KeRneneRgie in DeutschlanD

NATURWISSENSCHAFT UND
TECHNIK IM UNTERRICHT
Jahrgang 54
DezembER 2012
K E R N
E N E R G I E
D I E
S I T U A T I O N
I N
D E U T S C H L A N D
Ausstieg – SICHERHEIT – Rückbau – Endlagerung

Vorwort
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.
Ihre Zeitbild-Redaktion
Zeitbild Wissen
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Inhalt
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
3 Zeitbild Wissen

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.
SAPPORO
AOMORI
AKITA
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
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.
Zeitbild Wissen
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Schwere Fehler des
Kernkraftwerksbetreibers
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.
Fukushima und die
Folgen in Deutschland
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 Reaktor-
Sicherheitskommission (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
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
C h r o n o l o g i e d e r e r s t e n T A g e
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.
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.
5 Zeitbild Wissen

Stromversorgung
im Umbruch
Bruttostromerzeugung
in Deutschland (2011)
Steinkohle
18,5 %
Erdgas
13,6%
Mineralölprodukte 1,1 %
Übrige Energieträger 4,2 %
8 % Wind
Braunkohle
24,6 %
Erneuerbare
20,3 %
5,4 % Biomasse
Im- und Export von Strom
zwischen Deutschland und
seinen Nachbarländern
innerhalb des europäischen
Verbundnetzes UCTE
Export | Import
Kernenergie
17,7 %
2,9 % Wasser
3,2 % Photovoltaik
0,8 % Hausmüll
Quelle: AG Energiebilanzen 2012
Entwicklung der Stromerzeugung
in Deutschland (in Mrd. kWh)
576,6 608,8 621,0
59,9 Mrd. kWh | 42,2 Mrd. kWh
56,0 Mrd. kWh | 50,0 Mrd. kWh
2010
2011
Der Stromexport ging von 2010 auf 2011 deutlich
zurück, während der Import stieg.
2000 2011 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
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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.
Strom kennt keine Grenzen
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.
Die energiepolitischen Ziele der Bundesregierung, bezogen auf elektrische Energie:
• 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.
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.
7 Zeitbild Wissen

Kernenergie
weltweit
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.
Zeitbild Wissen
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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.
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.
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.
9 Zeitbild Wissen

Kernenergie
in Deutschland
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.
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Brunsbüttel
Unterweser
Brokdorf
Krümmel
Kernkraftwerk Neckarwestheim
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.
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.
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.
Philippsburg 1
Emsland
Neckarwestheim 1
Stromerzeugung in GWh
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
Biblis A
Biblis B
Grohnde
Grafenrheinfeld
Philippsburg 2
Isar 1
Neckarwestheim 2
Gundremmingen B
Gundremmingen C
gemäß Atomgesetz-Novelle von
2011 außer Betrieb
Kernkraftwerke in Betrieb
Isar 2
Stromerzeugung aus Kernkraft in Deutschland
3000
0
Jan
Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez ø
2010 2011
Quelle: VGB PowerTech
11 Zeitbild Wissen

Der Aufbau eines
Kernkraftwerks
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
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.
*Der Moderator dient dazu, schnelle Neutronen abzubremsen,
um so die Kettenreaktion zu ermöglichen.
Der Druckwasserreaktor (DWR)
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.
ScHEMAzEIcHNUNG eines
DRUcKWASSERREAKTORS (DWR)
1
2
3
4
5
6
7
8
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10
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14
15
Reaktordruckbehälter
Hauptkühlmittelpumpe
Dampferzeuger
Sicherheitsbehälter
Brennelementlagerbecken
Turbinen-Hochdruckteil
Wasserabscheider und Zwischenüberhitzer
Turbinen-Niederdruckteil
Generator
Transformator
Kondensator
Vorwärmanlage
Speisewasserpumpe
Hauptkühlwasserpumpe
Kühlturm
Zeitbild Wissen
12

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.
Abklingbecken für Brennelemente
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.
13 Zeitbild Wissen

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.
Sicherheitsüberprüfungen
und -analysen
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.
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.
Sicherheitsschleuse
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.
Zeitbild Wissen
14

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.
Barriere 2
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).
Barriere 3
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.
Barriere 4
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
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.
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
1 – Kristallgitter des Brennstoffs
2 – Brennstabhülle
3 – Reaktordruckbehäter
4 – Betonabschirmung
5 – Sicherheitsbehälter
6 – Stahlbetonhülle
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.
15 Zeitbild Wissen

Radioaktive Abfälle
Blick in den Reaktorkern
In Deutschland werden zwei Arten
radioaktiver Abfälle unterschieden:
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.
• 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
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-
Zeitbild Wissen
16

