Wie funktioniert Kernenergie?
Wie bereits erwähnt, wird Kernenergie entweder durch die Spaltung eines Atoms (Kernspaltung) oder durch die Verbindung von Atomen (Kernfusion) freigesetzt. Während die Kernfusion noch in industriellem Maßstab entwickelt wird, wollen wir uns zunächst ansehen, wie die Kernspaltung funktioniert...
Kernspaltung
Kernspaltung liegt vor, wenn der Kern eines Atoms in zwei oder mehr kleinere Kerne gespalten wird. So spaltet sich beispielsweise ein Uran-235-Atom in Barium- und Kryptonkerne und zwei oder drei Neutronen. Diese zusätzlichen Neutronen treffen auf andere Uran-235-Atome, wodurch diese ebenfalls gespalten werden und in einer Kettenreaktion weitere Neutronen erzeugen, die ebenfalls Energie in Form von Wärme und Strahlung freisetzen. Die Wärme aus dieser Energiefreisetzung kann in einem Kernkraftwerk in Elektrizität umgewandelt werden, in der Regel durch Erhitzen von Wasser zur Erzeugung von Dampf, der dann Turbinen antreibt, einen Generator in Gang setzt und kohlenstoffarmen Strom erzeugt. Dieser Prozess kann in die folgenden acht Schritte unterteilt werden:
1. Die Reaktion
Versiegelte Metallzylinder, die Uran enthalten, werden in den Reaktorbehälter aus Stahl gestellt, wo Neutronen auf Uranatome geschossen werden, die sich spalten und weitere Neutronen freisetzen, die wiederum auf andere Atome treffen und eine Kettenreaktion auslösen, die Wärme erzeugt.
2. Wasser wird erhitzt
Wasser fließt durch den Reaktorbehälter, wo es durch die Kettenreaktion auf etwa 300 °C erhitzt wird. Um zu verhindern, dass das Wasser kocht, wird ein Druckerzeuger eingesetzt, der den 155-fachen Atmosphärendruck erzeugt.
3. Das heiße Wasser zirkuliert
Das erhitzte, unter Druck stehende Wasser wird dann aus dem Reaktorbehälter in einen Dampferzeuger umgeleitet.
4. Dampferzeugung
Das heiße, unter Druck stehende Wasser fließt durch eine Reihe von Rohrschleifen, während ein zweiter Wasserstrom an der Außenseite der Rohre vorbeigeführt wird. Dieser zweite Wasserstrom steht unter weitaus geringerem Druck, so dass er zu Dampf verdampft.
5. Dampf wird zu elektrischer Energie
Der in Schritt vier erzeugte Dampf wird dann durch eine Reihe von Turbinen geleitet, die sich dadurch drehen und mechanische Energie erzeugen. Die Turbinen sind über eine Welle mit einem Generator verbunden, der ein elektromagnetisches Feld nutzt, um die mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
6. Elektrische Energie wird ins Netz eingespeist
Die elektrische Energie wird von einem Transformator in eine Hochspannung umgewandelt, die in das Stromnetz eingespeist werden kann.
7. Elektrizität wird an die Haushalte weitergeleitet
Der Hochspannungsstrom wird über Stromleitungen zu den Haushalten, Unternehmen und Dienstleistern geleitet, wo er wieder auf ein besser nutzbares Niveau umgewandelt wird.
8. Der Dampf des Generators wird gekühlt und wiederverwendet
Zurück im Kraftwerk wird der Dampf, der die Turbinen angetrieben hat, durch Rohre mit kaltem Wasser geleitet, das aus dem Meer gepumpt wird. Dadurch wird der Dampf abgekühlt und wieder zu Wasser kondensiert, so dass er für den Betrieb der Turbinen und die erneute Stromerzeugung wiederverwendet werden kann.
Kernfusion
Die Kernfusion hat das Potenzial, die Energieerzeugung zu revolutionieren - ohne radioaktive Abfälle oder Treibhausgasemissionen und als praktisch unbegrenzte Energiequelle. Während bei der Kernspaltung Atome gespalten werden, um Energie zu erzeugen, werden bei der Kernfusion Atomkerne zusammengeführt, um Energie freizusetzen. Dies ist derselbe Prozess, der auch im Kern der Sonne abläuft, aber die Schaffung der richtigen Bedingungen für die Kernfusion war jahrzehntelang eine Herausforderung, z. B. die Überwindung der natürlichen Abstoßung zwischen Atomkernen und die Erzeugung von mehr Energie, als bei dem Prozess verbraucht wird.
