05 Wie funktioniert ein Kernkraftwerk - ?· 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke Wie funktioniert ein…

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    17-Sep-2018

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<ul><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lehrerinformation</p><p>1/17</p><p>Arbeitsauftrag</p><p>Die Arbeitsbltter knnen in Gruppen oder im Plenum gelst werden. Die Lernkontrollekann als Test eingesetzt werden.</p><p>Ziel Die Schler/-innen kennen den Satz der Energieumwandlung. Sie wissen, dass sichKernkraftwerke von anderen Kraftwerken nur im primren Sektor (d. h. in der Art derWrmegewinnung) voneinander unterscheiden. Die Schler/-innen knnen erklren, wieein Kernkraftwerk funktioniert. Sie wissen ber die Vorgnge im Kernreaktor, imMaschinenhaus und im Khlturm Bescheid.</p><p>Material</p><p>ArbeitsbltterLsungsbltter</p><p>Sozialform</p><p>Plenum oder Gruppenarbeit</p><p>Zeit</p><p>45 Minuten</p><p>ZustzlicheInformationen:</p><p> Kurze Informationen zu Siede- und Druckwasserreaktoren:http://www.kernenergie.ch/de/akw-technik.html</p><p> Informationen und Online-Angebote unter www.kernenergie.ch</p><p> Einfache Simulation zum ausprobieren: Es gilt, den Reaktor in Betrieb zu nehmen.Tipp: Ganz, ganz langsam: www.kernenergie.bkw-fmb.ch/technik.html</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt</p><p>2/17</p><p>Einleitung: Energieformen und Energieumwandlung</p><p>Unter dem Begriff Energie haben wir heute eine viel genauere Vorstellung als dieMenschen in frheren Jahrhunderten. Damals wollten viele Forscher ein Perpetuummobile bauen. Ein Perpetuum mobile ist eine Art Maschine, die sich selbst antreibtund nie stillsteht. Diese Maschinen funktionierten jedoch alle nicht, weil man dieEigenschaften von Energie noch nicht begriffen hatte.</p><p>Verschiedene Forscher und Forscherinnen fanden erst spter heraus: Energie lsstsich in andere Energieformen umwandeln, kann aber nicht aus dem Nichts erzeugtwerden.</p><p>Verschiedene Energieformen sind zum Beispiel:</p><p> die elektrische Energie</p><p> die Wrmeenergie</p><p> die Lageenergie (= potenzielle Energie)</p><p> die chemische Energie</p><p> die Bewegungsenergie (= kinetische Energie)</p><p> die Lichtenergie</p><p>Aufgabe:Findest du zu den Energieformen das passende Bild?berlege gut und verbinde mit Bleistift.</p><p>Plan eines Perpetuum mobilevon Villard de Honnecourt(um 1230)</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt</p><p>3/17</p><p>Wir haben das Thema Energiequellen und Energietrger im Kapitel 2 behandelt. Du siehst auf dieser Darstellung,wie aus einem Energietrger (wie Wasser, Kohle, Gas, l oder Uran) durch Energieumwandlung Strom erzeugt wird:</p><p>Aufgabe:Was fllt dir auf? Schreibe auf.Beschreibe auch den Weg, wie aus Wasser, den fossilen Brennstoffen (Kohle, Gas, l)und Uran Strom produziert wird.</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p><p>_______________________________________________________________________________________________</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lsungsblatt</p><p>4/17</p><p>Lsungen:</p><p>Verschiedene Energieformen sind zum Beispiel:</p><p> die elektrische Energie</p><p> die Wrmeenergie</p><p> die Lageenergie (= potenzielle Energie)</p><p> die chemische Energie</p><p> die Bewegungsenergie (= kinetische Energie)</p><p> die Lichtenergie</p><p> Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen und Kernkraftwerke produzieren Wasserdampf, der Dampfturbinenantreibt. Bei einem Wasserkraftwerk treibt die Kraft des Wassers die Turbinen an.</p><p> Ab diesem Vorgang funktionieren die Kraftwerke genau gleich: Die Turbinen bertragen ihre Kraft auf dieGeneratoren, welche Strom produzieren und dann ins Stromnetz speisen.</p><p> Die Energie aus den Atomkernen oder den fossilen Brennstoffen wird in elektrische Energie umgewandelt.