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Energieumwandlung im Kernkraftwerk - Abläufe

Es ist ein langer Weg, von der Bindungsenergie, die in einem Atomkern vorhanden ist, zum Strom, den ein Kernkraftwerk liefert. Es finden mehrere Energieumwandlungen statt, bei denen nutzbare Energie verloren geht. Nur ein Bruchteil der eingesetzten Energie wird zu Strom.

Im Kernkraftwerk entweicht viel Energie durch die notwendige Kühlung.
Im Kernkraftwerk entweicht viel Energie durch die notwendige Kühlung.

Energieumwandlung und Energieverlust

Sie haben sicher schon vom Energieerhaltungssatz gehört und wundern sich daher vermutlich, wenn von Energieverlusten die Rede ist. Die Energie geht bei der Umwandlung nicht verloren, aber sie geht in eine Form über, die nicht nutzbar ist. Ein Beispiel aus dem Alltag hilft Ihnen, die Vorgänge besser zu verstehen.

  • Energie kann in verschiedenen Formen vorliegen. Ein Ball, der in einer bestimmten Höhe liegt, hat eine potentielle Energie, die Energie der Lage. Lassen Sie ihn aus dieser Höhe auf den Boden fallen. Während des Fallens wird er schneller. Es findet eine Energieumwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie statt, die Bewegungsenergie.
  • Der Ball trifft auf dem Erdboden auf und verformt sich. Die kinetische Energie verwandelt sich in elastische Energie, die ebenfalls eine potentielle Energie ist. Sie sehen, wie der Ball sich eindrückt und wieder in die ursprüngliche Form zurück geht.
  • Bei der Rückverformung verwandelt sich die elastische Energie wieder in kinetische. Der Ball springt nach oben. Dabei nimmt die kinetische Energie ab und die potentielle zu.

Theoretisch müsste der Ball zum Schluss wieder in der ursprünglichen Höhe ankommen. Aus Erfahrung wissen Sie, dass er diese nicht erreicht. Bei jeder der erwähnten Energieumwandlungen und während der Bewegung, wird ein Teil in Wärmeenergie umgewandelt. Diese entweicht in die Atmosphäre. Sie geht dem Prozess verloren, obwohl die Energie als solche erhalten bleibt. Wärmeenergie kann nie vollkommen in eine andere Energieform zurückverwandelt werden.

Vorgänge im Kernkraftwerk

Auch bei der Energieumwandlung im Kernkraftwerk entweicht ein großer Teil der Energie in Form von Wärme dem Prozess. Die Umwandlungen im Einzelnen sind folgende:

  • Ab einer gewissen Größe benötigt der Kern großer Atome mehr Bindungsenergie als der von kleineren. Zerfallen diese Kerne, wird Energie freigesetzt. Im Kernkraftwerk findet eine Energieumwandlung von Kernbindungsenergie in thermische Energie statt. Bei dem Vorgang entsteht schnell sehr viel Wärme, mehr als für den weiteren Prozess erforderlich ist. Ein großer Teil dieser Wärme muss durch Kühlung entzogen werden.
  • Die restliche Wärme erhitzt Wasser, welches im Reaktordruckgefäß ist. Es entsteht Druck, der ebenfalls eine potentielle Energie darstellt. Ein Teil der verbliebenen Wärmeenergie ist nun potentielle Energie. Auch bei diesem Prozess entweicht thermische Energie.
  • Das unter Druck stehende Wasser oder der unter Druck stehende Dampf treibt eine Turbine an. Diese dreht sich. Die potentielle Energie wurde zur kinetischen Energie. Die sich drehende Turbine reibt an den Lagern und der Luft, ein Teil der eingesetzten Energie wird für die Überwindung des Widerstandes benötigt. Sie entweicht in Form von Wärme in die Luft.
  • Die Turbine wandelt über einen Generator die kinetische Energie in elektrische Energie um. Auch im Generator muss eine Reibung überwunden werden.

Die Schritte der Energieumwandlungen sind Kernbindungsenergie, thermische Energie, potentielle Energie, kinetische Energie und elektrische Energie. Da bei der ersten Verwandlung sehr viel Wärme entsteht, muss ein großer Teil der Energie durch Kühlung abgeführt werden, außerdem entweicht bei jedem Umwandlungsschritt Wärme. Insgesamt gehen etwa 70% der eingesetzten Energie durch Wärme in die Umwelt.

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