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Atomkraft

  Ein Kernkraftwerk. Nebel steigt von den hyperboloidförmigen Kühltürmen auf. Die Kernreaktoren befinden sich in den zylindrischen Containment-Gebäuden.   Vergrößern Ein Kernkraftwerk. Nebel steigt von den hyperboloidförmigen Kühltürmen auf. Die Kernreaktoren befinden sich in den zylindrischen Containment-Gebäuden.

Atomkraft ist der kontrollierte Einsatz von Kernreaktionen zur Freisetzung Energie für Arbeit einschließlich Antrieb, Wärme , und die Generation von Elektrizität . Die Nutzung der Kernenergie durch den Menschen zur Erbringung erheblicher nützlicher Arbeiten ist derzeit auf begrenzt Kernspaltung und radioaktiver Zerfall. Kernenergie entsteht, wenn ein spaltbares Material, wie z Uran -235 ( 235 U), wird so konzentriert, dass die Kernspaltung in einer kontrollierten Kettenreaktion abläuft und entsteht Wärme – das zum Kochen von Wasser, zur Dampferzeugung und zum Antrieb einer Dampfturbine verwendet wird. Die Turbine kann für mechanische Arbeit und auch zur Stromerzeugung genutzt werden. Atomkraft wird zum Antrieb der meisten militärischen U-Boote und Flugzeugträger verwendet und liefert 7 % der weltweiten Energie und 15,7 % der weltweiten Elektrizität. Die Kernenergiepolitik ist von Land zu Land unterschiedlich. Das Vereinigte Staaten produziert die meiste Kernenergie, wobei die Kernkraft 20 % des von ihr verbrauchten Stroms liefert Frankreich produziert den höchsten Prozentsatz seiner elektrischen Energie aus Kernreaktoren – 80 % ab 2006.

Kernenergie verwendet einen reichlich vorhandenen, weit verbreiteten Brennstoff und mildert die Treibhauseffekt wenn es verwendet wird, um Strom aus fossilen Brennstoffen zu ersetzen. International wird an verschiedenen Sicherheitsverbesserungen, der Nutzung der Kernfusion und weiteren Verwendungen wie der Erzeugung von Wasserstoff (zur Unterstützung von Wasserstoffwirtschaftsprogrammen), zur Entsalzung von Meerwasser und zur Verwendung in Fernwärmesystemen geforscht. Der Bau von Kernkraftwerken ging nach dem Unfall von Three Mile Island 1979 und der Katastrophe von Tschernobyl 1986 zurück. In letzter Zeit ist das Interesse an Kernenergie von nationalen Regierungen, der Öffentlichkeit und einigen namhaften Umweltschützern aufgrund gestiegener Ölpreise, neuer passiv sicherer Konstruktionen von Anlagen und der niedrigen Emissionsrate von Treibhausgasen, die einige Regierungen benötigen, um die Standards zu erfüllen, erneut gestiegen des Kyoto-Protokoll . Einige Reaktoren sind im Bau, mehrere neue Reaktortypen sind geplant.

Die Nutzung der Kernenergie ist umstritten wegen des Problems der Lagerung radioaktiver Abfälle auf unbestimmte Zeit, der Möglichkeit einer möglicherweise schweren radioaktiven Kontamination durch Unfall oder Sabotage und der Möglichkeit, dass ihre Nutzung in einigen Ländern zur Verbreitung von Kernenergie führen könnte Atomwaffen . Befürworter glauben, dass diese Risiken gering sind und durch die Technologie in den neuen Reaktoren weiter reduziert werden können. Sie behaupten weiter, dass die Sicherheitsbilanz im Vergleich zu anderen bereits gut ist fossiler Brennstoff Kraftwerke, dass viel weniger radioaktiver Abfall freigesetzt wird als Kohlekraft und dass Atomkraft eine nachhaltige Energiequelle ist. Kritiker, darunter die meisten großen Umweltgruppen, halten Kernkraft für eine unwirtschaftliche, unsolide und potenziell gefährliche Energiequelle, insbesondere im Vergleich zu erneuerbaren Energien, und bestreiten, ob die Kosten und Risiken durch neue Technologien reduziert werden können. In einigen Ländern geht die Sorge vorbei Nord Korea und der Iran, der Forschungsreaktoren und Brennstoffanreicherungsanlagen betreibt, da diese Länder eine angemessene Aufsicht durch die IAEA verweigern und vermutlich versuchen, Atomwaffen zu entwickeln. Nordkorea gibt zu, dass es sich entwickelt Atomwaffen , während die iranische Regierung die Behauptungen gegen den Iran vehement bestreitet.



Geschichte

Ursprünge

Das erste erfolgreiche Experiment mit Kernspaltung wurde 1938 in durchgeführt Berlin von den deutschen Physikern Otto Hahn, Lise Meitner und Fritz Strassmann.

Während des Zweiten Weltkriegs starteten eine Reihe von Nationen Notfallprogramme zur Entwicklung der Kernenergie, wobei sie sich zunächst auf die Entwicklung von Kernreaktoren konzentrierten. Die erste sich selbst erhaltende nukleare Kettenreaktion wurde am 2. Dezember 1942 von Enrico Fermi an der Universität von Chicago erhalten, und Reaktoren, die auf seiner Forschung basierten, wurden zur Herstellung der verwendet Plutonium notwendig für die 'Fat Man'-Waffe, die auf Nagasaki, Japan, abgeworfen wurde. Mehrere Nationen begannen zu diesem Zeitpunkt mit dem eigenen Bau von Kernreaktoren, hauptsächlich für Waffenzwecke, obwohl auch an deren Verwendung für die zivile Stromerzeugung geforscht wurde.

