und Betastrahlung

Für die Nutzung der Kernenergie ist das Uranisotop Uran-235 entscheidend. Da es im natürlichen Uran nur mit einem Anteil von 0,7 Prozent enthalten ist –, der Hauptanteil ist mit 99,3 Prozent das Uran-238 – muss das Isotop Uran-235 deshalb vor dem Einsatz als Brennstoff auf ca. 3 bis 4 Prozent angereichert werden. Die besondere Bedeutung von U-235 besteht darin, dass es sich unter Energiefreisetzung in zwei leichtere Atomkerne (Spaltprodukte) teilt, sobald ihm ein Neutron hinzugefügt wird. Außer den beiden Spaltprodukten entstehen noch zwei bis drei Neutronen, die dazu genutzt werden können, andere U-235-Kerne zu spalten und damit weitere Energie und Neutronen freizusetzen. Man spricht dann von einer Kettenreaktion. Sie ist entscheidend für die Aufrechterhaltung des Spaltungsprozesses und damit für die Nutzung der Kernenergie.

Alpha-Strahlung Beim Alphazerfall stößt ein großer Atomkern wie z. B. Radium-226 einen Heliumkern aus, bestehend aus zwei positiv geladenen Protonen und zwei neutralen Neutronen, und es entsteht Radon-222. Die Strahlung besitzt in Luft nur eine geringe Reichweite von wenigen Zentimetern und lässt sich durch ein Blatt Papier oder eine dünne Alufolie abschirmen. Durch den Alphazerfall entsteht ein Atom mit völlig neuen physikalischen und chemischen Eigenschaften. Nuklide, die solche Teilchen aussenden, nennt man Alphastrahler. Typische in der Natur vorkommende Alphastrahler sind Uran und Thorium sowie einige ihrer Zerfallsprodukte.

Betastrahlung

Möglich ist die Kettenreaktion nur, wenn die bei der Kernspaltung mit relativ hoher Geschwindigkeit freigesetzten Neutronen so langsam geworden sind, dass sie jeweils in die Urankerne eindringen können. Zu diesem Zweck werden sie von einem Moderator verlangsamt – in den deutschen Kernkraftwerken ist dies Wasser. Damit die Kettenreaktion nicht unkontrolliert abläuft, werden über-

Beim Betazerfall werden negativ geladene Elektronen aus einem Atomkern geschleudert. Diese Elektronen sind die Betastrahlung, sie stammen aus dem Atomkern, wo sich ein Neutron in ein Proton und ein Elektron umwandelt. Das Proton bleibt im Kern, das Elektron wird weggeschleudert. Die Reichweite von Betastrahlung kann in Luft einige Meter betragen, abschirmen lässt sie sich durch Aluminiumplatten von einigen Millimetern Dicke. Den hier beschriebenen Vorgang nennt man Beta-Minus-Zerfall. Typische Betastrahler sind Cobalt-60, Strontium-90 oder Cäsium-137. Es gibt auch einen Beta-Plus-Zerfall. Dabei werden „Elektronen“ mit positiver elektrischer Ladung, sogenannte Positronen, aus dem Kern emittiert. Die Strahlung wird deshalb Beta+- oder Positronenstrahlung genannt.

zählige Neutronen mithilfe von Steuerstäben aus Cadmium- oder Borverbindungen, die Neutronen absorbieren, eingefangen. Energie wird deshalb gewonnen, weil bei der Kernspaltung Masse in Energie umgewandelt wird. Bei der Spaltung von 1 kg U-235 ist die Energieausbeute etwa 2,5 Millionen Mal höher als bei der Verbrennung von 1 kg Steinkohle.

Aufgaben 1. Welche berühmte Formel aus der Physik beschreibt die Grundlagen der Umwandlung von Masse in Energie? 2. Nennen Sie einige Isotope des Urans und beschreiben Sie ihre gemeinsamen und unterschiedlichen Eigenschaften.

Aufgaben

3. Erläutern Sie in Ihren eigenen Worten nachstehende Formel.

1. Woraus bestehen Alphateilchen? 2. Wie entsteht das Elektron beim Betazerfall?

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Arbeitsblatt 3:

Arbeitsblatt 4:

Gamma- und Neutronenstrahlung

Energiedosis, Organdosis und effektive Dosis Gammastrahlung

In den Tagen nach der Reaktorkatastrophe in Japan war in den Nachrichten immer wieder von Millisievert (mSv) zu hören und zu lesen. Was hat es damit auf sich?

Gammastrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, wie auch Radiowellen, Mikrowellen oder das sichtbare Licht. Sie ist jedoch wesentlich energiereicher. Gammastrahlung tritt oft auf, wenn beim Alpha- oder Betazerfall überschüssige Energie in Form von Strahlung abgegeben werden muss. Sie ist praktisch mit Röntgenstrahlung identisch, entsteht aber im Kern und nicht wie die Röntgenstrahlung in der Atomhülle. Gammastrahlung wird mit für den jeweiligen Atomkern charakteristischen Energien abgegeben. Der Atomkern ist nach einem Alpha- oder Betazerfall meist noch in einem angeregten Zustand. Diese Energie wird dann in Form eines oder mehrerer Gammaquanten abgegeben. Dadurch ändert sich zwar der Energiezustand des Kerns, nicht jedoch dessen Massenzahl oder Kernladungszahl. Beispielsweise kann der nach dem Betazerfall noch angeregte (metastabile - m) Kern des Barium-137m ein Gammaquant abgeben und dadurch ein niedrigeres Energieniveau erreichen. Gammastrahlung ist sehr durchdringend, um sie abzuschirmen, braucht es dicke Bleischilde von mindestens 20 cm oder Betonwände von mindestens einem Meter Dicke.

Neutronenstrahlung

4 2 He

+ 3 4 Be 12 6C 13 6C

Die Neutronenstrahlung spielt bei der Nutzung der Kernenergie eine entscheidende Rolle. Um die Kettenreaktion in einem Atomreaktor zu starten, braucht man freie Neutronen. Diese strahlt zum Beispiel Beryllium ab, wenn man es mit Alphateilchen (Heliumkernen) beschießt. Dringt ein Alphateilchen in den BerylliumKern ein, so entsteht ein instabiles Kohlenstoff-Isotop mit 13 Kernbausteinen (6 Protonen und 7 Neutronen). Einen stabilen Zustand erreicht der Kern dadurch wieder, dass er ein Neutron abstößt. Am Ende steht Kohlenstoff-12.

Sievert

Strahlenexposition im Vergleich:

Strahlung radioaktiver Stoffe ionisiert beim Eindringen in den Körper Atome und Moleküle. Dabei gibt sie Energie ab. Die Energieabgabe je Masseneinheit nennt man Energiedosis der Strahlung. Sie wird in der Einheit 1 Joule/kg gemessen. Je mehr Energie die Strahlung an den Körper abgibt, desto größer kann die Wirkung sein. Zudem wurde festgestellt, dass die biologischen Wirkungen ionisierender Strahlung nicht nur von der Höhe der Energiedosis, sondern auch von der Art der Strahlung abhängen. Um das zu berücksichtigen, wurde die Organdosis eingeführt. Sie ist gleich der Energiedosis in einem Organ multipliziert mit einem von der jeweiligen Strahlungsart abhängigen Faktor. Bei Beta-, Gamma- und Röntgenstrahlung ist der Faktor 1, bei Alphastrahlung 20. Ihre Einheit ist ebenfalls 1 Joule/kg, sie wird mit dem speziellen Einheitennamen Sievert (Sv*) bezeichnet. Da 1 Sievert eine sehr große Strahlendosis ist, werden die Werte üblicherweise in tausendstel Sievert (Millisievert, 1 mSv = 0,001 Sv) oder in millionstel Sievert (Mikrosievert, 1 μSv = 0,001 mSv = 0,000001 Sv) angegeben.

• 7.000 mSv: Tödliche Dosis bei kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung

Die effektive Dosis berücksichtigt dazu noch die unterschiedliche Empfindlichkeit der Organe durch einen organspezifischen Wichtungsfaktor. Ihre Einheit ist ebenfalls 1 Sv. Die in einer bestimmten Zeitspanne erhaltene Strahlendosis, dividiert durch die Länge dieser Zeitspanne, bezeichnet man als Dosisleistung. Die Angabe erfolgt üblicherweise in Millisievert oder Mikrosievert pro Stunde (mSv/h oder μSv/h). Die maximale erlaubte effektive Dosis im Jahr für beruflich strahlenexponierte Personen beträgt 20 mSv/a, über ein Berufsleben dürfen jedoch nicht mehr als 400 mSv zusammenkommen.

1 0n

• 20 mSv: Jahres-Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen. • 6-10 mSv: Computertomographie des Brustkorbs. • 4 mSv: Mittlere jährliche effektive Dosis durch natürliche und künstliche Strahlenquellen in Deutschland • 0,1 mSv: Hin- und Rückflug Frankfurt – New York; Röntgenaufnahme des Brustkorbs.

Aufgaben 1. Wieso ist der Umrechnungsfaktor zur Ermittlung der Organdosis aus der Energiedosis bei der Alphastrahlung so viel höher als bei den anderen Strahlungsarten?

Aufgabe 1. Erläutern Sie in Ihren eigenen Worten die Entstehung der Gammastrahlung. Zeitbild Wissen

• 1.000 mSv: Vorübergehende Strahlenkrankheit bei kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung.