Unternehmen in China, Europa, Australien, den Vereinigten Staaten und dem Vereinigten Königreich arbeiten daran, die technischen Herausforderungen der Kernfusion zu lösen. Dazu gehört das ITER-Projekt, bei dem ein Tokamak-Reaktor ein Gas verwendet, normalerweise ein Wasserstoffisotop namens Deuterium, das aus Meerwasser gewonnen werden kann. Das Deuterium wird hoher Hitze und hohem Druck ausgesetzt, wodurch Elektronen aus den Atomen herausgetrieben werden und ein Plasma entsteht. Plasma ist ein überhitztes, ionisiertes Gas, das Temperaturen von 100.000.000°C oder mehr erreichen kann und durch starke Magnetfelder eingedämmt werden muss. Diese Temperaturen sind fast zehnmal so hoch wie im Kern der Sonne, werden aber für den Prozess benötigt, da es unmöglich ist, den Gravitationsdruck im Inneren der Sonne zu erzeugen. Alternative Reaktoren, die derzeit getestet werden, verwenden Laser, um den Wasserstoffbrennstoff zu erhitzen und zu komprimieren und so die Fusion zu erzeugen.
Fusionskraftwerke funktionieren ähnlich wie Kernspaltungsanlagen, da die durch die Kernreaktion erzeugte Wärme zur Dampferzeugung und zum Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt wird. Die Kernfusion für die reguläre Energieerzeugung scheint jedoch noch einige Jahre entfernt zu sein.
Vorteile
Die Kernenergie bietet eine Reihe von Vorteilen, insbesondere in Bezug auf den Klimawandel:
- Eine kohlenstoffarme Energiequelle mit einem kleinen Kohlenstoff-Fußabdruck
- Erzeugung von Strom rund um die Uhr, ohne auf Umweltfaktoren wie Wind angewiesen zu sein
- Kostengünstig im Betrieb
Nachteile
Es gibt auch eine Reihe von Nachteilen, die mit der Kernenergie verbunden sind:
- Kernkraftwerke sind teuer im Bau
- Gefahr möglicher Unfälle und damit verbundenes Sicherheitsrisiko
- Erzeugt radioaktive Abfälle, die gelagert werden müssen, ohne die Umwelt zu schädigen
- Kann Schadstoffe in die Umwelt freisetzen
Einsatzmöglichkeiten und Beispiele
Die Kernenergie bietet mehr als nur kohlenstofffreie Elektrizität. Die Kernenergie treibt die Weltraumforschung an, liefert Wasser durch Entsalzung, wird zur Sterilisierung medizinischer Geräte verwendet und liefert Radioisotope für die Krebsbehandlung. So kann beispielsweise das Isotop Kobalt-60 in kommerziellen Kernkraftwerken hergestellt und für die Krebsbehandlung, die medizinische Bildgebung und die Sterilisierung medizinischer Geräte verwendet werden. Nukleare Strahlung wird zur Behandlung von Lebensmitteln und zur Abtötung von krankheitsverursachenden Bakterien, Insekten oder Parasiten eingesetzt. Strahlung wird auch in geringen Mengen für Rauchmelder, Fotokopierer und andere Verbraucherprodukte verwendet. Darüber hinaus werden U-Boote und Flugzeugträger sowie Raumfahrzeuge wie die Cassini-Huygens-Sonde und der Marsrover Perseverance mit Kernkraft angetrieben.
Geschichte
Jahrzehntelange Arbeiten zum Verständnis der Radioaktivität und der Kernphysik führten 1938 zur Entdeckung der Kernspaltung. Dies führte 1939 zu der Entdeckung, dass die Kernspaltung eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion mit weiteren Kernspaltungen auslösen kann. Der Ausbruch des Zweiten Weltkriegs im Jahr 1939 veranlasste die Wissenschaftler, ihre Aufmerksamkeit auf die Kernspaltungsforschung zu richten, um Kernwaffen zu entwickeln, anstatt Energie zu erzeugen.