</p><p> Aus dem Hhenunterschied der Flsse (Lage- oder potenzielle Energie) entsteht Bewegungsenergie und amEnde elektrische Energie.</p><p>Hinweis LP: Zu der mechanischen Energie (vgl. Darstellung) zhlt man die potenzielle und die kinetische Energie.</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>5/17</p><p>Kernspaltung und Kernkraftwerk</p><p>Dass in Uran ein riesiges Energiepotenzial steckt, hast du schon gelernt. Was genau bei einer Kernspaltungpassiert und wie ein Kernkraftwerk funktioniert, erfhrst du jetzt.</p><p>Stell dir einen Teekessel als Kernreaktor vor.</p><p>Das Bild zeigt Uranerz, wie es in der Natur vorhanden ist.</p><p>Dieses Uran wird knstlich angereichert.</p><p>Warum? Was bedeutet das?</p><p>Es gibt spaltbares und unspaltbares Uran. Bei derKernspaltung braucht man spaltbares Uran. Da es imUranerz aus der Natur zu wenig spaltbares Uran hat,wird es knstlich angereichert.</p><p>Jetzt hat das Uran noch viel mehr Energie!</p><p>Der Dampf wird auf dieTurbine geleitet und versetztsie in Drehbewegung. Durchdie Drehung wird einGenerator angetrieben, dermit der Turbine verbundenist. Der Generator wandeltdie mechanische inelektrische Energie um.</p><p>Das Besondere derKernenergie ist dieArt und Weise, wieder ntige Dampferzeugt wird.</p><p>Anstelle einer Herdplatte, die das Wasser zum Kochen bringt,funktioniert ein Kernkraftwerk mit Brennstben, die mit Urangefllt sind. Durch Kernspaltung wird enorm viel Wrmefreigesetzt, die das Wasser erhitzt. Mehrere solcher gefllterMetallrohre werden zu einem Brennelement zusammengefasst.Ein Reaktor enthlt ungefhr 800 solche Brennelemente.</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>6/17</p><p>Hier werden gerade Brennelemente ausgewechselt.Quelle: KKG</p><p>Was passiert bei einer Kernspaltung?</p><p>Blick in einen geffneten Reaktor.Quelle: Axpo</p><p>Im Reaktorgebude whrend der Revision. Im Normal-betrieb ist das Reaktordruckgefss (Mitte) geschlossenQuelle: Axpo</p><p>Ein einzelnes Brennelementmit Steuerstben.Quelle: KKG</p><p>Hier sind dieBrennelemente. 1. Reaktor</p><p>2. Dampfturbine3. Generator</p><p>Hier siehst du ein vereinfachtes Schema einesSiedewasserreaktors</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>7/17</p><p>Die Urankerne werden mit Neutronen beschossen. Dadurch spaltet sich das Atom in mehrere Teile und es werdeneinige Neutronen freigesetzt. Diese spalten wiederum Uranatome, welche wieder Neutronen freisetzten.</p><p>Die ganze Kernspaltung findet im Wasser statt: Das Wasser hat eigentlich zwei Funktionen: Erstens macht es dieNeutronen langsamer und nur so kann ein Kern gespalten werden. (Wenn das Neutron mit hoher Geschwindigkeitunterwegs wre, wrde es einfach durch den Atomkern durchfliegen.) Zweitens wird das Wasser durch die bei derKernspaltung freiwerdende Energie erhitzt und der aufsteigende Dampf treibt dann die Turbinen an.</p><p>Atomkern</p><p>von Uran 235</p><p>LangsamfliegendesNeutron</p><p>Das Neutron, das neu dazugekommen ist, strt die bestehendeOrdnung. Der ganze Atomkern wird inSchwingungen versetzt. Stelle direinen Wackelpudding vor: DerAtomkern bewegt sich immerstrker hin und her, bis er</p><p>auseinander bricht.</p><p>NeueNeutronen</p><p>Die Neutronen, die aus dem Kerngeschleudert werden, prallen mit sehrhoher Geschwindigkeit auf andereAtome. Durch diese stndigen Zu-sammenstsse und Erschtterungenentsteht Wrme, die fr dieStromerzeugung genutzt wird.</p><p>Energie</p><p>Energie</p><p>RadioaktiveStrahlung</p><p>RadioaktiveStrahlung</p><p>Diese Kettenreaktion geht so weiter, bis keine Atome mehr spaltbar sind. Bei der Spaltung wird Wrme abgegeben,und das Wasser zwischen den Brennstben wird erhitzt.</p><p>Uranbrennstbe</p><p>Wasser</p><p>Neutronen werden imWasser abgebremst.