Schutzplatte
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.
Die CASTOR-Behälter
Für den Transport und die langjährige Zwischenlagerung
von abgebrannten Brennelementen
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 CASTOR-
Behälter für bestrahlte Brennelemente ist an die 6
Meter lang, hat einen Durchmesser von etwa 2,5
Meter, eine Wandstärke von 40 cm und ein Leergewicht
von rund 100 Tonnen. Sein Behälterkörper
ist aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt,
einem speziellen Material, das über eine extrem
hohe Festigkeit und Zähigkeit verfügt. Der Behälter
schirmt die Gamma- und Neutronenstrahlung
weitgehend ab. Die Anforderungen an einen
Transportbehälter sind in Bezug auf mechanische
Stabilität, Dichtheit und Temperaturfestigkeit sehr
hoch. Behälter, wie sie für abgebrannte Brennelemente
eingesetzt werden, müssen gemäß international
gültigen Gefahrgutbestimmungen folgende
Prüfungen bestehen, ohne undicht zu werden:
Sekundärdeckel
Primärdeckel
Abschirmungselemente
Tragekorb mir Einzelbehältern
für strahlende Glaszylinder
oder Brennelemente
Behälterkörper aus besonders
dickem und stabilem Gusseisen
Kühlrippen
Tragzapfen
Quelle: GNS
• Freier Fall des Behälters aus 9 m Höhe auf ein
unnachgiebiges Fundament.
• 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
Verladen eines CASTOR-Behälters
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.
17 Zeitbild Wissen

Endlagerung von radioaktiven
Abfällen in Deutschland
Die Endlagerung von radioaktiven Abfällen in Deutschland ist
im Atomgesetz (AtG) geregelt. Demnach muss die Bundesregierung
Anlagen zur Sicherstellung und zur Endlagerung radioaktiver
Abfälle einrichten. Die Zuständigkeit innerhalb des Bundes
liegt beim Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und
Reaktorsicherheit (BMU) mit seiner nachgeordneten Behörde,
dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS).
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.
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 Sachsen-
Anhalt, die Endlager Asse und Schacht Konrad
und das Erkundungsbergwerk Gorleben in Niedersachsen.
In Morsleben und der Asse befinden
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 Salzstock
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
Zeitbild Wissen
18

Deckgebirge
Sohle
840 m
Salzstock
Schacht 1
Schacht 2
Sohle
870 m
e über
Länge des Streckensystems: ca. 7 km
Schacht- und Sohlensystem in Gorleben
der
Ein Salzstock ist nach heutigen den nuklearen Abfall unwiederbringlich
umschließt.
Kölner Doms.
kein Erkenntnissen radioaktives für Material die End-inlagerung besonders gut geeignet, die Wärme des nuklearen Abfalls
Grundwasser
870-m-Sohle gelangen.
gert werden • Salz weil besitzt das Steinsalz eine große u.a. Plastizität. Spalten gut ableitet. und
Hohlräume schließen sich von selbst wieder.
• Salz verfügt über eine gute Wärmeleitfähigkeit,
damit kann die Wärme, die radioaktive
Abfälle erzeugen, gut abgeleitet werden.
Aus diesen Gründen halten Fachleute nach heutigem
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.
Erkundungsbergwerk Gorleben
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.
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
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.
19 Zeitbild Wissen

Rückbau von
Kernkraftwerken
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.
Zeitbild Wissen
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
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
20

ückgebaut. 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.
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.
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.
21 Zeitbild Wissen

„Wir sind eine Ingenieurnation”
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+T-
Verfahren. 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 Studierende
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.
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
• Karlsruher Institut für Technologie
(KIT)
• Helmholtz-Zentrum Dresden-
Rossendorf (HZDR)
• Forschungszentrum Jülich (FZJ)
22

Hinweise für den Einsatz
im Unterricht
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.
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.
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.
23 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 1:
Kernspaltung von Uran
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.
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 überzählige
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.
3. Erläutern Sie in Ihren eigenen Worten nachstehende Formel.
Zeitbild Wissen
24

Arbeitsblatt 2:
Alpha- und Betastrahlung
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
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.
Aufgaben
1. Woraus bestehen Alphateilchen?
2. Wie entsteht das Elektron beim Betazerfall?
25 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 3:
Gamma- und
Neutronenstrahlung
Gammastrahlung
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
6 C
13
6 C
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 Beryllium-
Kern 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.
n
1
0
Aufgabe
1. Erläutern Sie in Ihren eigenen Worten
die Entstehung der Gammastrahlung.
Zeitbild Wissen
26