In den Vereinigten Staaten führte diese Kernwaffenforschung - bekannt als das Manhattan-Projekt - zum Bau des ersten Kernreaktors, des Chicago Pile-1, der am 2. Dezember 1942 die Kritikalität erreichte. Von hier aus wurden größere Produktionsreaktoren für die Herstellung von waffenfähigem Plutonium gebaut. Der erste Kernwaffentest, der Trinity-Test, fand im Juli 1945 statt, gefolgt von den Bombenangriffen auf Hiroshima und Nagasaki einen Monat später.
Während die ersten Atomwaffen militärischen Zwecken dienten, herrschte in den 1940er und 50er Jahren die Überzeugung vor, dass die Kernenergie für die Bereitstellung billiger Energie genutzt werden könnte. Dieser Glaube erfüllte sich am 20. Dezember 1951, als die Versuchsstation EBR-1 in der Nähe von Arco, Idaho, als erster Kernreaktor Strom erzeugte. 1953 sprach US-Präsident Dwight Eisenhower in seiner "Atoms for Peace"-Rede über die Entwicklung „friedlicher“ Anwendungen der Kernenergie. Auf diese Rede folgte 1954 der U.S. Atomic Energy Act, der eine rasche Freigabe der amerikanischen Reaktortechnologie ermöglichte und die Entwicklung durch den privaten Sektor förderte.
Die erste Organisation, die eine praktische Nutzung der Kernenergie entwickelte, war jedoch die US-Marine mit dem S1W-Reaktor, der zur Energieerzeugung für U-Boote und Flugzeugträger eingesetzt wurde. Bei diesem Reaktor handelte es sich um einen Druckwasserreaktor (DWR), der so konzipiert war, dass er einfach, kompakt und leicht zu bedienen war, so dass er sich für den Einsatz in U-Booten eignete. Infolgedessen wurde der DWR zur Methode der Wahl für die Stromerzeugung auf dem zivilen Markt. Das erste atomgetriebene U-Boot, die USS Nautilus, stach im Januar 1954 in See und erreichte 1958 als erstes Schiff den Nordpol.
Am 27. Juni 1954 erzeugte das Kernkraftwerk Obninsk in der UdSSR mit einer Leistung von 5 Megawatt als erstes der Welt Strom für ein Stromnetz. Etwa zwei Jahre später, am 27. August 1956, wurde Calder Hall in Windscale in England an das nationale Stromnetz angeschlossen und war damit das erste kommerzielle Kernkraftwerk der Welt. Calder Hall produzierte jedoch nicht nur Strom, sondern wurde auch zur Herstellung von Plutonium-239 für das britische Kernwaffenprogramm genutzt.
Zu dieser Zeit ereigneten sich auch die ersten nuklearen Unfälle, darunter ein Brand in Windscale und die Katastrophe von Kyshtym in der Sowjetunion im Jahr 1957. Eine unkontrollierte Kettenreaktion im SL-1-Versuchsreaktor der US-Armee im Idaho National Laboratory führte 1961 zu einer Dampfexplosion, bei der drei Menschen starben und eine Kernschmelze verursacht wurde. 1968 kam es bei zwei flüssigmetallgekühlten Reaktoren auf dem sowjetischen U-Boot K-27 zu einem Brennelementversagen, bei dem gasförmige Spaltprodukte austraten und neun Besatzungsmitglieder starben und 83 weitere verletzt wurden.
Diese Unfälle müssen den Widerstand gegen die Kernenergie verstärkt haben, der Anfang der 1960er Jahre in den Vereinigten Staaten einsetzte. In den späten 1960er Jahren kamen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft eigene Bedenken hinsichtlich möglicher nuklearer Unfälle, der Verbreitung von Kernwaffen und des Terrorismus sowie der Entsorgung von Atommüll hinzu. In den 1970er Jahren wuchs der Anti-Atomkraft-Aktivismus, und die wachsende öffentliche Feindseligkeit führte zu verstärkten Lizenzvergabeverfahren, Vorschriften und Sicherheitsanforderungen, die allesamt die Kosten für den Bau neuer Anlagen in die Höhe trieben. Projekte wurden allmählich gestrichen, und obwohl es keine Todesopfer gab, trug der Unfall von Three Mile Island im Jahr 1979 nur dazu bei, den weltweiten Wunsch nach dem Bau neuer Anlagen weiter zu bremsen.
