Hier werden Aufbau und Funktion verschiedener Kraftwerkstypen zusammengefasst. Eine Kurzversion des Referates findet sich hier.
Ursachen
Im Kernkraftwerk wurde ein Versuch unter der Leitung von dem stellvertretenden Chefingenieur Anatoli Stepanowitsch Djatlow durchgeführt, der den Nachweis einer Stromversorgung bei einer Reaktorabschaltung bei einem gleichzeitigen Totalausfall der Versorgung durch ein äußeres Stromnetz erbringen sollte. Die Hauptursachen sind sowohl bauartbedingte Eigenschaften des mit Graphit verabreichten Kernreaktors, als auch der Betrieb des Kernreaktors in einem zu niedrigen und somit unzulässigen Leistungsbereich. Der Reaktor hat einen stark positiven Kühlmittelverlustkoeffizienten, wodurch die Reaktivität erhöht wird, der durch den fortgeschrittenen Abbrand des Kernbrennstoffs noch begünstigt wurde. Außerdem war die betriebliche Reaktivitätsreserve nicht in das automatisierte Reaktorsicherheitssystem eingefasst. Außerdem hatte die Betriebsmannschaft die Sicherheitssysteme abgeschaltet, um das Experiment eventuell wiederholen zu können, da die automatisierten Sicherheitssysteme dies verhindert hätten. Ob die Systeme in eingeschaltetem Zustand die Katastrophe hätten verhindern können ist heute noch umstritten. Die endgültige Explosion könnte auf eine konstruktive Besonderheit eines Regelstabsystems zurückzuführen sein, da viele Steuerstäbe am Ende einen Graphitfolgestab haben, der beim Einfahren aus der hohen Endlage eine Leistungssteigerung bewirkt. Weil der Schichtleiter eine Reaktorschnellabschaltung auslöste, fuhren viele Stäbe gleichzeitig ein, wodurch die Leistung des Kernreaktors innerhalb von Sekunden auf ein vielfaches der Nennleistung stieg. Außerdem befand sich um den Kernreaktor kein Sicherheitsbehälter, allerdings ist es auch fraglich ob dieser der Explosion standgehalten hätte. Eine weitere Ursache könnten die Fehlentscheidungen des Personals gewesen sein, das die Betriebsvorschriften nicht vorschriftlich eingehalten hat, die dem Personal eventuell gar nicht bekannt waren, denn es wurden unzureichende Kenntnisse und Unerfahrenheit im Umgang mit dem Reaktor und dessen Leistungsanhebung festgestellt. Aufgrund früherer Störfälle in anderen Kernkraftwerken hätte es sorgfältige Untersuchungen und Informationen für das Personal über mögliche Probleme geben müssen, was allerdings nicht der Fall war. Bei dem Experiment waren auch andere Mitarbeiter anwesend als geplant, es waren hauptsächlich Elektrotechniker, da ein neuer Spannungsregler getestet werden sollte. Der wesentlichste Grund für die Explosion war eine Verschiebung des Experiments um einen halben Tag, wodurch sich der Reaktor mit neutronenabsorbierendem Xenon- 135 angereichert hat, weshalb das Verhalten komplexer und unübersichtlicher wurde.