* Rolf Sievert (1896-1966), schwedischer Physiker

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2. Wie hoch ist die empfangene Jahresdosis durch die natürliche kosmische Strahlung, wenn deren Dosisleistung auf Meereshöhe im Mittel 0,035 μSv/h beträgt? 30 mSv/a 3 mSv/a 0,3 mSv/a Zeitbild Wissen


Arbeitsblatt 5:

Arbeitsblatt 6:

Strahlenexposition in Deutschland

Strahlung und Mensch

Natürliche Strahlenexposition

Die effektive Strahlendosis ermöglicht eine Bewertung des schädlichen Einflusses von ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper. Neben der Art der Strahlung ist auch wichtig, wie man mit der Strahlung in Berührung gekommen ist. Strahlenschützer bezeichnen dies als Expositionspfad.  Bei der externen Exposition wirkt ionisierende Strahlung von außen auf den Körper ein. Die Inkorporation, also die Aufnahme radioaktiver Stoffe in den Körper, führt dagegen zur internen Exposition des Organismus. Man unterscheidet bei der Inkorporation radioaktiver Stoffe zwischen der Aufnahme über die Atemwege (Inhalation), über die Nahrung (Ingestion) und über die Haut (perkutane Aufnahme).

Überall in unserer Umgebung ist ionisierende Strahlung als Teil der natürlichen Umwelt vorhanden. Man unterscheidet vier Komponenten der natürlichen Strahlenexposition: 1. Die Strahlung des natürlich vorkommenden Edelgases Radon. Ihre Intensität hängt in Räumen vom Baumaterial, außerhalb von der Beschaffenheit des Gesteins im Untergrund ab. 2. Radioaktive Nuklide im Boden bewirken die terrestrische Strahlung. Ihre Intensität ist von Ort zu Ort sehr unterschiedlich. Besonders stark strahlen z. B. Urangestein und Granit. 3. Die körperinnere Strahlung kommt aus radioaktiven Nukliden (z. B. Kalium-40), die über die Nahrung in den menschlichen Körper gelangen und dort zerfallen. 4. Ein Teil der sehr energiereichen kosmischen Strahlung aus dem Weltraum durchdringt die Atmosphäre. Diese Strahlung nimmt mit der Höhe zu und ist deshalb bei Bergtouren oder im Flugzeug verstärkt wirksam. In Deutschland ist die effektive Dosis durch die natürliche Strahlenexposition regional unterschiedlich und schwankt zwischen 1 mSv/a und 6 mSv/a. Im Mittel beträgt sie 2,1 mSv/a.

Radon 28 % Nahrung 7% Bodenstrahlung 10 % Kosmische Strahlung 7% Sonstiges <1%

Mittlere Werte: 1,8 mSv - Medizin 1,1 mSv - Radon 0,3 mSv - Nahrung

0,4 mSv - Bodenstrahlung 0,3 mSv - Kosmische Strahlung 0,04 mSv - Sonstiges: Atombomben, Tschernobyl, kerntechnische Anlagen, Forschung und Technik

Quellen: Bericht der Bundesregierung „Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung“