Dieser Trend hat sich nicht auf Frankreich und Japan übertragen, die nach der Ölkrise von 1973 begannen, in die Kernenergie zu investieren, und in den 1980er Jahren erlebte die Atomindustrie eine Renaissance. Die Katastrophe von Tschernobyl 1986 in der UdSSR stellte jedoch einen weiteren tragischen Wendepunkt in der Geschichte der Kernenergie dar. Tschernobyl gilt als die schlimmste Nuklearkatastrophe der Geschichte und forderte 56 direkte Todesopfer und Aufräumkosten in Milliardenhöhe. Infolge dieser Katastrophe wurden die nukleare Sicherheit und die Vorschriften verbessert, und der Weltverband der Kernkraftwerksbetreiber (WANO) wurde gegründet, um das Sicherheitsbewusstsein und die berufliche Entwicklung der Kernkraftwerksbetreiber zu fördern. Die Katastrophe führte auch dazu, dass in den folgenden Jahren weniger neue Kraftwerke gebaut wurden und die Italiener 1987 in einem Referendum gegen die Kernenergie stimmten, so dass diese in Italien bis 1990 auslief.
In den frühen 2000er Jahren nahm die Kernenergie wieder zu, als die Besorgnis über die Kohlendioxidemissionen wuchs und eine neue Generation von Reaktoren gebaut wurde. Ein durch das Tōhoku-Erdbeben ausgelöster Tsunami im Jahr 2011 führte jedoch zu drei Kernschmelzen, nachdem das Notkühlsystem aufgrund mangelnder Stromversorgung im Kernkraftwerk Fukushima Daiichi ausgefallen war. Erneut wurde die Sicherheit von Kernkraftreaktoren in Frage gestellt, und eine Reihe von Ländern begann, ihre Kernkraftprogramme zu überprüfen oder sogar einzustellen.
Überarbeitete Kriterien für den Betrieb und eine Reihe von Sicherheitsüberprüfungen in den folgenden Jahren sowie das Bewusstsein für die Bedeutung einer kohlenstoffarmen Stromerzeugung zur Eindämmung des Klimawandels und die Stilllegung alter Anlagen führten dazu, dass ab 2015 eine neue Generation von Kraftwerken ans Netz ging. Das größte Wachstum wird in den Vereinigten Staaten und in Asien erwartet, wobei China voraussichtlich der weltweit größte Erzeuger von Atomstrom werden wird.
FAQs (Häufig gestellte Fragen)
Welche drei Arten von Kernenergie gibt es?
Kernenergie kann durch Kernfusion oder Kernspaltung erzeugt werden. Bei der Kernfusion werden Atomteilchen miteinander verbunden, während bei der Kernspaltung Atome gespalten werden, um Energie zu erzeugen. Die Spaltung kann entweder spontan oder induziert erfolgen, so dass es drei potenzielle Arten von Kernenergie gibt.
Was ist die häufigste Kernenergie?
Die Kernspaltung ist die gängigste Methode zur Erzeugung von Kernenergie, wobei Uran der häufigste Kernbrennstoff ist. Uran ist ein reichlich vorhandenes Metall, das abgebaut und zu U-235 verarbeitet wird, einer angereicherten Form des Metalls, die in Kernreaktoren verwendet wird, da sich seine Atome leicht spalten lassen. Uran ist 100 Mal häufiger als Silber, aber U-235 ist viel seltener und macht nur etwas mehr als 0,7 % des natürlichen Urans aus.
Kann die Kernenergie fossile Brennstoffe ersetzen?
Die Kernenergie erzeugt bereits fast ein Drittel des weltweiten kohlenstofffreien Stroms und ist ein wichtiger Bestandteil eines umfassenderen Energiemixes, der die Nutzung fossiler Brennstoffe ersetzen und die Klimaziele erreichen könnte. Dieser Energiemix würde eine Reihe von Energiequellen umfassen, darunter erneuerbare Energien wie Windkraft, Solarenergie und Erdwärme.
Kann Kernenergie gespeichert werden?