Verlauf
Die Reaktorleistung von 3200 MW(thermisch) sollte auf 25 % Leistung heruntergefahren werden. Als 50 % der Leistung erreicht war, wurde der Versuch unterbrochen, da die Stadt Kiew Strom brauchte. Durch die Unterbrechung bildete sich im Reaktorkern Xenon-135. Nach neun Stunden Pause wurde der Versuch fortgesetzt, die Schicht hatte zwischendurch gewechselt. Durch einen Bedienfehler sank die Leistung auf unter 1% der Nennleistung. Das Personal versuchte die Leistung wieder zu erhöhen, indem Steuerstäbe ausgezogen wurden, dies gelang jedoch nur bis zu einer Leistung von 200 MW (6%), da sich eine Xenon- Vergiftung aufgebaut hatte. Der Versuch wurde trotzdem fortgeführt, obwohl die Leistung unterhalb von 20% lag. Es wurden nun zwei Hauptkühlpumpen hochgefahren, da das Kernkühlnotsystem ausgeschaltet war. Durch die Pumpen verbesserte sich die Wärmeabfuhr aus dem Kern. Die Reaktivität nahm ab, weitere Steuerstäbe wurden herausgefahren, der Reaktor befand sich in einem unzulässigen Bereich. Die Turbinenschnellschlussventile wurden geschlossen, dadurch erwärmte sich das Kühlwasser. Auch die Leistung stieg an, die Steuerstäbe wurden automatisch eingefahren. Bei diesem Modell fahren die Steuerstäbe nur langsam ein, dadurch war die Leistung nicht mehr kontrollierbar und der Neutronenfluss stieg an. Es wurde eine automatische Abschaltung eingeleitet. Das Einbringen der Abschaltstäbe verursachte einen weiteren Leistungsanstieg. Die Leistung betrug wenige Sekunden später das Hundertfache des Nennwertes. Die Kanäle der Steuerstäbe waren stark erhitzt und verformten sich. Die Druckröhren platzten und das Zirconium und der Graphit aus den Steuerstäben reagierten mit dem Wasser, dadurch entstand Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid. Die Stoffe konnten durch den beschädigten Reaktorkern entweichen. Im Reaktorgebäudedeckel reagierten sie zu entzündbaren Gas, welches möglicherweise zu einer der Explosionen führte. Der Reaktordeckel platzte durch eine Explosion ab, es gab so keine Trennung mehr zwischen Atmosphäre und Reaktorkern. Der Graphit fing an zu brennen, ein paar Stunden später war der Brand jedoch wieder gelöscht, indem man Lehm, Sand, Blei und Bor in den Reaktor geschüttet hatte, dies verhinderte auch die weitere Freisetzung von Radioaktivität. Die Blöcke 1, 2 und 3 wurden abgeschaltet.
Folgen
Die Folgen des super GAUs in Tschernobyl sind fatal: in ganz Europa sind über 600 Millionen Menschen betroffen. Am meisten leiden die sogenannten Liquidatoren, die AufräumarbeiterInnen. Von ihnen gibt es etwas 830.000, wovon bereits über 112.000 Menschen gestorben sind. Gesundheitliche Schäden treten erst nach vielen Jahren, oder erst in der nächsten Generation auf. Radioaktive Stoffe sammeln sich in Organen oder Zellen an, sodass selbst Kinder an Schilddrüsenkrebs erkranken. Dies ist bei Kindern in einem gesunden Umfeld normalerweise äußerst selten. Die Nicht-Krebserkrankungen jedoch sind schlimmer. So stieg auch die Anzahl der Trisomie-Fälle in Deutschland. In Süddeutschland bekamen Kinder einen seltenen Tumor, das Neuroblastom.
Heute
Heute besuchen jährlich tausende Touristen die Zone. Das Kernkraftwerk war noch bis 1996 in Betrieb. Eigentlich sollten sechs Blöcke in Betrieb genommen werden, jedoch wurden Block fünf und sechs nie fertig gestellt. Der Betonsarkophag über Block vier wird zurzeit erneuert, denn der Alte ist marode. Besonders für Wissenschaftler ist Tschernobyl attraktiv, so leben nun rund um Tschernobyl Wissenschaftler. Prypjat war die Arbeiterstadt, im Herzen der Zone. Dort wohnten die Arbeiter des Kernkraftwerkes mit ihren Familien. Die Zwangsevakuierung fand erst 24 Stunden nach der Katastrophe statt. Es gibt viele nicht oder wenig verstrahlte Gebiete, jedoch bedeuten wenige Meter zu weit den Tod. Ein Mal im Jahr, am 9. Mai, dürfen volljährige Bewohner Prypjats in die Stadt.