Bewässerung

Inhalation und äußere Bestrahlung aus der Luft

Ablagerungen auf und in Nahrungspflanzen

Ablagerungen auf dem Boden

äußere Bestrahlung

Ablagerung auf Weiden Fleisch und Fleischprodukte

Frischmilch Viehtränke

Milchprodukte

Trinkwasser

äußere Bestrahlung aus dem Wasser

Nahrungsaufnahme aus dem Wasser

Die Gefahren ionisierender Strahlung hängen Grundwasser von der Art, Intensität und Dauer der Bestrahlung sowie dem Expositionspfad ab. Alphastrahlung hat eine geringe Reichweite, daher ist sie außerhalb Abb. 7.01 des Körpers weitgehend ungefährlich. Innerhalb Expositionspfade für radioaktive Stoffe des Körpers kann sie jedoch das Gewebe schädigen. Betastrahlen haben dagegen in Luft eine Reichweite von bis zu einigen Metern. Gamma- und Neu-7.3 Anreicherung von Radionukliden in Nahrungsketten tronenstrahlung haben eine höhere Eindringtiefe und können auch durch äußere Expositionen zu Symptome der Strahlenkrankheit In den Gliedern der Nahrungsketten können sich Einen Anreicherungsvorgang im Nahrungssy Schädigungen führen. Bei den meisten radioaktiRadionuklide anreichern. Dies ist darauf zurück- tem eines Süßwassersees zeigt Abb. 7.02. D ven Zerfallsprozessen tritt eine Kombination aus Ab einer Dosis von 1 Sievert treten beim Menzuführen, dass ein Organismus nicht für alle Ele- Anreicherungsfaktoren geben das Verhältnis de verschiedenen Strahlungsarten auf. Man unterscheneinen erste Symptome der Strahlenkrankheit wie im Organismus z mente Regelmechanismus besitzt, um be- Strontium-90-Konzentration scheidet weiterhin zwischen akuten Strahlenschäder im Wasser stimmte Konzentrationen einzuhalten. Übelkeit und Erbrechen auf. Bei höheren Dosis-an. Die Anreicherungsfaktoren sin auf das Frischgewicht bezogen und in relative den und durch Strahlung bedingten Spätschäden werten können beim Menschen Strahlenschäden Beim Menschen gehören z. B. die Elemente Einheiten angegeben. wie beispielsweise der Schädigung des Erbgutes. auftreten, die sich u. a. in verbrennungsähnlichen Kalium und Calcium zu den sogenannten geregelHautschäden, Haarausfall und Blutarmut äußern. Nerz ten Elementen. Es bedeutet, dass ein gesunder (Knochen) Eine akute Organismus bei Ganzkörperexposition ausreichendem Nahrungsan-von 5 Sievert 820 Bieber Expositionspfade: gebot im Körperder auf Betroffenen einem (Knochen) führtseine bei Konzentration etwa 50 Prozent inner1.300 Bisamratte bestimmten Wert hält. halb eines Monats zum Tode. Ab einer kurzzeiti(Knochen) 3.500 • Externe Exposition gen Strahlenexposition 20 Sievert Im Standardmenschen sind es fürvon Calcium 1.100 g treten SchäWasserpflanzen Wolkenstrahlung denfüram zentralen Nervensystem auf, die meist und Kalium 140 g. Bei erhöhter Zufuhr dieser 280 Bodenstrahlung Elemente wird der nicht benötigte Anteil mit den innerhalb weniger Tage tödlich wirken.

Zivilisatorische Strahlenexposition Medizin 48 %

nasse und trockene Ablagerung

Ab wann kann Strahlung gefährlich werden?

Mittlere jährliche effektive Dosis eines Menschen in Deutschland: ≈ 4,0 mSv

Strahlenbelastung des Menschen in Deutschland

Gase · Staub · Aerosole

Auch Strahlenquellen, die der Mensch selbst geschaffen hat, tragen zur jährlichen Gesamtbelastung bei. Die effektive Dosis dadurch beträgt im Mittel 1,8 mSv pro Jahr. Vor allem die Belastung aus der Medizindiagnostik – Röntgenaufnahmen und Computertomografien – spielen hierbei eine Rolle. Dazu kommen die „Überreste“ der oberirdischen Atombombenexplosionen von 1945 bis 1980 (< 0,01 mSv pro Jahr) und vom Reaktorunfall in Tschernobyl (ca. 0,01 mSv pro Jahr) sowie durch kerntechnische Anlagen in Deutschland (< 0,01 mSv pro Jahr) und Forschung und Technik (0,01 mSv pro Jahr).

Aufgaben

Ausscheidungsprodukten vermehrt wieder abgeQuelle: Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH geben.

• Interne Exposition Inhalation Ingestion

1. Berechnen Sie die gesamte bisher erworbene Strahlenexposition eines 70-jährigen Menschen in Deutschland.

Abb. 7.02

2. Recherchieren Sie im Internet anhand von Karten zur externen Strahlenexposition in Deutschland die Werte für Ihre Region. Was fällt Ihnen an der Karte auf? Tipp: Suchen Sie u. a. beim Bundesamt für Strahlenschutz.

Typische Anreicherungsfaktoren von Sr-90 im Nahrungssystem eines Süßwassersees

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Die Elemente Strontium und Cäsium zählen beim Menschen zu den nicht geregelten Elementen. Je größer das Angebot dieser Elemente in der Nahrung ist, desto mehr wird auch resorbiert und verbleibt eine mehr oder minder lange Zeit im Körper. Von einem bestimmten SättigungsAufgabe wert an bildet sich ein Gleichgewichtszustand zwischen Aufnahme und Ausscheidung.

Barsch (Knochen) 3.000

Süßwasser 1

Elritze 950

Muscheln (Fleisch) 730

Plankton 180

Bodensediment 180

Informieren Sie sich über Strahlenschäden und Maßnahmen zum Schutz vor Strahlenschäden auf der Webseite des Bundesamtes für Strahlenschutz: www.bfs.de/de/ion/wirkungen

(Parlamentsbericht 2010); BfS Zeitbild Wissen

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Zeitbild Wissen


Arbeitsblatt 7:

Arbeitsblatt 8:

Aufbau eines Kernkraftwerks

Aufbau eines Kernkraftwerks Durch die Wärme, die der Primärkreislauf in die Dampferzeuger einspeist, wird das Wasser mit Druckwasserreaktor

Kernkraftwerke sind Wärmekraftwerke. Sie erzeugen Wärme durch eine kontrollierte Kettenreaktion. Urankerne des Isotops U-235 werden mit langsamen Neutronen gespalten, dabei werden zwei bis drei schnelle Neutronen freigesetzt. Diese können nach ihrer Moderierung (Abbremsung) weitere Kerne von Uran-235 spalten und lösen so eine kontrollierte Kettenreaktion aus.

