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Auf den zwei physikalischen Prinzipien der Kernspaltung und Kettenreaktion beruht vor allem die Funktion eines Kernkraftwerkes.
Heute dienen sie überwiegend zur Gewinnung elektrischer Energie, wobei sie in technischer Hinsicht nämlich Wärmekraftwerke sind, von denen eine Vielzahl unterschiedlicher Typen entwickelt wurden, die jedoch alle nach dem selben Arbeitsprinzip funktionieren.
Dabei wird durch einen Brennstoff (Uran, Kohle, Gas) Wasser verdampft. Der unter hohem Druck stehende Dampf versetzt eine Turbine in Drehungen, die einen Generator antreibt, der den Strom erzeugt. Ein Reaktor- Druckgefäß, ein meterdicker Betonmantel und ein Sicherheitsgefäß verhindern, daß Strahlung aus dem Reaktor austritt.
Wenn jetzt die Kernenergie in einem Kernreaktor friedlich genutzt werden soll, so muß die Kettenreaktion kontrolliert ablaufen.
Von den zwei bis drei freiwerdenden Neutronen jeder Kernspaltung darf im Durchschnitt nur ein einziges eine weitere Kernspaltung auslösen. Zwischen die Uran- Brennstäbe des Kernreaktors werden deshalb Cadmiumstäbe eingeschoben, welche die überschüssigen Neutronen abfangen. Durch Ein- und Ausfahren der Cadmiumstäbe läßt sich die Kettenreaktion und damit die Leistungsabgabe des Reaktors regulieren.
Somit kann der Ablauf der Kettenreaktion durch eine geeignete Anordnung von Moderator (Bremsmittel oder Kühlmittel zur Abfuhr der bei der Spaltung frei werdenden enormen Wärmemenge, häufig Wasser oder Graphit) und Uranstäben gesichert werden.
Ein Kernkraftwerk gibt im Normalbetrieb nur sehr geringe Mengen an Radioaktivität an die Umwelt ab. Der Betrieb von Kernreaktoren ist jedoch problematisch, weil es viele Möglichkeiten für Störfälle gibt, bei denen Radioaktivität austreten kann.
Ein schwieriges Problem ist die Beseitigung der in einem Atomreaktor entstehenden, stark radioaktiven Spaltprodukte. Wiederaufbereitungsanlagen sowie unterirdische Endlager dienen als Lösung zur Entsorgung radioaktiven Abfalls.
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