Kernenergie kann wie andere Energieträger mit verschiedenen Techniken im Netz gespeichert werden, darunter:
- Lithium-Ionen-Batterien: Ähnlich wie die Batterie in Ihrem Smartphone, nur viel größer, speichern diese Batterien Strom als chemische Energie, die bei Bedarf wieder in das System entladen werden kann.
- Pumpspeicherkraftwerke: Bei dieser weit verbreiteten Form der Energiespeicherung wird Wasser zu einem Stausee hochgepumpt. Dieses Wasser kann dann bei Bedarf abgelassen werden, wodurch Turbinen angetrieben und Strom erzeugt wird.
- Wasserstoffspeicherung: Wasserstoff kann durch Aufspaltung von Wassermolekülen erzeugt und dann verbrannt werden, um wieder Strom zu erzeugen, oder in Brennstoffzellen eingespeist werden, die Strom und Wasser erzeugen.
Kann Kernenergie für die Raumfahrt genutzt werden?
Kernenergie wurde bereits in der Raumfahrt eingesetzt, u. a. für den Antrieb der Cassini-Sonde, die 1 Milliarde Meilen zur Erforschung des Saturns zurückgelegt hat. Andere Geräte wie der Mars-Rover Perseverance nutzen Kernenergie als Energiequelle.
Kann die Kernenergie den Planeten retten?
Die Kernenergie kann als Teil eines kohlenstoffärmeren Energiemixes, der auch Wind-, Sonnen-, Wasser- und Erdwärmeenergie umfasst, zur Rettung des Planeten beitragen. Ein einziges Uranpellet, das die Größe einer Erdnuss hat, kann so viel Energie erzeugen wie 800 kg Kohle. Mit ihren niedrigen Betriebskosten ist die Kernenergie eine zuverlässige Energiequelle, die zur Rettung unseres Planeten beitragen kann.
Kann die Kernenergie den Klimawandel lösen?
Es ist unwahrscheinlich, dass die Kernenergie allein das Problem des Klimawandels lösen kann, aber sie kann als Teil einer umfassenderen Strategie eine Rolle spielen. Da die Kernenergie bereits fast ein Drittel der weltweiten kohlenstofffreien Energie erzeugt, ist sie ein wichtiger Bestandteil des grünen Energiemixes, der zur Lösung des Klimawandels beitragen könnte.
Kann Kernenergie für den Verkehr genutzt werden?
Kernenergie kann für den Transport genutzt werden, entweder durch die Energieerzeugung oder direkt, z. B. in Raumfahrzeugen und U-Booten.
Wird die Kernenergie auslaufen?
Obwohl man davon ausgeht, dass das abgebaute Uran in etwa zweihundert Jahren erschöpft sein wird, wird die Kernenergie nicht zu Ende gehen, da Uran aus dem Meerwasser gewonnen werden kann und somit ein nahezu unerschöpflicher Vorrat vorhanden ist.
Uranoxid ist wasserlöslich. Wenn Regen auf den Boden fällt, löst er kleine Mengen Uran, die dann durch die Flüsse ins Meer fließen. Die Sonne verdunstet dann das Wasser, wodurch das Uran konzentriert wird. Dieser Prozess findet seit 4 Milliarden Jahren auf natürliche Weise statt und hat zu einer derzeitigen Urankonzentration im Meerwasser von 3,3 Teilen pro Milliarde geführt.
Dieses Uran kann aus dem Meerwasser extrahiert werden, obwohl dieses Verfahren etwa viermal so teuer ist wie der derzeitige Marktpreis für Uran, sind Experten der Meinung, dass es möglich sein sollte, diesen Kostenanstieg zu decken, da der derzeitige Uranpreis niedrig ist. Es besteht auch die Möglichkeit, Thorium für die Kernenergieerzeugung zu verwenden, das in der Erdkruste etwa 4,5-mal so häufig vorkommt wie Uran.
Ist die Kernenergie erneuerbar?
Obwohl die Kernenergie eine saubere Energiequelle ist, ist sie streng genommen nicht erneuerbar. Das liegt daran, dass das abgebaute Uran eine endliche Brennstoffquelle ist. Wird es jedoch, wie oben beschrieben, aus Meerwasser gewonnen, ist Uran nahezu erneuerbar, da die Ressource durch den Fluss von gelöstem Uran im Meerwasser wieder aufgefüllt wird.