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10 9

In einem Druckgefäß eines Druckwasserreaktors, circa 12 m hoch, aus 25 cm dickem Stahl, stehen ca. 200 Brennelemente, zusammengesetzt aus einzelnen Brennstäben. Sie enthalten als Brennstoff insgesamt ungefähr 100 t Uran, das bis zu vier Prozent mit dem spaltbaren Isotop U-235 angereichert ist. Zwischen den Brennstäben befindet sich Wasser. Das Wasser bremst die bei den Kernspaltungen entstehenden schnellen Neutronen ab; denn hauptsächlich langsame Neutronen können weitere Kernspaltungen in U-235-Kernen hervorrufen. Die Abbremsung der Neutronen ist wichtig, denn das zu 96 Prozent in den Brennstäben vorhandene, nicht spaltbare U-238 absorbiert besonders die schnellen Neutronen durch Neutroneneinfang. Zwischen den Brennstäben befinden sich Regelstäbe. Sie enthalten Bor oder Cadmium. Die Kerne beider Elemente können langsame Neutronen einfangen und sie so dem Spaltungsprozess entziehen. Man regelt die Kettenreaktion, indem man die Regelstäbe mehr oder weniger weit in den Reaktorkern einfährt. Ist der Reaktor abgeschaltet, so befinden sich die Regelstäbe vollständig im Kern. Zieht man sie langsam heraus, so nimmt die Zahl der Spaltungen pro Sekunde zu. Die Leistung des Reaktors lässt sich auf diese Weise regeln. Das Wasser dient außerdem im abgeschalteten Zustand als Kühlmittel. Bei Normalbetrieb zirkuliert es im Primärkreislauf und besorgt den Energietransport. Aufgaben 1. Welche Funktion haben in einem Reaktor die Brennstäbe? Wozu benötigt man die Regelstäbe? 2. Wasser spielt eine zentrale Rolle in einem Kernkraftwerk. Beschreiben Sie seine Funktion im Kernreaktor. 3. Welche Gemeinsamkeiten haben Kohle- und Kernkraftwerke? Zeitbild Wissen

des Sekundärkreislaufs verdampft. Dieser Damp treibt die Turbine und den Generator an. In den Kondensatoren nach den Niederdruckturbinen wird der Dampf kondensiert. Das Kondensat wird mit Kondensatpumpen über Niederdruck-Vorwärmanlagen in den Speisewasserbehälter geführt. Die Speisewasserpumpen fördern das Wasser von dort über Hochdruck-Vorwärmanlagen in die Dampferzeuger zurück.

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1 2 3 4 5 6 7

Im Druckwasserreaktor erreicht das Wasser eine Temperatur von ca. 300 Grad Celsius. Trotzdem siedet es nicht, da es unter einem Druck von 150 bar steht. In einem Wärmetauscher gibt das heiße Wasser seine Energie an den Sekundärkreislauf ab, ohne dass ein Stoffaustausch stattfindet. Im Sekundärkreislauf entsteht so heißer, unter hohem Druck stehender Dampf. Er führt die Energie zu einer Dampfturbine, die einen Generator antreibt. Im Kondensator kondensiert der Dampf mithilfe von Kühlwasser. Das Wasser wird wieder in den Wärmetauscher zurückgepumpt. 30

Aufgabe Ein Druckwasserreaktor ist durch getrennte Wasserkreisläufe gekennzeichnet (Primär- und Sekundärkreislauf sowie Kühlkreislauf). Markieren Sie die Kreisläufe und erläutern Sie ihre Funktionsweise! 31

8 9 10 11 12 13 14 15

Reaktordruckbehälter Hauptkühlmittelpumpe Dampferzeuger Sicherheitsbehälter Brennelementlagerbecken Turbinen-Hochdruckteil Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer Turbinen-Niederdruckteil Generator Transformator Kondensator Vorwärmanlage Speisewasserpumpe Hauptkühlwasserpumpe Kühlturm

Zeitbild Wissen


Arbeitsblatt 9:

Arbeitsblatt 10:

Die kontrollierte Kernspaltung im Kernkraftwerk

Mindmap Endlagerung

Wasser spielt eine zentrale Rolle bei der kontrollierten Kernspaltung im Reaktor. Bei der Kernspaltung von Uran-235 werden Neutronen freigesetzt. Diese Neutronen haben aber eine sehr hohe Geschwindigkeit und würden an weiteren Atomkernen einfach abprallen. Um weitere Kerne spalten zu können, müssen die Neutronen durch einen sogenannten Moderator – in deutschen Reaktoren ist dies Wasser, in anderen Kraftwerkstypen auch Graphit – stark abgebremst und auf Spaltgeschwindigkeit verlangsamt werden.