</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>8/17</p><p>Wie kann man die Kernspaltung steuern und die Leistung regulieren?</p><p>Man kann die Energieproduktion sehr gut steuern, indem man Steuerstbe in den Reaktor hineinlsst. Diese Stbebestehen beispielsweise aus Kadmium oder Bor. Das sind Stoffe, welche Neutronen schlucken knnen. Je tiefer manalso die Steuerstbe in den Reaktor lsst, desto weniger Neutronen knnen Atomkerne spalten. Wenn man dieSteuerstbe komplett hineinfhrt, hrt die Kernspaltung auf und die Energieproduktion wird unterbrochen. Mankann Bor auch so direkt ins Wasser einspeisen.</p><p>Steuerstbe(= Neutronenfnger)</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt</p><p>9/17</p><p>Aufgabe:So, nun hast du schon viel gelernt! Versuche nun, die nachfolgenden Fragen zubeantworten.</p><p>1. Schreibe den Satz der Energieumwandlung auf:</p><p>______________________________________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________________________________</p><p>2. Beschreibe mit Stichworten die Unterschiede und Gemeinsamkeiten eines Kernkraftwerkes und einesWasserkraftwerkes.</p><p>______________________________________________________________________________________________</p><p>______________________________________________________________________________________________</p><p>3. Was befindet sich im Reaktorkern? ______________________________________________________________</p><p>4. Was ist in den Brennstben? ___________________________________________________________________</p><p>5. Beschrifte diese Darstellung:</p><p>Titel: ___________________________</p><p>6. Was wird durch die Kernspaltung abgegeben? _____________________________________________________</p><p>7. Das Wasser im Reaktorkern hat zwei Aufgaben. Welche?</p><p>______________________________________________________________________________________________</p><p>____________</p><p>____________</p><p>____________</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt</p><p>10/17</p><p>Aufgabe:</p><p>Flle die Lcken mit nachfolgenden Wrtern.</p><p>Dampf 3000 mechanische Energie Maschinenhaus transportfhig elektrische Energie Verbraucher Dynamos Generator Erhhung Elektromagnete</p><p>Was geschieht im Maschinenhaus?</p><p>Der im Reaktorteil des Kernkraftwerks erzeugte Dampf gelangt ber Leitungen ins</p><p>______________________. Hier befindet sich die Dampfturbine, die die Wrmeenergie des Dampfs</p><p>in ___________________________ umwandelt. Der heisse _________________ treibt die Schaufeln</p><p>der Turbine an und bringt diese mit ____________ Umdrehungen pro Minute zum Drehen.</p><p>Dampfturbine</p><p>Maschinenhaus</p><p>1. Reaktor2. Dampfturbine3. Generator</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt</p><p>11/17</p><p>Der __________________ ist ber eine starre Welle direkt mit der Turbine verbunden und wird von</p><p>dieser angetrieben. Durch die rasche Drehung der auf der Welle befestigten</p><p>____________________________ wird in den Wicklungen des Generators Strom erzeugt und damit</p><p>die mechanische Rotationsenergie der Turbine in ___________________________________</p><p>umgewandelt. Es handelt sich hier um den gleichen Vorgang wie bei den ______________________</p><p>von Velos, nur ist die Leistung des Generators in Kernkraftwerken ungleich grsser.</p><p>Der im Generator erzeugte elektrische Strom muss ______________________ gemacht und zum</p><p>____________________ gefhrt werden. Das geschieht durch die _____________________ der</p><p>Spannung in Transformatoren beim Kernkraftwerk.</p><p>TransformatorGenerator</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lsungsblatt</p><p>12/17</p><p>Lsungen:</p><p>1. Schreibe den Satz der Energieumwandlung auf:</p><p>Energie lsst sich in andere Energieformen umwandeln, kann aber nicht aus dem Nichts erzeugt werden.