Arbeitsblatt 4:
Energiedosis, Organdosis
und effektive Dosis
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?
Sievert
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.
Strahlenexposition im Vergleich:
• 7.000 mSv:
Tödliche Dosis bei kurzzeitiger
Ganzkörperbestrahlung
• 1.000 mSv:
Vorübergehende Strahlenkrankheit bei
kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung.
• 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.
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.
Aufgaben
1. Wieso ist der Umrechnungsfaktor zur Ermittlung der Organdosis
aus der Energiedosis bei der Alphastrahlung so viel höher als
bei den anderen Strahlungsarten?
* Rolf Sievert (1896-1966), schwedischer Physiker
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
27 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 5:
Strahlenexposition
in Deutschland
Natürliche Strahlenexposition
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.
Mittlere jährliche effektive Dosis eines
Menschen in Deutschland: ≈ 4,0 mSv
Strahlenbelastung des
Menschen in Deutschland
Medizin
48 %
Radon
28 %
Nahrung
7 %
Bodenstrahlung
10 %
Kosmische Strahlung
7 %
Sonstiges
< 1 %
Zivilisatorische Strahlenexposition
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).
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
Aufgaben
1. Berechnen Sie die gesamte bisher erworbene
Strahlenexposition eines 70-jährigen
Menschen in Deutschland.
Quellen: Bericht der Bundesregierung
„Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung“
(Parlamentsbericht 2010); BfS
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.
Zeitbild Wissen
28

Arbeitsblatt 6:
Strahlung und Mensch
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).
Ab wann kann Strahlung
gefährlich werden?
Viehtränke
Gase · Staub · Aerosole
Ablagerung
auf Weiden
Trinkwasser
nasse und trockene Ablagerung
Bewässerung
Ablagerungen
auf dem Boden
Fleisch und
Fleischprodukte
Ablagerungen auf und
in Nahrungspflanzen
äußere Bestrahlung
Frischmilch
Milchprodukte
äußere
Bestrahlung aus
dem Wasser
Inhalation
und äußere
Bestrahlung
aus der Luft
Abb. 7.02
Typische Anreicherungsfaktoren von
Sr-90 im Nahrungssystem eines Süßwassersees
Nahrungsaufnahme
aus
dem Wasser
• Externe Exposition
Wolkenstrahlung
Bodenstrahlung
• Interne Exposition
Inhalation
Ingestion
50
bestimmten Wert hält.
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. Expositionspfade für Innerhalb
radioaktive Stoffe
des Körpers kann sie jedoch das Gewebe schädigen.
Betastrahlen haben dagegen in Luft eine Reichweite
von bis zu einigen Metern. Gamma- und Neutronenstrahlung
haben eine höhere Eindringtiefe
7.3 Anreicherung von Radionukliden in Nahrungsketten
und können auch durch äußere Expositionen zu Symptome der Strahlenkrankheit
Schädigungen führen. Bei den meisten radioaktiven
Zerfallsprozessen tritt eine Kombination aus Ab einer Dosis von 1 Sievert treten beim Men-
In den Gliedern der Nahrungsketten können sich
Radionuklide anreichern. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass ein Organismus nicht für alle Elementschen
einen erste Regelmechanismus Symptome der besitzt, Strahlenkrankheit um be-
wie
verschiedenen Strahlungsarten auf. Man unterscheidet
weiterhin zwischen akuten Strahlenschäden
und durch Strahlung bedingten Spätschäden werten können beim Menschen Strahlenschäden
stimmte Übelkeit Konzentrationen und Erbrechen einzuhalten. auf. Bei höheren Dosis-
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 geregelten
Hautschäden, Elementen. Es bedeutet, Haarausfall dass ein und gesunder Blutarmut äußern.
Nerz
(Knochen)
Organismus Eine akute bei Ganzkörperexposition ausreichendem Nahrungsan-vogebot führt seine bei Konzentration etwa 50 Prozent im Körper der auf Betroffenen einem 5 Sievert
820
Expositionspfade:
innerhalb
eines Monats zum Tode. Ab einer kurzzeitigen
Strahlenexposition von 20 Sievert treten Schäden
am zentralen Nervensystem auf, die meist
Im Standardmenschen sind es für Calcium 1.100 g
und für Kalium 140 g. Bei erhöhter Zufuhr dieser
Elemente innerhalb wird weniger der nicht benötigte Tage tödlich Anteil mit wirken. den
Ausscheidungsprodukten vermehrt wieder abgegeben.
Quelle: Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH
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 Aufgabe Körper. Von einem bestimmten Sättigungswert
an bildet sich ein Gleichgewichtszustand
zwischen Aufnahme und Ausscheidung.
Einen Anreicherungsvorgang im Nahrungssy
tem eines Süßwassersees zeigt Abb. 7.02. D
An reicherungsfaktoren geben das Verhältnis de
Strontium-90-Konzentration im Organismus z
der im Wasser an. Die Anreicherungsfaktoren sin
auf das Frischgewicht bezogen und in relative
Bisamratte
(Knochen)
3.500
Muscheln
(Fleisch)
730
Barsch
(Knochen)
3.000
Elritze
950
Informieren Sie sich über Strahlenschäden und
Maßnahmen zum Schutz vor Strahlenschäden
auf der Webseite des Bundesamtes für Strahlenschutz:
www.bfs.de/de/ion/wirkungen
Wasserpflanzen
280
Süßwasser
1
Bodensediment
180
Bieber
(Knochen)
1.300
Plankton
180
29 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 7:
Aufbau eines
Kernkraftwerks
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.
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?
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.
Zeitbild Wissen
30