Ist die Kernenergie sicher?
Die Sicherheit von Kernkraftwerken wurde durch spektakuläre Unfälle wie die Katastrophen von Tschernobyl und Fukushima in Frage gestellt, so dass sich viele fragen, ob sie eine sichere Option für die Energieerzeugung sind. Es stimmt, dass die Sicherheit dieser Anlagen durch drei verschiedene Faktoren beeinträchtigt wird: Die radioaktiven Stoffe im Reaktor könnten sich als gefährlich erweisen, wenn sie in die Umwelt gelangen; die hochradioaktiven Spaltprodukte können weiter zerfallen und Wärme freisetzen, die zu Überhitzung und zum Austritt von Radioaktivität führen kann; und schließlich gibt es einen Kritikalitätsunfall, bei dem die Kettenreaktion der Kernspaltung nicht kontrolliert werden kann.
Moderne Reaktoren sind jedoch so konzipiert, dass ein unkontrollierter Anstieg der Reaktorleistung durch die Verwendung eines negativen Reaktivitätskoeffizienten verhindert wird. Das bedeutet, dass die Spaltrate mit steigender Temperatur oder Dampfmenge im Reaktor abnimmt. Darüber hinaus kann die nukleare Kettenreaktion durch das Einsetzen von Steuerstäben in den Reaktorkern manuell gestoppt werden. Notkühlsysteme für den Reaktorkern (Emergency Core Cooling Systems, ECCS) sorgen für die Abfuhr der Nachzerfallswärme, falls die normalen Kühlsysteme ausfallen, während physische Barrieren, einschließlich des Containment-Gebäudes selbst, ebenfalls dazu dienen, die Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umwelt im Falle eines Unfalls zu begrenzen.
Statistisch gesehen liegt die Sterblichkeitsrate bei der Kernenergie bei 0,07 pro TWh erzeugter Energie und damit unter der Zahl der Todesfälle pro Energieeinheit, die durch Unfälle und Luftverschmutzung bei Kohle, Erdöl, Erdgas und Wasserkraft verursacht werden. Es wird geschätzt, dass die Kernenergie zwischen 1971 und 2009 1,8 Millionen Todesfälle verhindert hat, indem sie die durch fossile Brennstoffe erzeugte Energiemenge reduziert hat.
Dennoch gibt es nach wie vor Bedenken wegen nuklearer Unfälle, die nachweislich soziale und psychologische Auswirkungen haben, da die Menschen aus den Unfallgebieten evakuiert werden müssen. Eine Studie ergab, dass eine schlechte psychische Gesundheit die größte Auswirkung der Katastrophe von Tschernobyl auf die öffentliche Gesundheit war. Der amerikanische Wissenschaftler Frank N. von Hippel stellte fest, dass eine unverhältnismäßige Angst vor ionisierender Strahlung (Radiophobie) langfristige psychologische Auswirkungen auf die Bevölkerung der durch die Fukushima-Katastrophe verseuchten Gebiete haben könnte.
Wo wurde die Kernenergie entdeckt?
Die Kernenergie wurde im Dezember 1938 in Berlin von den Radiochemikern Otto Hahn und Fritz Strassmann bei der Arbeit in ihrem Labor entdeckt.
Wer entdeckte die Kernenergie?
Wie bereits erwähnt, wird die Entdeckung der Kernenergie im Jahr 1938 allgemein Otto Hahn und Fritz Strassmann zugeschrieben. Diese Entdeckung baute jedoch auf jahrhundertealten wissenschaftlichen Überlegungen und Innovationen auf.
Griechische Philosophen der Antike kamen auf die Idee, dass die Materie aus unsichtbaren Teilchen besteht, die nach dem griechischen Wort „atomos“ für „unteilbar“ als Atome bezeichnet werden. Die Wissenschaftler des 18. und 19. Jahrhunderts entwickelten diese Idee weiter, und um 1900 hatten die Physiker herausgefunden, dass Atome große Mengen an Energie enthalten. Im Jahr 1904 schrieb der britische Physiker Ernest Rutherford (der als Vater der Atomwissenschaft bezeichnet wird): "Wenn es jemals möglich wäre, die Zerfallsgeschwindigkeit der Radioelemente nach Belieben zu steuern, könnte aus einer kleinen Menge Materie eine enorme Energiemenge gewonnen werden." Ein Jahr später entwickelte Albert Einstein seine Theorie für die Beziehung zwischen Masse und Energie mit der Formel E=mc2, oder "Energie ist gleich Masse mal Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat".
