05+Wie+Funktioniert+Ein+Kernkraftwerk (2)

  • Published on
    26-Oct-2015

  • View
    23

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lehrerinformation

    1/17

    Arbeitsauftrag

    Die Arbeitsbltter knnen in Gruppen oder im Plenum gelst werden. Die Lernkontrollekann als Test eingesetzt werden.

    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.

    Material

    ArbeitsbltterLsungsbltter

    Sozialform

    Plenum oder Gruppenarbeit

    Zeit

    45 Minuten

    ZustzlicheInformationen:

    Kurze Informationen zu Siede- und Druckwasserreaktoren:http://www.kernenergie.ch/de/akw-technik.html

    Informationen und Online-Angebote unter www.kernenergie.ch Einfache Simulation zum ausprobieren: Es gilt, den Reaktor in Betrieb zu nehmen.

    Tipp: Ganz, ganz langsam: www.kernenergie.bkw-fmb.ch/technik.html

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt

    2/17

    Einleitung: Energieformen und Energieumwandlung

    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.

    Verschiedene Forscher und Forscherinnen fanden erst spter heraus: Energie lsstsich in andere Energieformen umwandeln, kann aber nicht aus dem Nichts erzeugtwerden.

    Verschiedene Energieformen sind zum Beispiel:

    die elektrische Energie

    die Wrmeenergie

    die Lageenergie (= potenzielle Energie)

    die chemische Energie

    die Bewegungsenergie (= kinetische Energie)

    die Lichtenergie

    Aufgabe: Findest du zu den Energieformen das passende Bild?berlege gut und verbinde mit Bleistift.

    Plan eines Perpetuum mobilevon Villard de Honnecourt(um 1230)

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt

    3/17

    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:

    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.

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

    _______________________________________________________________________________________________

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Lsungsblatt

    4/17

    Lsungen:

    Verschiedene Energieformen sind zum Beispiel:

    die elektrische Energie

    die Wrmeenergie

    die Lageenergie (= potenzielle Energie)

    die chemische Energie

    die Bewegungsenergie (= kinetische Energie)

    die Lichtenergie

    Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen und Kernkraftwerke produzieren Wasserdampf, der Dampfturbinenantreibt. Bei einem Wasserkraftwerk treibt die Kraft des Wassers die Turbinen an.

    Ab diesem Vorgang funktionieren die Kraftwerke genau gleich: Die Turbinen bertragen ihre Kraft auf dieGeneratoren, welche Strom produzieren und dann ins Stromnetz speisen.

    Die Energie aus den Atomkernen oder den fossilen Brennstoffen wird in elektrische Energie umgewandelt.

    Aus dem Hhenunterschied der Flsse (Lage- oder potenzielle Energie) entsteht Bewegungsenergie und amEnde elektrische Energie.

    Hinweis LP: Zu der mechanischen Energie (vgl. Darstellung) zhlt man die potenzielle und die kinetische Energie.

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext

    5/17

    Kernspaltung und Kernkraftwerk

    Dass in Uran ein riesiges Energiepotenzial steckt, hast du schon gelernt. Was genau bei einer Kernspaltungpassiert und wie ein Kernkraftwerk funktioniert, erfhrst du jetzt.

    Stell dir einen Teekessel als Kernreaktor vor.

    Das Bild zeigt Uranerz, wie es in der Natur vorhanden ist.

    Dieses Uran wird knstlich angereichert.

    Warum? Was bedeutet das?

    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.

    Jetzt hat das Uran noch viel mehr Energie!

    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.

    Das Besondere derKernenergie ist dieArt und Weise, wieder ntige Dampferzeugt wird.

    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.

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext

    6/17

    Hier werden gerade Brennelemente ausgewechselt.Quelle: KKG

    Was passiert bei einer Kernspaltung?

    Blick in einen geffneten Reaktor.Quelle: Axpo

    Im Reaktorgebude whrend der Revision. Im Normal-betrieb ist das Reaktordruckgefss (Mitte) geschlossenQuelle: Axpo

    Ein einzelnes Brennelementmit Steuerstben.Quelle: KKG

    Hier sind dieBrennelemente. 1. Reaktor

    2. Dampfturbine3. Generator

    Hier siehst du ein vereinfachtes Schema einesSiedewasserreaktors

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext

    7/17

    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.

    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.

    Atomkernvon Uran 235

    LangsamfliegendesNeutron

    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 erauseinander bricht.

    NeueNeutronen

    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.

    Energie

    EnergieRadioaktiveStrahlung

    RadioaktiveStrahlung

    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.

    Uranbrennstbe

    Wasser

    Neutronen werden imWasser abgebremst.

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Informationstext

    8/17

    Wie kann man die Kernspaltung steuern und die Leistung regulieren?

    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.

    Steuerstbe(= Neutronenfnger)

  • 05 / Kernenergie und Kernkraftwerke

    Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?Arbeitsblatt

    9/17

    Aufgabe: So, nun hast du schon viel gelernt! Versuche nun, die nachfolgenden Fragen zubeantworten.

    1. Schreibe den Satz der Energieumwandlung auf:

    ______________________________________________________________________________________________

    ______________________________________________________________________________________________

    2. Beschreibe mit Stichworten die Unterschiede und Gemeinsamkeiten eines Kernkraftwerkes und einesWasserkraftwerkes.

    ______________________________________________________________________________________________

    ______________________________________________________________________________________________

    3. Was befindet sich im Reaktorkern? ______________________________________________________________

    4. Was ist in den Brennstben? _________________

Recommended

View more >