</p><p>2. Beschreibe mit Stichworten die Unterschiede und Gemeinsamkeiten eines Kernkraftwerkes und einesWasserkraftwerkes.</p><p>Unterschiede: Wasserkraftwerke Antrieb mit der Kraft des Wasser, Kernkraftwerk Antrieb durch WasserdampfGemeinsamkeiten: Turbinen bertragen ihre Kraft auf die Generatoren, welche Strom produzieren</p><p>3. Was befindet sich im Reaktorkern? Brennstbe</p><p>4. Was ist in den Brennstben? Uran</p><p>5. Beschrifte diese Darstellung:</p><p>Titel: Kernspaltung</p><p>6. Was wird durch die Kernspaltung abgegeben? Energiemengen</p><p>7. Das Wasser im Reaktorkern hat zwei Aufgaben. Welche?</p><p>Es macht die Neutronen langsamer / Das erhitzte Wasser treibt durch den aufsteigenden Dampf die Turbinen an</p><p>Atomkern</p><p>Kernspaltung</p><p>Freisetzung vonNeutronen</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lsungsblatt</p><p>13/17</p><p>Was geschieht im Maschinenhaus?</p><p>Der im Reaktorteil des Kernkraftwerks erzeugte Dampf gelangt ber Leitungen ins Maschinenhaus.</p><p>Hier befindet sich die Dampfturbine, die die Wrmeenergie des Dampfs in mechanische Energie</p><p>umwandelt. Der heisse Dampf treibt die Schaufeln der Turbine an und bringt diese mit 3000</p><p>Umdrehungen pro Minute zum Drehen.</p><p>Der Generator ist ber eine starre Welle direkt mit der Turbine verbunden und wird von dieser</p><p>angetrieben. Durch die rasche Drehung der auf der Welle befestigten Elektromagnete wird in den</p><p>Wicklungen des Generators Strom erzeugt und damit die mechanische Rotationsenergie der Turbine</p><p>in elektrische Energie umgewandelt. Es handelt sich hier um den gleichen Vorgang wie bei den</p><p>Dynamos von Velos, nur ist die Leistung des Generators in Kernkraftwerken ungleich grsser.</p><p>Der im Generator erzeugte elektrische Strom muss transportfhig gemacht und zum Verbraucher</p><p>gefhrt werden. Das geschieht durch die Erhhung der Spannung in Transformatoren beim</p><p>Kernkraftwerk.</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>14/17</p><p>Die weither sichtbaren Khltrme sind keine Besonderheit von Kernkraftwerken. Auch andere thermischeKraftwerke, z. B. Kohlekraftwerke, verfgen ber Khltrme. Die Wolke, die dem Khlturm eines Kernkraftwerksentsteigt, besteht aus reinem Wasserdampf. Sie ist also nicht mit Abgasen belastet und enthlt auch keineRadioaktivitt.</p><p>Kernkraftwerk Leibstadt (KKL)</p><p>Was sind die Funktionen des Khlturms?</p><p>Alle thermischen Kraftwerke, ob mit l, Gas, Kohle oder Uran betrieben, knnen aus physikalischen Grnden nureinen Teil der erzeugten Wrme in elektrische Energie umwandeln. Der Rest muss als Abwrme abgefhrt werden.Zu diesem Zweck wird der Dampf, nachdem er seine Energie an die Turbine abgegeben hat, in den Kondensatorgeleitet.</p><p>4</p><p>1. Reaktor2. Dampfturbine3. Generator4. Kondensator</p><p>Kondensator</p><p>Kondensation bedeutet, dassaus Dampf durch Abkhlungwieder Wasser wird.</p></li><li><p>05 / Kernenergie und Kernkraftwerke</p><p>Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext</p><p>15/17</p><p>Im Kondensator wird der Dampf durch Khlung in Wasser zurckverwandelt und wieder zur Dampferzeugung in denKreislauf zurckgefhrt.</p><p>Der Khlturm ist nun dazu da, den Kondensator zu khlen: Das im Kondensator erwrmte Khlwasser gelangt berein Kanalsystem in den Khlturm und wird wie in einer riesigen Dusche versprht. Von Aussen dringt Luft in denKhlturm ein. Form und Hhe des Khlturms sorgen fr einen Kamineffekt, so dass die Luft nach oben strmt.</p><p>Die herunterfallenden Wassertropfen geben ihre Wrme an den aufsteigenden Luftstrom ab. Bei diesem Vorgangverdunsten 2-3 % des Khlwassers und bilden die charakteristischen Dampfwolken, die je nach Luftfeuchtigkeit,Temperatur und Windstrke mehr oder weniger gut sichtbar ist...</p></li></ul>

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