1934 zeigten die Experimente von Enrico Fermi in Rom, dass Neutronen in verschiedene Arten von Atomen gespalten werden können. Als er jedoch Uran mit Neutronen beschoss, erhielt er Elemente, die viel leichter waren als erwartet.
Im Dezember 1938 beschossen Otto Hahn und Fritz Strassmann in ihrem Labor in Berlin Uran (Ordnungszahl 92) mit Neutronen aus einer Quelle, die Radium und Beryllium enthielt. Zu ihrer Überraschung fanden sie in den zurückbleibenden Materialien leichtere Elemente wie Barium (Ordnungszahl 56), das nur etwa die Hälfte der Atommasse von Uran hatte.
Hahn und Strassmann nahmen Kontakt zu ihrer österreichischen Kollegin Lise Meitner auf, die nach ihrer Flucht aus Nazi-Deutschland in Kopenhagen lebte. In Zusammenarbeit mit Niels Bohr und ihrem Neffen Otto R. Frisch stellte Meitner fest, dass die Atommassen der Spaltprodukte nicht mit denen von Uran übereinstimmten. Mit Hilfe von Einsteins Theorie stellte sie fest, dass die verlorene Masse in Energie umgewandelt wurde, was beweist, dass eine Spaltung stattgefunden hatte. Bohr reiste 1939 in die Vereinigten Staaten, wo er Einstein traf und ihm von seiner Entdeckung erzählte. Außerdem diskutierte er mit Fermi auf einer Konferenz für theoretische Physik in Washington, D.C., über die Möglichkeit, eine Kettenreaktion aufrechtzuerhalten.
1942 entwarfen Fermi und sein Kollege Leo Slizard einen Entwurf für einen Uran-Kettenreaktor, bei dem Uran in einen Graphitstapel eingelegt wurde, um einen würfelförmigen Rahmen aus spaltbarem Material zu bilden.
Nach Diskussionen an der Universität von Chicago waren Fermi und eine Gruppe von Wissenschaftlern bereit, die Theorie mit dem Bau des ersten Kernreaktors der Welt im November 1942, Chicago Pile-1, zu testen. Der Reaktor wurde auf dem Boden eines Squashplatzes unter dem Leichtathletikstadion der Universität errichtet und enthielt Uran, Graphit und Cadmium, das durch die Absorption von Neutronen zur Steuerung der Reaktion beitrug. Bei einer Demonstration des Reaktors am 2. Dezember 1942 wurden die Kadmiumstäbe langsam aus dem Stapel herausgezogen, wodurch sich die Reaktion beschleunigte, bis sie um 15:25 Uhr Chicagoer Zeit selbständig wurde. Dies markierte den Beginn des Atomzeitalters. Im Vergleich zur Atomforschung, die im Rahmen des Manhattan-Projekts auf die Entwicklung einer Waffe für den Zweiten Weltkrieg abzielte, war die Erzeugung von Atomstrom jedoch zweitrangig.
Fazit
Kernenergie kann entweder durch Kernspaltung oder durch Kernfusion erzeugt werden. Kernreaktoren nutzen seit Jahrzehnten die Kernspaltung zur Energieerzeugung. Die Nutzung der Fusion, der Verbindung von Atomen, befindet sich jedoch noch im Versuchsstadium für die Energieerzeugung. Die Fusion findet auf natürliche Weise im Kern der Sonne statt, wo Wasserstoffatome zu Helium verschmelzen.
Während sich die Kernfusion noch in der Entwicklung befindet, arbeiten Ingenieure auch an kleinen Kernreaktoren (SMR), die eine einfache und kostengünstige Lösung für die Erzeugung von Kernenergie bieten.
Ob Kernspaltung oder Kernfusion, die Kernenergie bietet eine saubere Energiequelle, die mit Sicherheit Teil des Energiemixes der Zukunft sein wird, wenn wir daran arbeiten, Emissionen zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen.