Physik für Kinder

Kernenergie und Kernspaltung

E = mc2

Bei der Arbeit an seiner Relativitätstheorie entdeckte Albert Einstein die mathematische Formel E = mc2. Diese Formel zeigt, dass Materie in Energie umgewandelt werden kann. Obwohl dies wie ein einfaches Konzept klingt, zeigt es, dass aus einer sehr kleinen Menge Materie eine große Menge Energie erzeugt werden kann. Dies kann durch die Spaltung eines Atoms in einem Prozess geschehen, der Kernspaltung genannt wird.

Kernspaltung

Unter Kernspaltung versteht man den Prozess der Aufspaltung eines großen Atoms in zwei oder mehr kleinere Atome. Bei der Spaltung eines Atoms wird eine enorme Energiemenge freigesetzt. Wenn die Energie langsam und kontrolliert freigesetzt wird, kann sie zur Erzeugung von Strom für unsere Häuser genutzt werden. Wenn die Energie auf einmal freigesetzt wird, kommt es zu einer Kettenreaktion, die eine Kernexplosion verursacht.

Eine Kernspaltungsreaktion

Quelle: US NRC

Kernkraftwerke

Eine der wichtigsten Anwendungen der Kernspaltung ist die Kernkraft. Kernkraftwerke nutzen die Kernspaltung zur Erzeugung von Wärme. Mit dieser Wärme wird aus Wasser Dampf erzeugt, der wiederum elektrische Generatoren antreibt.

Etwa zwanzig Prozent des Stroms in den Vereinigten Staaten werden in Kernkraftwerken erzeugt. 104 kommerzielle Kernkraftwerke gibt es in den USA.

Kernkraftwerke verwenden das Element Uran als Brennstoff. Steuerstäbe aus Uran werden verwendet, um sicherzustellen, dass die Kettenreaktion der Atomspaltung kontrolliert abläuft.

Das TVA-Kernkraftwerk Watts Bar

Quelle: US DOE

Radioaktive Abfälle

Eines der Nebenprodukte der Kernenergie sind radioaktive Abfälle, d. h. Reste der Kernreaktion. Radioaktives Material kann für Menschen und Tiere gefährlich sein.

Andere Nutzungen der Kernenergie

Neben Kraftwerken gibt es noch weitere Anwendungsmöglichkeiten für die Kernenergie. Eine davon ist der nukleare Antrieb von Schiffen und U-Booten. U-Boote, die mit Kernkraft betrieben werden, können lange Zeit unter Wasser bleiben und mit hoher Geschwindigkeit fahren. Auch in Marineschiffen, Schiffen, die zum Brechen des Eises in den Polarmeeren eingesetzt werden, und in Raumschiffen wird die Kernenergie verwendet.

Diese Schiffe der U.S. Navy sind atombetrieben

Quelle: US Navy

Kernfusion

Eine andere Form der Kernenergie ist die Kernfusion. Sie entsteht, wenn sich zwei oder mehr Atome zu einem größeren Atom zusammenschließen. Sterne gewinnen ihre Energie aus der Kernfusion. Tief im Inneren eines Sterns werden ständig Wasserstoffatome durch Fusion in Heliumatome umgewandelt. Durch diesen Prozess wird die Licht- und Wärmeenergie erzeugt, die von den Sternen, einschließlich der Sonne, ausgeht.

Die Wissenschaftler haben noch nicht herausgefunden, wie man die Fusion so steuern kann, dass sie nutzbare Energie erzeugt. Wenn sie das könnten, wäre das eine großartige Neuigkeit, da bei der Fusion weniger radioaktives Material entsteht und wir praktisch unbegrenzt Energie zur Verfügung hätten.

Interessante Fakten über Kernenergie und Kernspaltung

• Die drei führenden Staaten bei der Erzeugung von Kernenergie sind Illinois, Pennsylvania und South Carolina.
• Die Vereinigten Staaten erzeugen mehr Kernenergie als jedes andere Land.
• In der Geschichte der Kernenergie gab es drei große Kernkraftwerkskatastrophen: Tschernobyl (Ukraine), Three Mile Island (Vereinigte Staaten) und Fukushima Daiichi (Japan).
• Das erste atomgetriebene U-Boot war die U.S.S. Nautilus, die 1954 in See stach.
• Ein Uranpellet kann die gleiche Energiemenge erzeugen wie etwa 1.000 Kilogramm Kohle.
• Der "Rauch", den Sie aus einem Kernkraftwerk kommen sehen, ist keine Verschmutzung, sondern Dampf.

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