Quellen:
www.atomkraftwerk.biz/tschernobyl.html
umweltinstitut.org/radioaktivitat/20-jahre-tschernobyl/20-jahre-tschernobyl-57.html
Am 11.03.2011 fand im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi statt. Die Ursache war ein Tsunami, der durch das Töhoku- Erdbeben entstand. Durch die riesige Flutwelle fiel der Strom aus und so mit auch die Kühlungsanlagen und die Brennstäbe erhitzten sich immer weiter bis es zur Explosion kam.
Am ersten Tag gab es das starke Erdbeben und den Tsunami der zum Ausfall von Strom und somit auch der Kühlungsanlagen kam. Außerdem folge eine unkontrollierte Freisetzung von radioaktiven Stoffen die durch eine gezielte Druckentlastung erfolgen. Es kam zu Bränden, Explosionen und zum Auslaufen und Versickern 100.000 l kontaminiertem Wasser. Am Tag zwei schmelzten im Reaktor 1 in wenigen Stunden die Brennstäbe, da die Kühlung ausgefallen war und dir Brennelemente das restliche Wasser im Reaktor verdampften. Die Brennstäbe lagen nun frei und schmolzen vollständig. Durch das Verdampfen entstand Wasserstoff und Sauerstoff und es kam um15:36 Uhr durch die Hitze zur Wasserstoffexplosion. Am vierten Tag kam es auch hier infolge des Kühlungausfalles zur Kernschmelze und somit um 11:01 zur gewaltigen Explosion. Diese Explosion setze radioaktive Spaltprodukte frei und der Wind verteilte sie Richtige Nordwesten Japans. Am Tag 5 kam es nun auch im Reaktor 2 zur Kernschmelze und um 06:10 explodierte es und führte zu Beschädigung im Containment (Sicherheitsbehälter). Radioaktiver Dampf tritt als weiße Dampffahne aus. Reaktor 4 war während des Erdbebens für Revisionsarbeitet abgeschaltet doch die Brennstäbe verdampften auch hier das Kühlungswasser und es bildete sich ein Wasserstoff- Sauerstoff- Gemischs und schließlich zu einer Wasserstoffexplosion, die das ganze Gebäude Zerriss. Am Tag sechs versuchte man mit Hubschraubern Kühlwasser auf die zerstörten Reaktoren abzuwerfen, was aber fehlschlug. Danach spritzten Wasserwerfer der Armee und Feuerwehr Wasser in Richtung der Reaktoren. Man setzte später auch Betonpumpen ein, die mit Schläuchen zum Meereswasser verbunden waren. Am Tag 23 lief hochradioaktives Wasser unkontrolliert durch einen Kabelschacht ins Meer. Dieses Wasser hatte eine Dosisleistung von 1000 mSv/h. Dieses Leck konnte erst am 6. April 2011, durch fehlgeschlagene Versuche vorher, gestopft werden. Am 25. Tag Beginnt TEPCO 11.500.000 l mittelradioaktives Wasser aus zentralem Wasserbereitstank direkt ins Meer abzulassen, und somit Platz für hochradioaktives Wasser zu schaffen, das durch die undichten Reaktoren und den Besprühungen durch Hubschrauber und Betonpumpen in die Turbinenhallen und Keller der Gebäude gelaufen ist. Nachbarstaaten wie Süd-Korea oder China protestierten gegen diese Verzweiflungstat, da die Platzschaffung sowieso nur für kurze Zeit genutzt werden kann. Am Tag 38 wurde ein ferngesteuerter Roboter in Reaktor 1 geschickt, der am 26. April bis zu 1120 mSv/h gemessen hat. Die Jahresdosis wäre bei diesem Beispiel nach 1 Minute erreicht. Ende April betraten Arbeiter erstmals den Reaktor 1 und versuchten mit Luftfiltern die Radioaktivität zu senken. Dies gelang nur sehr gering. Bei der Katastrophe waren die Reaktore 1,2 und 3 in Betrieb und 4,5, und 6 wegen Revisionsarbeit und Abschaltung nicht in Betrieb. Man hatte außerdem ständige Gefahr auf ein Nachbeben oder eines Tsunamis.
Interessant war auch das die Strahlenfreisetzung in Fukushima mit der Stufe 4 (internationale Bewertungsskala zu nukleare Energie) bewertet wurde. Es gab vor dem Unfall schon Warnungen doch diese wurden ignoriert. Während des Ereignisses wurde die Bevölkerung von der Regierung nicht informiert, sie bekamen lediglich Informationen nur über Atom-Foren im Internet. Da die Regierung die Gefahr nicht erkannte ließ sie erst nach 5 Tagen das Gebiet evakuieren. Die hochaktiven Brennstäbe befanden sich zusammen mit ca. 1500 älteren im Abklingbecken, wo sie heute noch liegen. Die Konstruktion, die das Becken hält, ist schwer beschädigt. Bräche sie zusammen, lägen die Brennstäbe ungekühlt frei und es käme innerhalb kürzester Zeit zum Bersten der Brennelementhüllen und zur Freisetzung gigantischer Mengen hochgiftiger Radionuklide und zu einer Kernschmelze. Dann müsste die Evakuierungszone auf bis zu 250 km ausgedehnt werden, in dieser Zone läge auch Tokio.
Die Folgen, die dieses Unglück mit sich bringt sind vor allem erhöhte Totengeburtsrate, Säuglingssterblichkeit, Missbildungen bei Neugeborenen und Veränderungen des Verhältnisses von geborenen Mädchen und Jungen. Psychische Folgen sind Verlust der Heimat und Existenzgrundlage, Einwohner müssen das Gebiet verlassen und haben Angst vor Strahlungskrebs. Außerdem steigt die Zahl der Selbstmorde.
Die Entsorgungsarbeiten werden 30- 40 Jahre dauern und es herrscht eine langjährige und dauerhafte Verseuchung. Außerdem steigen die Stimmungsumschwankungen gegenüber Nukleare Energie. jedoch hängen sich die radioaktiven Wolken bei den Bergen fest und verseuchen die Bäche, welche zum Trinken benutzt werden.
Wenn man diesen nuklearen Unfall mit den in Tschernobyl vergleicht erkennt man, dass in Fukushima das Atomkraftwerk zur Hälfte abgeschaltet und in Tschernobyl war das Atomkraftwerk voll in Betrieb. Die ausgetretenen Gase konnte in Fukushima verringert werden, jedoch war in Tschernobyl die Verringerung nicht möglich. In Tschernobyl trat die Evakuierung in Gegensatz zu Fukushima später ein. Die Strahlenausbreitung war in Fukushima geringer als in Tschernobyl. Die konterminierte Fläche in Japan ist insgesamt kleiner als die in Tschernobyl, aber gerade nordwestlich von Fukushima gäbe es Gebiete, die noch höher belastet sind als der legendäre Rote Wald in unmittelbarer Nähe des KKW Tschernobyl.
1. Hiroshima
6. August 1945
Abwurf der Atombombe "Little Boy" über Hiroshima
Bombe wurde als Präventivschlag / Rückschlag der Amerikaner gegen die Japaner wegen der Kamikazeanschläge auf Pearl Harbor (Militärstutzpunkt der Amerikaner) abgeworfen
2. Nagasaki
9. August 1945
Abwurf der Atombombe "Fat Man" über Nagasaki
Bombe wurde abgeworfen, weil die Japaner nicht auf den Bombenabwurf von Hiroshima reagierten
3. Atomwaffentests / Kernwaffentests
Test zur Messung der Auswirkung und Stärke eines atomaren Sprengsatzes
4 Arten von Tests:
3.1 USA
3.2 Russland
3.3 Frankreich
4. Aufbau, Konstruktion und Explosion einer Atombombe
5. Deutschland und Atomwaffen
Lasse Bartschat, Joshua Pieper, Paul Büdenbender
Geschichte: 1939 waren in den USA die theoretischen Grundlagen zur Entwicklung von Kernwaffen fertig. Als 1940 genug Geld vorhanden war, begann die Entwicklung eines Kernreaktors. Das Manhattan-Projekt begann 1942 und führte dazu, dass 1945 die erste Atombombe fertig gestellt wurde.
Die Amerikaner setzten bis heute als einzige Nation im Krieg Kernwaffen ein; 1945 in Japan in Hiroshima und Nagasaki, um die Japaner zur Kapitulation zu bewegen. Bei Hiroshima explodierte die Bombe ?Little Boy? in 580 m Höhe. Der Feuerball hatte eine Temperatur von über 1 Mio. Grad Celsius und auch in 10 km Entfernung hatte die Hitzewelle noch eine Temperatur von über 6.000 °C.
1945 begann die Erfindung des Atom-Unterseebootes, kurz U-Boot genannt, einer Idee des Physikers Philip H. Alberson. Auch Hyman Rickover arbeitete an der Entwicklung und kurz darauf wurde ein geeigneter Reaktor entwickelt. 1954 begann der Bau der ?Nautilus?, des ersten Atom-U-Boots. Die Nautilus hatte 1955 ihre Jungfernfahrt und bereits 1958 unterquerte sie den Nordpol.
Die Atom-U-Boote werden in drei Klassen unterteilt. Die erste Klasse ist die ?Ship Submersible Nuclear?. Übersetzt heißt es ?Tauchfähiges Schiff mit Nuklearantrieb?. Das U-Boot wird auch als Angriffs- und Jagd-U-Boot bezeichnet. Die zweite Klasse, die ?Ship Submersible Ballistic Nuclear?, auf Deutsch ?Tauchfähiges Schiff mit Nuklearantrieb und ballistischen Raketen?, trägt unterwasserabschießbare ballistische Raketen. Die dritte Klasse ist die ?Ship Submersible Guided Missile Nuclear?. In unserer Sprache übersetzt lautet der Name ?Tauchfähiges Schiff mit Nuklearantrieb und Marschflugkörpern?. Diese Klasse ist mit Marsch- und Seezielflugkörpern ausgestattet. Die Vorteile des nuklearbetriebenen U-Boots sind: praktisch unendliche Reichweite, für das Aufladen der Batterien ist ein Auftauchen nicht nötig, Energiesparen ist nicht nötig, dauerhaft hohe Geschwindigkeit. Die Nachteile sind: Entsorgungsprobleme mit dem entstehenden radioaktiven Abfall und eine starke Umweltgefährdung durch Lecks und Sinken der U-Boote. Das große Problem ist die Entsorgung abzuwrackender U-Boote.
Besonders Russland hat mit der Entsorgung ein großes Problem, da es sehr viele alte U-Boote besitzt. Russland hat außerdem von allen Atommächten die meisten Sprengköpfe; 12.000 gefolgt von den USA mit 9.400 und Frankreich mit 300 Sprengköpfen. Doch diese Atommächte sind nicht die größten Problemfälle. Von Indien, Pakistan, Israel und Nordkorea ist es nicht klar, wie viele Sprengköpfe sie besitzen und jederzeit benutzen könnten. Deutschland hält sich bei der Bewaffnung mit Atomwaffen zurück. Es besitzt keine Kernwaffen. Jedoch lagern amerikanische Sprengkörper in Deutschland, da Deutschland nukleare Teilhabe hat. Das heißt, Deutschland darf mitentscheiden und beraten über den Einsatz von Atomwaffen. Da Deutschland gegen nukleare Waffen ist, ist es dem Atomwaffensperrvertrag beigetreten. In diesem Vertrag verzichten die Nationen auf atomare Rüstung und die, welche im Besitz solcher Waffen sind, verpflichten sich, ernste Verhandlungen über Abrüstung zu unternehmen. Obwohl der Vertrag auch die zivile Nutzung erleichtern soll, haben Indien, Israel, Nordkorea und Pakistan nicht unterzeichnet. Diese Länder sind die einzigen weltweit, die den Atomwaffensperrvertrag nicht unterzeichnet haben.
Ingo Fiedler
Geschichte der zivilen Nutzung:
Die zivile Nutzung der Kernenergie besteht seit Mitte den 1950er Jahre. Mit der Gründung der internationalen Atomenergieorganisation (IAEO) im Jahr 1957 begann der Bau der ersten Atomkraftwerke (AKWs) in Industrieländern. Vor allem durch Ölkrisen in den 1970er Jahren entstand eine Euphorie über die Atomkraft. Durch Atomunglücke wie in 1979 (Kernkraftwerk Three Mile Island), 1986 (Tschernobyl) und 2011(Fukushima) jedoch wurden die Risiken der zivilen Nutzung der Atomkraft immer wieder deutlich. Seit den 1990er Jahren nimmt die Ausbraurate der AKWs ab und immer mehr Länder beschließen den Atomausstieg. Laut einer Prognose von 2009 wird sich die Anzahl der AKWs bis 2020 um 22% und bis 2030 sogar um 29% verringert haben. Dieser Prozess wird sich durch das Atomunglück in Fukushima wahrscheinlich noch beschleunigen.
Stromerzeugung:
18% der gesamten Stromerzeugung Deutschlands 2011 sind aus der Kernenergie zurück zuführen. Den höchsten Anteil im Strommix 2011 haben Braunkohle, Erneuerbare Energien und Steinkohle. Insgesamt, zuzüglich aller anderen Energieträger, sind 2011 20% der gesamten Stromerzeugung aus regenerativen, also erneuerbaren Energien, gewonnen worden.
Wenn man die Entwicklung der Stromerzeugung von 2009-2011 betrachtet, ist die Kernenergie um 26,9 Terawattstunden gesunken, im Gegensatz zu der Energie, die aus Kohle gewonnen wird. Braunkohle ist um 7,4 Terawattstunden gestiegen, und die Nutzung der Steinkohle um 6,6 Terawattstunden. Verglichen zu der Stromerzeugung in Frankreich hat Deutschland mit 23,3% Kernenergie einen deutlich niedrigeren Gesamtanteil im Strommix als Frankreich mit 72,7% Kernenergie.
Ionisationsrauchmelder:
Der Ionisationsmelder ist einer der ersten technischen Rauchmelder. Er besteht aus zwei Kammern, aus der geschlossenen Referenzkammer und der offenen Messkammer. In beiden Kammern befinden sich je zwei Elektroden. Die Luft, die in den beiden Kammer ist, wird durch ein radioaktives Element ionisiert. Sobald eine Gleichspannung angelegt wird, ist ein definierter Strom vorhanden. Sobald Rauch in die Messkammer eintritt, lagern sich die Ionen an den Rauchpartikeln ab und der Strom ändert sich, da sich die schweren Rauchpartikel langsamer als die Luftmoleküle bewegen. Verglichen mit dem Strom in der Referenzkammer ändert sich der Strom in der Messkammer und der Alarm wird ausgelöst, wenn diese Stromschwankung einen definierten Schwellenwert überschreitet. Die Vorteile des I-Melders liegen darin, dass er ein vielseitiges Einsatzgebiet hat und dass er sowohl nicht sichtbare Rußpartikel als auch große Rußpartikel erkennt. Ein großer Nachteil ist, dass es zu schwerwiegenden Folgen kommen kann, wenn radioaktives Material austritt (die Strahlenbelastung eines intakten Melders ist normalerweise jedoch gering), und bei der Verwendung und Entsorgung eines Ionisationsmelders die Beachtung der Strahlenschutzverordnung wichtig ist. Aufgrund der strengen Auflagen wird der I-Melder wegen der radioaktiven Strahlung nur noch in Sonderfällen eingesetzt. Das Gefährdungspotential ist jedoch bei richtigem Gebrauch und Entsorgung gering.
Tamara Steinfurth