Arbeitsblatt 8:
Aufbau eines Kernkraftwerks
mit Druckwasserreaktor
9
10
15
Durch die Wärme, die der Primärkreislauf in
die Dampferzeuger einspeist, wird das Wasser
des Sekundärkreislaufs verdampft. Dieser Damp
treibt die Turbine und den Generator an.
In den Kondensatoren nach den Nie der -
druckturbinen wird der Dampf kondensiert.
Das Kondensat wird mit Kondensatpumpen
über Niederdruck-Vorwärmanlagen in den Spei -
sewasserbehälter geführt. Die Speise wasser -
pumpen fördern das Wasser von dort über
Hoch druck-Vorwärmanlagen in die Dampf -
erzeuger zurück.
14
Aufgabe
Ein Druckwasserreaktor ist durch getrennte Wasserkreisläufe
gekennzeichnet (Primär- und Sekundärkreislauf
sowie Kühlkreislauf). Markieren Sie die Kreisläufe und
erläutern Sie ihre Funktionsweise!
1 Reaktordruckbehälter
2 Hauptkühlmittelpumpe
3 Dampferzeuger
4 Sicherheitsbehälter
5 Brennelementlagerbecken
6 Turbinen-Hochdruckteil
7 Wasserabscheider und
Zwischenüberhitzer
8 Turbinen-Niederdruckteil
9 Generator
10 Transformator
11 Kondensator
12 Vorwärmanlage
13 Speisewasserpumpe
14 Hauptkühlwasserpumpe
15 Kühlturm
31 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 9:
Die kontrollierte Kernspaltung
im Kernkraftwerk
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.
Wasser bremst die schnellen Neutronen – der Moderator
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.
Aufgabe
Erklären Sie, was man unter einer kontrollierten Kettenreaktion versteht.
Zeitbild Wissen
32

Arbeitsblatt 10:
Mindmap Endlagerung
Sicherheit
Abfallarten
oberirdisch
Endlagerprojekte
ENDLAGERUNG
Art des Standorts
Asse
dezentral
Rückholbarkeit
Bevölkerung
Geologie
Klüfte u. Risse
Gesteine
geol. Umfeld
Salz
Verwerfung
Stabilität, unterirdisch, Gorleben, Arbeitsplätze, Morsleben, Ton, Granit, zentral, technische
Maßnahmen, Proteste, organisatorische Maßnahmen, Grundwasser, Schacht Konrad,
Erdbeben, unterirdirsch, hochradioaktive Gorleben, Arbeitsplätze, Abfälle, Morsleben, schwach- Ton, und Granit, mittelradioaktive zentral, technische Abfälle 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.
3. Führen Sie in der Klasse eine offene Diskussion zu den Fragestellungen
rund um das Thema Endlagerung von radioaktiven Abfällen durch.
33 Zeitbild Wissen

Arbeitsblatt 11:
Geschichte der Kernenergie
1896:
Antoine Henri Becquerel entdeckt die Radioaktivität.
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).
1979
Schwerer Unfall mit teilweiser Kernschmelze am 28.
März 1979 im KKW Three Mile Island bei Harrisburg,
USA. Es gelingt den Reaktor zu stabilisieren.
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.
1990:
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.
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.
Aufgabe
Recherchieren Sie in Ihrer Familie, ob und wie sich die
Einstellung zur Nutzung der Kernkraft im Laufe der letzten
40 Jahre verändert hat.
Zeitbild Wissen
34

Lösungshinweise
Arbeitsblatt 1
Aufgabe 1: E = mc 2 , 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.
Arbeitsblatt 2
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
Aufgabe 1: Gammastrahlung tritt auf, wenn beim Alpha-
oder Betazerfall überschüssige Energie in Form von
elektromagnetischer Strahlung abgegeben wird.
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).
Arbeitsblatt 5
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.
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 8
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 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
35 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
Bundesamt für Strahlenschutz
www.bfs.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
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
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