Abfallarten

Sicherheit

oberirdisch

ENDL AGERUNG

Endlagerprojekte

Asse

Art des Standorts

dezentral

Rückholbarkeit

Wasser bremst die schnellen Neutronen – der Moderator

Bevölkerung

Klüfte u. Risse

geol. Umfeld

Geologie

Gesteine

Salz

Verwerfung

Die Funktion der Steuerstäbe

Funktion der Steuerstäbe:

Die Regelung der Aktivität der Kettenreaktion erfolgt durch Regelstäbe (auch als Steuerstäbe bezeichnet) aus Borcarbid (B4C) oder Cadmium. Die Steuerstäbe haben die Aufgabe, die für weitere Spaltungen zur Verfügung stehenden Neutronen einzufangen. Die Kerne von Bor oder Cadmium können langsame Neutronen einfangen und sie so dem Spaltungsprozess entziehen. Man regelt die Kettenreaktion, indem man die Regelstäbe mehr oder weniger weit in den Reaktorkern einfährt. Ist der Reaktor abgeschaltet, befinden sich die Regelstäbe vollständig im Kern. Zieht man sie langsam heraus, so nimmt die Zahl der Spaltungen pro Sekunde zu. Die Leistung des Reaktors lässt sich auf diese Weise regeln.

Stabilität, unterirdisch, Gorleben, Arbeitsplätze, Morsleben, Ton, Granit, zentral, technische Maßnahmen, Proteste, organisatorische Maßnahmen, Grundwasser, Schacht Konrad, hochradioaktive Abfälle,Morsleben, schwach- Ton, undGranit, mittelradioaktive Abfälle Erdbeben, unterirdirsch, Gorleben, Arbeitsplätze, zentral, technische Maßnahmen, Proteste,

organisatorische Maßnahmen, Grundwasser, Schacht Konrad, hochradioaktive Abfälle, schwach- und mittelradioaktive Abfälle

Aufgaben 1. Recherchieren Sie mithilfe des Internets Informationen rund um das Thema Endlagerung. www.bfs.de/de/endlager www.endlagerung.de http://de.wikipedia.org/wiki/Endlager_(Kerntechnik) http://endlagerung.oeko.info/ 2. Vervollständigen Sie die vorliegende Mindmap und setzen Sie die Begriffe an die richtige Stelle.

Aufgabe

3. Führen Sie in der Klasse eine offene Diskussion zu den Fragestellungen rund um das Thema Endlagerung von radioaktiven Abfällen durch.

Erklären Sie, was man unter einer kontrollierten Kettenreaktion versteht. Zeitbild Wissen

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Zeitbild Wissen


Lösungshinweise

Arbeitsblatt 11:

Geschichte der Kernenergie 1896:

1979

Antoine Henri Becquerel entdeckt die Radioaktivität.

Schwerer Unfall mit teilweiser Kernschmelze am 28. März 1979 im KKW Three Mile Island bei Harrisburg, USA. Es gelingt den Reaktor zu stabilisieren.

1942: Enrico Fermi baut in Chicago den ersten Kernreaktor. Am 2. Dezember 1942 gelingt zum ersten Mal eine sich selbst erhaltende kontrollierte Kettenreaktion.

1955: Start der kerntechnischen Forschung in der Bundesrepublik Deutschland. Das Bundesministerium für Atomfragen wird gegründet. Der erste deutsche „Atomminister“ Franz Josef Strauß hält die friedliche Nutzung der Atom-Energie für so bedeutend „wie die Erfindung des Feuers“.

1957: In Deutschland geht der erste Forschungsreaktor („Atomei“) in München-Garching in Betrieb.

1959: Der Bundestag verabschiedet das Atomgesetz. Ziel: „… die Erforschung, die Entwicklung und die Nutzung der Kernenergie zu friedlichen Zwecken zu fördern ...“.

1961: Das Versuchsatomkraftwerk in Kahl am Main erzeugt Strom aus Kernenergie. In den Jahren danach werden in beiden deutschen Staaten zahlreiche Kernkraftwerke errichtet.

1970er-/1980er-Jahre: Die Anti-Atomkraft-Bewegung gegen Bau von Kernkraftwerken bekommt immer größeren Zulauf. Große Protestaktionen in Wyhl, Brokdorf, Grohnde, Gorleben, später in Wackersdorf (geplante Wiederaufarbeitungsanlage).

1986: Am 26. April ereignet sich im Kernkraftwerk Tschernobyl in der Ukraine (damals Sowjetunion) der bisher schwerste Unfall in der Geschichte der Kernenergie. Eine radioaktive Wolke zieht über Europa. Große Unruhe und Ängste in der Bevölkerung vor einer Gefahr durch Radioaktivität.

Arbeitsblatt 5

Aufgabe 1: E = mc2, Albert Einsteins berühmte Formel. (E= Energie, m= Masse, c= Lichtgeschwindigkeit) Aufgabe 2: Uran ist ein in der Natur vorkommendes radioaktives Schwermetall. Insgesamt existieren über 25 Uranisotope. Natürlich vorkommende Uranisotope sind Uran-238 (99,27 %-Anteil), Uran-235 (0,72 %-Anteil) und Uran-234 (0,0054 %-Anteil). Die übrigen Uranisotope werden künstlich erzeugt. Uranisotope unterscheiden sich durch ihre Halbwertszeit. Das Uranisotop Uran-235 wird im Rahmen der Kernspaltung eingesetzt. Aufgabe 3: Der Kern von Uran-235 zerplatzt durch Aufnahme eines langsamen Neutrons in zwei Bruchstücke und einige Neutronen. Als radioaktive Spaltprodukte entstehen ein Kryptonkern, ein Bariumkern und drei Neutronen. Es wird mehr Energie freigesetzt als das Neutron mitgebracht hat.

Aufgabe 1: Bei einer mittleren jährlichen Dosis von 4,0 mSv/a, beträgt die erworbene Strahlendosis eines 70-jährigen Menschen in Deutschland 280 mSv. Aufgabe 2: Geologisch bedingt ist die mittlere externe Strahlenexposition in Deutschland in Bodennähe im Bayerischen Wald, im Fichtelgebirge, im Schwarzwald, im thüringische und sächsische Erzgebirge, im Thüringer Wald, im südlichen Hunsrück sowie lokal im Rheinischen Schiefergebirge, erhöht.

Wiedervereinigung Deutschlands. Die Reaktoren der ehemaligen DDR werden abgeschaltet, die Anlagen stillgelegt.

2002: Änderung des Atomgesetzes mit dem Ziel, „die Nutzung der Kernenergie zur gewerblichen Erzeugung von Elektrizität geordnet zu beenden“. Die letzten Reaktoren würden ca. 2021 abgeschaltet werden.

2010: Der Gesetzgeber verlängert die Laufzeiten der bestehenden Reaktoren im Rahmen des Energiekonzepts 2050 um durchschnittlich 12 Jahre; die Laufzeit der letzten Reaktoren würde ca. 2040 enden.

Aufgabe 1: Ein Alphateilchen besteht aus zwei Neutronen und zwei Protonen – also einem Heliumatomkern. Aufgabe 2: Im Kern des Cäsiums wandelt sich ein Neutron in ein Proton um und sendet dabei ein schnelles Elektron aus. Das Elektron führt Energie mit sich. Zurück bleibt ein Kern eines anderen Elements (Barium), dessen Kernladungszahl um 1 größer ist. Arbeitsblatt 3

Arbeitsblatt 8

Aufgabe 1: Gammastrahlung tritt auf, wenn beim Alpha- oder Betazerfall überschüssige Energie in Form von elektromagnetischer Strahlung abgegeben wird.

Der Primärkreislauf nimmt die Wärme des Reaktors auf und gibt sie an den Sekundärkreislauf ab. Dadurch verdampft darin das Wasser; der Dampf treibt die Turbine an. Der Kühlkreislauf kühlt den Dampf im Sekundärkreislauf im Kondensator wieder zu Wasser.

Arbeitsblatt 4 Aufgabe 1: Ein Alphateilchen überträgt wegen seiner hohen Ionisierungsdichte (Zahl der Ionen pro Wegstrecke) besonders viel Energie an eine einzelne Körperzelle. Deshalb ist der Schaden viel größer als bei anderen Strahlungsarten mit gleicher Energiedosis. Aufgabe 2: Die empfangene Jahresdosis durch die natürliche kosmische Strahlung beträgt 0,3 mSv (bei einer Dosisleistung auf Meereshöhe von 0,035 μSv pro Stunde).

2011: Am 11. März beschädigt ein Seebeben und der darauf folgende Tsunami das japanische KKW Fukushima schwer. Die Folge ist ein katastrophaler Unfall der höchsten Kategorie mit Wasserstoffexplosionen und Kernschmelzen in drei Reaktorblöcken. Die Bundesregierung lässt kurz danach die acht ältesten deutschen Reaktoren abschalten. Alle verbleibenden Anlagen müssen nunmehr zeitlich gestaffelt bis 2022 vom Netz gehen.

Arbeitsblatt 9 Aufgabe 1: Unter einer kontrollierten Kettenreaktion versteht man das Steuern des Spaltungsprozesses. Gesteuert wird über die Regelstäbe.

Bildnachweis: Titelbild: Reaktorbereich des KKW Unterweser während einer Abschaltung DAtF: 8, 9, 15, 19 (2x), 24, 25, 26, 29, 30, 32 (2x) EnBW Kernkraft GmbH: 11 E.ON Kernkraft GmbH: 1, 3, 10, 12, 17, 31 Fice: 19 Hundertmark: 11, 21, 27 KIT/M. Priske: 22 RWE Power AG: 3 TEPCO: 5 Thomas Köhler/photothek.net: 18 Vattenfall Europe Nuclear Energy GmbH: 2 (2x), 7, 13, 14, 16 Zeitbild: 4, 6, 28

Recherchieren Sie in Ihrer Familie, ob und wie sich die Einstellung zur Nutzung der Kernkraft im Laufe der letzten 40 Jahre verändert hat. 34

Arbeitsblatt 7 Aufgabe 1: Die Brennstäbe enthalten den Brennstoff (Uranoxid). Mehrere Brennstäbe werden zu einem Brennelement zusammengefasst. Die Regelstäbe dienen zur Regelung der Neutronenmultiplikationsrate eines Kernreaktors. Ein Regelstab besteht aus neutronenabsorbierendem Material (Cadmium, Bor usw.). Aufgabe 2: Wasser bremst die schnellen Neutronen ab und bringt sie damit auf Spaltgeschwindigkeit. Wasser dient auch als Kühlmittel und besorgt den Energietransport (Wasserdampf). Aufgabe 3: Kernkraftwerke und Kohlekraftwerke sind Wärmekraftwerke. Ein Stoff erzeugt Wärme, der wiederum Dampf erzeugt, mit dessen Hilfe über eine Turbine ein Generator angetrieben wird, der dann Strom erzeugt.

Arbeitsblatt 2

1990:

Aufgabe

Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 1

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Zeitbild Wissen


Informationen zur Strom- und Energieversorgung sowie zur Energiewende Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) www.bmwi.de Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen www.ag-energiebilanzen.de Energiekonzept der Bundesregierung www.bundesregierung.de/Webs/Breg/DE/ Themen/Energiekonzept/_node.html Radioaktivität und Strahlenschutz Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) www.bmu.de Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) www.bfs.de Strahlenschutzkommission der Bundesregierung (SSK) www.ssk.de Endlagerung Bundesamt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) www.bgr.de

Lesetipps Basiswissen Kernenergie Informationskreis Kernenergie, Berlin, 2007 Ausführliche Informationen zu physikalischen Grundlagen der Kernenergie sowie zur Funktionsweise und zur Sicherheit von Kernkraftwerken. Radioaktivität und Strahlenschutz DAtF – Deutsches Atomforum e. V., Berlin, 2012 Ausführliche Informationen zu Strahlungsarten, Strahlungsexposition und Strahlungsschutzmaßnahmen

Linktipps Umfangreiche Informationen und Hintergründe zur Kernenergie DAtF – Deutsches Atomforum e.V. www.kernenergie.de Wissensportal Kernenergie www.kernfragen.de Reaktor-Sicherheitskommission der Bundesregierung (RSK) www.rskonline.de Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH www.grs.de

Bundesamt für Strahlenschutz www.bfs.de Bundesanstalt für Materialforschung- und Prüfung www.bam.de Entsorgungskommission der Bundesregierung (ESK) www.entsorgungskommission.de GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH www.endlagerung.de Debatten zur Kernenergie Öko-Institut e.V. www.streitpunkt-kernenergie.de Greenpeace www.greenpeace.org/international/en/campaigns/ nuclear

Impressum Zeitbild Wissen „Kernenergie. Die Situation in Deutschland. Ausstieg, Sicherheit, Rückbau, Endlagerung“ herausgegeben von der Zeitbild Verlag und Agentur für Kommunikation GmbH, Kaiserdamm 20, 14057 Berlin, in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Atomforum e.V. Dezember 2012 Gesamtherstellung: Zeitbild Verlag, Berlin, www.zeitbild.de. 1. Auflage, Dezember 2012. Verantwortlich: Frank J. Richter Gestaltung: C100 Studio, München Illustration: C100 Studio, München; junge meister*, Berlin Druck: DCM Druck Center Meckenheim GmbH, Meckenheim Printed in Germany. Beratung: Peter Klatte Die enthaltenen Texte und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt. Eine kommerzielle Nutzung ist nicht gestattet. Wir erklären mit Hinblick auf die genannten Internet-Links, dass wir keinerlei Einfluss auf Gestaltung und Inhalte der Seiten haben und uns die Inhalte nicht zu eigen machen.


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