Am 20. Dezember 1951 wurde in der experimentellen schnellen Brüterstation EBR-I in der Nähe von Arco, Idaho, erstmals Strom durch einen Kernreaktor erzeugt, der zunächst etwa 100 kW erzeugte.

1952 wurde ein Bericht der Paley-Kommission ( Die Kommission für Materialpolitik des Präsidenten ) für Präsident Harry Truman bewertete die Atomkraft „relativ pessimistisch“ und forderte „aggressive Forschung auf dem gesamten Gebiet der Solarenergie“.

Eine Rede von Präsident Dwight Eisenhower vom Dezember 1953 mit dem Titel „Atoms for Peace“ brachte die USA auf einen Kurs starker staatlicher Unterstützung für die internationale Nutzung der Kernenergie.

Frühe Jahre

  Das Kernkraftwerk Beaver Valley in Shippingport, Pennsylvania, war der erste kommerzielle Reaktor in den USA und wurde 1957 eröffnet.   Vergrößern Das Kernkraftwerk Beaver Valley in Shippingport, Pennsylvania, war der erste kommerzielle Reaktor der USA Hirsch und wurde 1957 eröffnet.

Am 27. Juni 1954 wurde in Obninsk, UdSSR, das weltweit erste Kernkraftwerk zur Stromerzeugung für ein Stromnetz in Betrieb genommen. Der Reaktor war graphitmoderiert, wassergekühlt und hatte eine Leistung von 5 Megawatt (MW). Das erste kommerzielle Kernkraftwerk der Welt, Calder Hall in Sellafield, England 1956 wurde ein gasgekühlter Magnox-Reaktor mit einer Anfangsleistung von 50 MW (später 200 MW) eröffnet. Der Shippingport Reactor (Pennsylvania, 1957), ein Druckwasserreaktor, war der erste kommerzielle Atomgenerator, der in den USA in Betrieb genommen wurde Vereinigte Staaten .

1954 sprach der Vorsitzende der United States Atomic Energy Commission (Vorläufer der U.S. Nuclear Regulatory Commission) über Elektrizität 'zu billig zum messen' in der Zukunft oft fälschlicherweise als konkrete Aussage über Atomkraft dargestellt und sah 1000 ans Netz gehende Atomkraftwerke in den USA bis zum Jahr 2000 vor.

1955 die Vereinte Nationen „Die „Erste Genfer Konferenz“, damals das weltweit größte Treffen von Wissenschaftlern und Ingenieuren, traf sich, um die Technologie zu erkunden. 1957 wurde EURATOM zusammen mit der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (letztere ist heute die europäische Union ). Im selben Jahr wurde auch die Internationale Atomenergiebehörde (IAEO) gegründet.

Dank des nahe gelegenen Bettis Laboratory und des Shippingport-Kraftwerks wurde Pittsburgh, Pennsylvania, 1960 zur ersten nuklearbetriebenen Stadt der Welt.

Entwicklung

Die installierte nukleare Kapazität stieg zunächst relativ schnell an und stieg von weniger als 1 Gigawatt (GW) im Jahr 1960 auf 100 GW Ende der 1970er Jahre und 300 GW Ende der 1980er Jahre. Seit Ende der 1980er Jahre ist die Kapazität wesentlich langsamer gestiegen und erreichte 2005 366 GW, hauptsächlich aufgrund des chinesischen Ausbaus der Kernkraft. Zwischen etwa 1970 und 1990 befanden sich mehr als 50 GW Kapazität im Bau (Spitzenwert von über 150 GW Ende der 70er und Anfang der 80er Jahre) – 2005 waren rund 25 GW neue Kapazität geplant. Mehr als zwei Drittel aller nach Januar 1970 bestellten Kernkraftwerke wurden schließlich storniert.

In den 1970er und 1980er Jahren machten steigende wirtschaftliche Kosten (im Zusammenhang mit stark verlängerten Bauzeiten, hauptsächlich aufgrund von behördlichen Verzögerungen) und fallende Preise für fossile Brennstoffe die damals im Bau befindlichen Kernkraftwerke weniger attraktiv. In den 1980er Jahren (USA) und 1990er Jahren (Europa) machten das flache Lastwachstum und die Stromliberalisierung auch das Hinzufügen großer neuer Grundlastkapazitäten unnötig.

  Die Kernkraftwerke 3 und 5 des Washington Public Power Supply System wurden nie fertiggestellt   Vergrößern Die Kernkraftwerke 3 und 5 des Washington Public Power Supply System wurden nie fertiggestellt

Im letzten Drittel des 20. Jahrhunderts entstand eine allgemeine Bewegung gegen die Atomkraft, die auf der Angst vor einem möglichen nuklearen Unfall und der Angst vor latenter Strahlung sowie auf dem Widerstand gegen die Produktion, den Transport und die Endlagerung von Atommüll basierte. Die wahrgenommenen Risiken für die Gesundheit und Sicherheit der Bürger, der Unfall von 1979 auf Three Mile Island und der Unfall von Tschernobyl von 1986 spielten eine Schlüsselrolle beim Stoppen des Baus neuer Anlagen in vielen Ländern. Österreich (1978), Schweden (1980) und Italien (1987) stimmten in Volksabstimmungen gegen die Atomkraft oder für den Ausstieg aus der Atomkraft, während die Opposition im Land war Irland dort ein Atomprogramm verhindert. Die Brookings Institution weist jedoch darauf hin, dass neue Kernkraftwerke nicht in erster Linie aus wirtschaftlichen Gründen und nicht aus Angst vor Unfällen bestellt wurden.

Die Finanzierung neuer Reaktoren versiegte, als der Enthusiasmus der Wall Street endete. Die Ernüchterung war komplett, als neue Forschungen die Behauptung widerlegten (bisher sogar von Gegnern als Tatsache akzeptiert), dass die Atomkraft trotz aller Probleme immer noch die kostengünstigste Stromquelle sei. Branchenkennzahlen hatten den Faktor Ausfallzeit ausgelassen. In den 1980er und frühen 1990er Jahren produzierten die neuesten und größten US-Anlagen tatsächlich nur halb so viel Energie, wie sie sollten, aufgrund von Abschaltungen zum Auftanken, routinemäßiger Wartung, Nachrüstung und häufigen kleineren Pannen. Seitdem hat sich der Kapazitätsfaktor bestehender Kernkraftwerke dramatisch erhöht und lag im laufenden Jahrzehnt bei fast 90 %.

Seit 2006 wird der erklärte Wunsch, Kernenergie zur Stromerzeugung zu nutzen, als Deckmantel für die nukleare Proliferation in den Ländern von verdächtigt Iran und Nord Korea .

Reaktortypen

Aktuelle Technologie

Derzeit werden zwei Arten von Kernenergiequellen verwendet:

  1. Der Kernspaltungsreaktor erzeugt Wärme durch eine kontrollierte nukleare Kettenreaktion in einer kritischen Masse an spaltbarem Material.
    Alle aktuellen Kernkraftwerke sind kritische Kernspaltungsreaktoren, die im Mittelpunkt dieses Artikels stehen. Die Leistung von Spaltreaktoren ist steuerbar. Es gibt mehrere Untertypen von kritischen Spaltreaktoren, die als Generation I, Generation II und Generation III klassifiziert werden können. Alle Reaktoren werden mit dem Druckwasserreaktor (PWR) verglichen, da dies das Standarddesign moderner Reaktoren ist.
    Der Unterschied zwischen Reaktoren mit schnellem und thermischem Spektrum wird später behandelt. Im Allgemeinen produzieren Schnellspektrum-Reaktoren weniger Abfall, und der Abfall, den sie produzieren, wird eine wesentlich kürzere Halbwertszeit haben, aber sie sind schwieriger zu bauen und teurer im Betrieb. Schnelle Reaktoren können auch Brüter sein, während thermische Reaktoren dies im Allgemeinen nicht können.
    A. Druckwasserreaktoren (DWR)
    Dies sind Reaktoren, die durch unter hohem Druck stehendes, flüssiges (selbst bei extremen Temperaturen) Wasser gekühlt und moderiert werden. Sie stellen die Mehrheit der aktuellen Reaktoren dar und gelten allgemein als die sicherste und zuverlässigste Technologie, die derzeit in großem Maßstab eingesetzt wird, obwohl Three Mile Island ein Reaktor dieses Typs ist. Dies ist ein thermisches Neutronenreaktordesign.
    B. Siedewasserreaktoren (SWR)
    Dies sind Reaktoren, die mit Wasser gekühlt und moderiert werden, unter etwas niedrigerem Druck. Das Wasser wird im Reaktor zum Kochen gebracht. Der thermische Wirkungsgrad dieser Reaktoren kann höher sein, und sie können einfacher und möglicherweise sogar stabiler und sicherer sein. Leider belastet das kochende Wasser viele der Komponenten stärker und erhöht das Risiko, dass bei einem Unfall radioaktives Wasser austritt. Diese Reaktoren machen einen erheblichen Prozentsatz moderner Reaktoren aus. Dies ist ein thermisches Neutronenreaktordesign.
    C. Druckbeaufschlagter Schwerwasserreaktor (PHWR)
    EIN kanadisch (bekannt als CANDU) sind diese Reaktoren schwerwassergekühlte und -moderierte Druckwasserreaktoren. Anstatt wie bei einem PWR einen einzigen großen Sicherheitsbehälter zu verwenden, befindet sich der Brennstoff in Hunderten von Druckrohren. Diese Reaktoren werden mit Erdgas befeuert Uran und sind thermische Neutronenreaktorkonstruktionen. PHWRs können bei voller Leistung betankt werden, was sie sehr effizient in der Nutzung von Uran macht (es ermöglicht eine präzise Flusskontrolle im Kern). Die meisten PHWRs existieren in Kanada, aber Einheiten wurden verkauft Argentinien , China , Indien (vor NPT), Pakistan (vor NPT), Rumänien , und Südkorea . Indien betreibt auch eine Reihe von PHWRs, die oft als „CANDU-Derivate“ bezeichnet werden und nach dem Atomwaffentest von Smiling Buddha im Jahr 1974 gebaut wurden.
    D. RBMKs
    Die gefährlichen und instabilen RBMKs sind ein sowjetisches Design, das sowohl zur Plutonium- als auch zur Stromerzeugung gebaut wurde. Sie werden mit einem Graphitmoderator wassergekühlt. RBMKs ähneln CANDU in mancher Hinsicht darin, dass sie On-Load betankbar sind und anstelle eines Druckbehälters im PWR-Stil ein Druckrohrdesign verwenden. Im Gegensatz zu CANDU sind sie jedoch sehr instabil und zu groß, um Sicherheitsgebäude zu haben. Aus diesem Grund gelten RBMK-Reaktoren allgemein als eine der gefährlichsten Reaktorkonstruktionen im Einsatz. Tschernobyl war ein RBMK.
    E. Gasgekühlter Reaktor (GCR) und fortschrittlicher gasgekühlter Reaktor (AGCR)
    Diese sind in der Regel graphitmoderiert und CO zwei gekühlt. Sie haben im Vergleich zu PWRs einen hohen thermischen Wirkungsgrad und eine hervorragende Sicherheitsbilanz. Es gibt eine Reihe von in Betrieb befindlichen Reaktoren dieser Bauart, meist in der Vereinigtes Königreich . Ältere Designs (z. B. Magnox-Stationen) werden entweder abgeschaltet oder werden in naher Zukunft abgeschaltet. Die AGCRs haben jedoch eine erwartete Lebensdauer von weiteren 10 bis 20 Jahren. Dies ist ein thermisches Neutronenreaktordesign.
    F. Superkritischer wassergekühlter Reaktor (SCWR)
    Dies ist ein theoretisches Reaktordesign, das Teil des Gen-IV-Reaktorprojekts ist. Es kombiniert eine höhere Effizienz als ein GCR mit der Sicherheit eines PWR, obwohl es vielleicht technisch anspruchsvoller ist als beide. Das Wasser wird unter Druck gesetzt und über seinen kritischen Punkt hinaus erhitzt, bis es keinen Unterschied mehr zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand gibt. Ein SCWR ähnelt einem BWR, außer dass es nicht kocht (da das Wasser kritisch ist) und der thermische Wirkungsgrad höher ist, da sich das Wasser eher wie ein klassisches Gas verhält. Dies ist ein Reaktordesign für epithermische Neutronen.
    G. Schneller Flüssigmetall-Brüterreaktor (LMFBR)
    Dies ist ein Reaktordesign, das durch flüssiges Metall gekühlt wird und völlig unmoderiert ist. Diese Reaktoren können in Bezug auf die Effizienz ähnlich wie ein PWR funktionieren und erfordern keine viel Hochdruckeindämmung, da das flüssige Metall selbst bei sehr hohen Temperaturen nicht unter hohem Druck gehalten werden muss. Superphénix in Frankreich war ein solcher Reaktor, ebenso wie Fermi-I in den Vereinigten Staaten. Der Monju-Reaktor in Japan erlitt 1995 ein Natriumleck und ist für den Neustart im Jahr 2008 genehmigt. Alle drei verwenden/verbrauchte Flüssigkeit Natrium . Diese Reaktoren sind Konstruktionen mit schnellen Neutronen, nicht mit thermischen Neutronen. Diese Reaktoren gibt es in zwei Typen:
    Blei gekühlt
    Verwenden führen da das flüssige Metall eine hervorragende Strahlungsabschirmung bietet und den Betrieb bei sehr hohen Temperaturen ermöglicht. Außerdem ist Blei (meistens) transparent für Neutronen, sodass weniger Neutronen im Kühlmittel verloren gehen und das Kühlmittel nicht radioaktiv wird. Im Gegensatz zu Natrium ist Blei größtenteils inert, sodass die Explosions- oder Unfallgefahr geringer ist, aber solche großen Bleimengen können aus toxikologischer und entsorgungstechnischer Sicht problematisch sein. Häufig würde ein Reaktor dieses Typs eine eutektische Blei-Bismut-Mischung verwenden. In diesem Fall würde Wismut einige geringfügige Strahlungsprobleme darstellen, da es für Neutronen nicht ganz so transparent ist und leichter als Blei in ein radioaktives Isotop umgewandelt werden kann.
    Natriumgekühlt
    Die meisten LMFBRs sind von diesem Typ. Das Natrium ist relativ einfach zu erhalten und zu verarbeiten, und es schafft es auch, Korrosion an den verschiedenen darin eingetauchten Reaktorteilen tatsächlich zu entfernen. Natrium explodiert jedoch heftig, wenn es Wasser ausgesetzt wird, daher ist Vorsicht geboten, aber solche Explosionen wären nicht wesentlich heftiger als (zum Beispiel) ein Leck von überhitztem Fluid aus einem CWR oder PWR.
  2. Der thermoelektrische Radioisotopengenerator erzeugt Wärme durch passiven radioaktiven Zerfall.
    Einige thermoelektrische Radioisotopengeneratoren wurden entwickelt, um Raumsonden mit Energie zu versorgen (z Kassini Sonde), einige Leuchttürme im ersteren Sovietunion , und einige Herzschrittmacher. Die Heizleistung dieser Generatoren nimmt mit der Zeit ab; Die Wärme wird mithilfe des thermoelektrischen Effekts in Strom umgewandelt.

Wie es funktioniert

Die Schlüsselkomponenten, die den meisten Arten von Kernkraftwerken gemeinsam sind, sind:

  • Kernbrennstoff
  • Moderation
  • Kühlmittel
  • Kontrollstäbe
  • Druckbehälter
  • Notfall-Kernkühlsysteme
  • Reaktorschutzsystem
  • Dampfgeneratoren (nicht in SWRs)
  • Containment-Gebäude
  • Kesselspeisewasserpumpe
  • Turbine
  • Elektrischer Generator
  • Kondensator

Konventionelle Wärmekraftwerke haben alle eine Wärmequelle. Beispiele sind Gas, Kohle oder Öl. Für ein Kernkraftwerk wird diese Wärme bereitgestellt Kernspaltung innerhalb des Kernreaktors. Wenn ein relativ großer spaltbarer Atomkern (meist Uran-235 oder Plutonium-239) von einem getroffen wird Neutron Es bildet zwei oder mehr kleinere Kerne als Spaltprodukte, die Energie und Neutronen in einem Prozess freisetzen, der als Kernspaltung bezeichnet wird Kernspaltung . Die Neutronen lösen dann eine weitere Spaltung aus. Usw. Wenn diese nukleare Kettenreaktion kontrolliert wird, kann die freigesetzte Energie verwendet werden, um Wasser zu erhitzen, Dampf zu erzeugen und eine Turbine anzutreiben, die Strom erzeugt. Es sollte beachtet werden, dass ein nuklearer Sprengstoff eine beinhaltet unkontrolliert Kettenreaktion, und die Spaltungsrate in einem Reaktor ist nicht in der Lage, ein ausreichendes Niveau zu erreichen, um eine nukleare Explosion auszulösen, da kommerzieller Kernbrennstoff in Reaktorqualität nicht auf ein ausreichend hohes Niveau angereichert ist. (siehe angereichertes Uran)

Die Kettenreaktion wird durch die Verwendung von Materialien gesteuert, die Neutronen absorbieren und moderieren. In Uran-betriebenen Reaktoren müssen Neutronen moderiert (verlangsamt) werden, da langsame Neutronen eher eine Spaltung verursachen, wenn sie mit einem Uran-235-Kern kollidieren. Leichtwasserreaktoren verwenden normales Wasser, um die Reaktoren zu moderieren und zu kühlen. Wenn bei Betriebstemperatur die Temperatur des Wassers steigt, sinkt seine Dichte und weniger Neutronen, die es passieren, werden genug verlangsamt, um weitere Reaktionen auszulösen. Diese negative Rückkopplung stabilisiert die Reaktionsgeschwindigkeit.

Experimentelle Technologien

Eine Reihe anderer Konstruktionen für die Kernenergieerzeugung, die Reaktoren der Generation IV, sind Gegenstand aktiver Forschung und können in der Zukunft für die praktische Energieerzeugung verwendet werden. Eine Reihe fortschrittlicher Kernreaktorkonstruktionen könnten auch kritische Kernspaltungsreaktoren viel sauberer, viel sicherer und/oder ein viel geringeres Risiko für die Verbreitung von Kernwaffen machen.

  • Integral Fast Reactor – Der Link am Ende dieses Absatzes verweist auf ein Interview mit Dr. Charles Till, ehemaliger Direktor des Argonne National Laboratory West in Idaho, und skizziert den Integral Fast Reactor und seine Vorteile gegenüber dem derzeitigen Reaktordesign, insbesondere in den Bereichen Sicherheit , effiziente Nutzung von Kernbrennstoffen und weniger Abfall. Die IFR wurde in den 1980er Jahren gebaut, getestet und bewertet und dann unter der Clinton-Regierung in den 1990er Jahren aufgrund der Politik der Nichtverbreitung von Kernwaffen zurückgezogen. Das Recycling abgebrannter Brennelemente ist der Kern seines Designs und erzeugt daher einen Bruchteil des Abfalls aktueller Reaktoren.
  • Kieselbettreaktor – Dieser Reaktortyp ist so ausgelegt, dass hohe Temperaturen die Leistungsabgabe durch Doppler-Verbreiterung des Neutronenquerschnitts des Brennstoffs reduzieren. Es verwendet Keramikbrennstoffe, sodass seine sicheren Betriebstemperaturen den Temperaturbereich der Leistungsreduzierung überschreiten. Die meisten Designs werden durch inertes Helium gekühlt, das keine Dampfexplosionen haben kann und das Neutronen nicht leicht absorbiert und radioaktiv wird oder Verunreinigungen auflöst, die radioaktiv werden können. Typische Designs haben mehr Schichten (bis zu 7) passiver Eindämmung als Leichtwasserreaktoren (normalerweise 3). Ein einzigartiges Merkmal, das die Sicherheit verbessern könnte, besteht darin, dass die Brennstoffkugeln tatsächlich den Mechanismus des Kerns bilden und mit zunehmendem Alter einzeln ersetzt werden. Das Design des Brennstoffs macht die Brennstoffwiederaufbereitung teuer.
  • STERN, S Einkaufszentrum, S geheilt, T transportfähig, EIN autonom R eactor wird hauptsächlich in den USA erforscht und entwickelt und ist als schneller Brutreaktor gedacht, der manipulationssicher und passiv sicher ist.
  • Unterkritische Reaktoren sind sicherer und stabiler ausgelegt, bringen jedoch eine Reihe technischer und wirtschaftlicher Schwierigkeiten mit sich.
  • Die kontrollierte Kernfusion könnte im Prinzip in Fusionskraftwerken eingesetzt werden, um sichereren und saubereren Strom zu erzeugen, aber erhebliche wissenschaftliche und technische Hindernisse bleiben bestehen. Mehrere Fusionsreaktoren wurden gebaut, aber bisher hat keiner mehr thermische Energie „erzeugt“, als elektrische Energie verbraucht wurde. Obwohl die Forschung in den 1950er Jahren begonnen hat, wird vor 2050 kein kommerzieller Fusionsreaktor erwartet. Das ITER-Projekt führt derzeit die Bemühungen zur Kommerzialisierung der Fusionsenergie an.
  • Reaktoren auf Thoriumbasis
Es ist möglich, Thorium-232 in speziell dafür konstruierten Reaktoren in U-233 umzuwandeln. Auf diese Weise kann Thorium, das reichlicher als Uran vorhanden ist, zur Züchtung von U-233-Kernbrennstoff verwendet werden. Es wird auch angenommen, dass U-233 im Vergleich zu herkömmlich verwendetem U-235 günstige nukleare Eigenschaften hat, einschließlich einer besseren Neutronenökonomie und einer geringeren Produktion von langlebigem Transuranabfall.
  • Fortgeschrittener Schwerwasserreaktor – Ein vorgeschlagener schwerwassermoderierter Kernkraftreaktor, der die nächste Generation des PHWR-Typs sein wird. In Entwicklung im Bhabha Atomic Research Center (BARC).
  • KAMINI – Ein einzigartiger Reaktor, der Uran-233-Isotop als Brennstoff verwendet. Gebaut von BARC und IGCAR Verwendet Thorium.
  • Indien baut auch einen größeren FBTR- oder schnellen Brüter-Thoriumreaktor, um die Energie durch die Verwendung von Thorium nutzbar zu machen.

Lebenszyklus

  Der Kernbrennstoffkreislauf beginnt, wenn Uran abgebaut, angereichert und zu Kernbrennstoff verarbeitet wird (1), der an ein Kernkraftwerk geliefert wird. Nach dem Einsatz im Kraftwerk werden die abgebrannten Brennelemente einer Wiederaufarbeitungsanlage (2) oder einem Endlager (3) zur geologischen Entsorgung zugeführt. Bei der Wiederaufarbeitung können 95 % des abgebrannten Brennstoffs recycelt werden, um wieder in einem Kraftwerk eingesetzt zu werden (4).   Vergrößern Der nukleare Brennstoffkreislauf beginnt wann Uran abgebaut, angereichert und zu Kernbrennstoff verarbeitet wird (1), der an ein Kernkraftwerk geliefert wird. Nach dem Einsatz im Kraftwerk werden die abgebrannten Brennelemente einer Wiederaufarbeitungsanlage (2) oder einem Endlager (3) zur geologischen Entsorgung zugeführt. Bei der Wiederaufarbeitung können 95 % des abgebrannten Brennstoffs recycelt werden, um wieder in einem Kraftwerk eingesetzt zu werden (4).  Kernbrennstoff – ein kompakter, inerter, unlöslicher Feststoff.   Vergrößern Kernbrennstoff – ein kompakter, inerter, unlöslicher Feststoff.

Ein Kernreaktor ist nur ein kleiner Teil des Lebenszyklus der Kernenergie. Der Prozess beginnt mit dem Mining. Im Allgemeinen sind Uranminen entweder Tagebauminen oder In-situ-Laugungsminen. In beiden Fällen wird das Uranerz extrahiert, normalerweise in eine stabile und kompakte Form wie Yellowcake umgewandelt und dann zu einer Verarbeitungsanlage transportiert. Bei der Wiederaufbereitung Anlage wird der Yellowcake in Uranhexafluorid umgewandelt, das dann mit verschiedenen Techniken angereichert wird. An diesem Punkt wird das angereicherte Uran, das mehr als die natürlichen 0,7 % U-235 enthält, verwendet, um Stäbe mit der richtigen Zusammensetzung und Geometrie für den jeweiligen Reaktor herzustellen, für den der Brennstoff bestimmt ist. Die Brennstäbe werden etwa 3 Jahre im Reaktor verbringen, im Allgemeinen bis etwa 3 % ihres Urans gespalten sind, dann werden sie in ein Becken für abgebrannte Brennelemente verbracht, wo die durch die Spaltung erzeugten kurzlebigen Isotope zerfallen können. Nach etwa 5 Jahren in einem Abkühlbecken ist der abgebrannte Brennstoff radioaktiv kühl genug, um gehandhabt zu werden, und er kann in Trockenlagerbehälter verbracht oder wiederaufbereitet werden.

Wiederaufbereitung

Durch die Wiederaufarbeitung können bis zu 95 % des verbleibenden Urans und Plutoniums in abgebrannten Kernbrennstoffen zurückgewonnen und in neuen Mischoxidbrennstoff umgewandelt werden. Die Wiederaufbereitung von zivilem Brennstoff aus Leistungsreaktoren wird derzeit in großem Umfang in Großbritannien, Frankreich und (ehemals) Russland durchgeführt, wird in China und vielleicht Indien erfolgen und wird in Japan in wachsendem Umfang durchgeführt. Iran hat seine Absicht angekündigt, den nuklearen Brennstoffkreislauf durch Wiederaufarbeitung zu schließen, ein Schritt, der von den Vereinigten Staaten und der Internationalen Atomenergiebehörde kritisiert wurde. Die Wiederaufbereitung von zivilem Kernbrennstoff wird in den Vereinigten Staaten aufgrund von Proliferationsbedenken nicht durchgeführt.

Feste Abfälle

Kernkraft erzeugt abgebrannte Brennelemente, ein einzigartiges Abfallproblem. Aufgrund der langen Halbwertszeiten der radioaktiven Isotope im Abfall müssen hochradioaktive abgebrannte Brennelemente mit großer Sorgfalt und Voraussicht gehandhabt werden. Tatsächlich ist frisch abgebrannter Brennstoff so radioaktiv, dass weniger als eine Minute Exposition zum Tod führt. Abgebrannter Kernbrennstoff wird jedoch mit der Zeit weniger radioaktiv. Nach 40 Jahren ist der Strahlungsfluss um 99,9 % geringer als beim letzten Abschalten des Reaktors, obwohl immer noch gefährlich radioaktiv.

Abgebrannte Brennelemente bestehen hauptsächlich aus nicht umgewandeltem Uran sowie erheblichen Mengen an transuranischen Aktiniden (hauptsächlich Plutonium und Curium). Darüber hinaus bestehen etwa 3 % davon aus Spaltprodukten. Die Aktinide (Uran, Plutonium und Curium) sind für den Großteil der Langzeitradioaktivität verantwortlich, während die Spaltprodukte für den Großteil der Kurzzeitradioaktivität verantwortlich sind. Es ist möglich, die Aktiniden durch Wiederaufarbeitung abzutrennen und wieder als Brennstoff zu verwenden, aber dies erfordert oft spezielle Schnellspektrum-Reaktoren, die eine Verringerung der langfristigen Radioaktivität innerhalb des verbleibenden Abfalls bewirken. In jedem Fall wird der verbleibende Abfall für mindestens 300 Jahre im Wesentlichen radioaktiv sein, selbst wenn die Aktiniden entfernt werden, und für bis zu Tausenden von Jahren, wenn die Aktiniden darin belassen werden. Selbst in den optimistischsten Szenarien, vollständiger Verbrauch aller Aktiniden, und die Verwendung von Reaktoren mit schnellem Spektrum, um auch einige der langlebigen Nicht-Actiniden zu zerstören, muss der Abfall für mindestens mehrere hundert Jahre von der Umwelt getrennt werden, und daher wird dies zu Recht als langfristiges Problem eingestuft. Es gibt jedoch auch Chemieanlagen, die gefährliche Abfälle produzieren, die Hunderte von Jahren in der Umwelt verbleiben.

Ein großer Kernreaktor produziert jedes Jahr 3 Kubikmeter (25-30 Tonnen) abgebrannte Brennelemente. Ab 2003 ist die Vereinigte Staaten hatte etwa 49.000 Tonnen abgebrannten Kernbrennstoff aus Kernreaktoren angesammelt. Im Gegensatz zu anderen Ländern verbietet die US-Politik das Recycling von gebrauchtem Kraftstoff, und alles wird als Abfall behandelt. Nach 10.000 Jahren radioaktiven Zerfalls wird der abgebrannte Kernbrennstoff gemäß den Standards der United States Environmental Protection Agency keine Bedrohung mehr für die öffentliche Gesundheit und Sicherheit darstellen.

Die sichere Lagerung und Entsorgung von Atommüll ist eine schwierige Herausforderung. Wegen möglicher Schäden durch Strahlung muss abgebrannter Kernbrennstoff in abgeschirmten Wasserbecken oder in Trockenlagergewölben oder Trockenfasslagern gelagert werden, bis seine Radioaktivität auf natürliche Weise ('zerfällt') auf ein sicheres Niveau abfällt. Dies kann je nach Art des Brennstoffs Tage oder Tausende von Jahren dauern. Die meisten Abfälle werden derzeit in temporären Lagerstätten gelagert, die eine ständige Wartung erfordern, während geeignete dauerhafte Entsorgungsmethoden diskutiert werden. Als dauerhafte Lagerung wurde eine unterirdische Lagerung am Yucca Mountain in den USA vorgeschlagen. Weitere Informationen finden Sie im Artikel über den Kernbrennstoffkreislauf.

Die Nuklearindustrie produziert eine Menge schwach radioaktiven Abfalls in Form von kontaminierten Gegenständen wie Kleidung, Handwerkzeugen, Wasserreinigungsharzen und (nach der Stilllegung) den Materialien, aus denen der Reaktor selbst gebaut ist. In den Vereinigten Staaten hat die Nuclear Regulatory Commission wiederholt versucht, zuzulassen, dass schwach radioaktive Materialien als normaler Abfall behandelt werden: deponiert, zu Konsumgütern recycelt usw. Viele schwach radioaktive Abfälle setzen sehr geringe Mengen an Radioaktivität frei und werden im Wesentlichen als radioaktiv angesehen Abfall aufgrund seiner Geschichte. Beispielsweise reicht nach den Standards des NRC die von Kaffee freigesetzte Strahlung aus, um ihn als schwach radioaktiven Abfall zu behandeln. Insgesamt produziert die Kernkraft weitaus weniger Abfallstoffe als Kraftwerke auf Basis fossiler Brennstoffe. Kohle -Verbrennungsanlagen sind besonders dafür bekannt, große Mengen radioaktiver Asche zu produzieren, da sich natürlich vorkommendes radioaktives Material in der Kohle konzentriert.

Darüber hinaus produziert der Brennstoffkreislauf der Nuklearindustrie viele Tonnen abgereichertes Uran (DU), das aus U-238 besteht, wobei das leicht spaltbare U-235-Isotop entfernt wurde. U-238 ist ein zähes Metall mit mehreren kommerziellen Anwendungen – zum Beispiel Flugzeugproduktion, Strahlenschutz und Herstellung von Kugeln und Panzerungen – da es eine höhere Dichte als hat führen . Es gibt Bedenken, dass U-238 zu Gesundheitsproblemen bei Gruppen führen könnte, die diesem Material übermäßig ausgesetzt sind, wie Panzerbesatzungen und Zivilisten, die in Gebieten leben, in denen große Mengen DU-Munition verwendet wurden.

Die Abfallmengen können auf verschiedene Weise reduziert werden. Sowohl die nukleare Wiederaufarbeitung als auch schnelle Brutreaktoren können die Abfallmengen reduzieren und die pro Brennstoffeinheit gewonnene Energiemenge erhöhen. Unterkritische Reaktoren oder Fusionsreaktoren könnten die Zeit, die der Abfall gelagert werden muss, erheblich verkürzen. Unterkritische Reaktoren können das Gleiche auch mit bereits vorhandenem Abfall tun. Es wurde argumentiert, dass die beste Lösung für den Atommüll die oberirdische Zwischenlagerung ist, da sich die Technologie schnell ändert. Der aktuelle Abfall kann in Zukunft zu wertvollem Brennstoff werden, insbesondere wenn er nicht wiederaufbereitet wird, wie in den USA.

In Ländern mit Kernkraft machen radioaktive Abfälle weniger als 1 % der gesamten industriellen Giftabfälle aus, die auf unbestimmte Zeit gefährlich bleiben, es sei denn, sie werden zersetzt oder so behandelt, dass sie weniger giftig oder im Idealfall vollständig ungiftig sind.

Wirtschaft

Gegner der Kernkraft argumentieren, dass Sicherheitskompromisse und die mit dem Bau und Betrieb von Kernkraftwerken verbundenen Kosten, einschließlich der Kosten für die Entsorgung abgebrannter Brennelemente und die Stilllegung der Anlage, jeglichen Umweltnutzen aufwiegen. Befürworter der Kernkraft entgegnen, dass die Kernenergie die einzige Energiequelle sei, die die geschätzten Kosten für die Abfalleindämmung und die Stilllegung der Anlage ausdrücklich in ihre Gesamtkosten einbeziehe, und dass die angegebenen Kosten für fossil befeuerte Anlagen aus diesem Grund täuschend niedrig seien. Die Kosten einiger erneuerbarer Energien würden ebenfalls steigen, wenn sie aufgrund ihrer intermittierenden Natur die notwendige Unterstützung beinhalten würden.

Ein Bericht der britischen Royal Academy of Engineering aus dem Jahr 2004 untersuchte die Stromerzeugungskosten von neuen Anlagen in Großbritannien. Insbesondere zielte es darauf ab, 'einen robusten Ansatz zu entwickeln, um die Kosten der intermittierenden Erzeugung direkt mit zuverlässigeren Erzeugungsquellen zu vergleichen'. Dies bedeutete, die Kosten für die Standby-Kapazität für Wind sowie CO2-Werte von bis zu 30 £ (45,44 €) pro Tonne CO hinzuzufügen zwei für Kohle und Gas. Windkraft war kalkuliert mehr als doppelt so teuer wie Atomkraft. Ohne eine CO2-Steuer lagen die Produktionskosten durch Kohle, Kernenergie und Gas zwischen 0,022 und 0,026 £/kWh und die Kohlevergasung bei 0,032 £/kWh. Als die CO2-Steuer hinzugefügt wurde (bis zu 0,025 £), kam Kohle mit 0,054 £/kWh der Onshore-Windkraft (einschließlich Notstrom) nahe – Offshore-Windkraft kostet 0,072 £/kWh.

Die Kernkraft blieb so oder so bei 0,023 £/kWh, da sie vernachlässigbare Mengen an CO produziert zwei . Nukleare Zahlen enthalten Stilllegungskosten.

In einer Studie sicher Gas KWK-Anlagen waren rechnerisch drei- bis viermal kostengünstiger als Kernkraft, wenn die gesamte erzeugte Wärme vor Ort oder in einem Nahwärmesystem genutzt würde. Die Studie schätzte jedoch nur 25 Jahre Anlagenlebensdauer (60 ist heute üblich), 68 % Kapazitätsfaktoren wurden angenommen (über 90 % sind jetzt üblich), andere Konservatismen wurden angewendet, und Atomkraft erzeugt auch Wärme, die auf ähnliche Weise genutzt werden könnte (obwohl sich die meisten Kernkraftwerke in abgelegenen Gebieten befinden). Die Studie fand dann ähnliche Kosten für Kernkraft und die meisten anderen Erzeugungsformen, wenn man externe Kosten (wie Notstrom) nicht einbezieht.

Kapitalkosten

Im Allgemeinen ist der Bau eines Kernkraftwerks erheblich teurer als ein gleichwertiges kohle- oder gasbetriebenes Kraftwerk. Kohle ist deutlich teurer als Kernbrennstoff und Erdgas deutlich teurer als Kohle – also abgesehen von den Kapitalkosten ist aus Erdgas erzeugter Strom am teuersten. Die Bedienung der Kapitalkosten für eine Kernkraft dominiert jedoch die Kosten für nuklear erzeugten Strom und trägt etwa 70 % zu den Kosten bei (unter Annahme eines Abzinsungssatzes von 10 %).

Die jüngste Liberalisierung des Elektrizitätsmarktes in vielen Ländern hat die Wirtschaftlichkeit der Kernenergieerzeugung weniger attraktiv gemacht. Bisher konnte ein monopolistischer Anbieter den Leistungsbedarf Jahrzehnte in der Zukunft garantieren. Private Erzeugungsunternehmen müssen kürzere Produktionsverträge und die Risiken des zukünftigen Wettbewerbs akzeptieren und wünschen sich daher eine kürzere Investitionsrendite, die Erzeugungsanlagen mit niedrigeren Kapitalkosten begünstigt.

In vielen Ländern hat die Genehmigung, Inspektion und Zertifizierung von Kernkraftwerken zu Verzögerungen und Baukosten für deren Bau geführt. In den USA wurden nach der teilweisen Kernschmelze von Three Mile Island viele neue Vorschriften eingeführt. Beim Bau von Gas- oder Kohlekraftwerken gab es diese Probleme nicht. Da ein Kraftwerk während des Baus keine Gewinne abwirft, führen längere Bauzeiten direkt zu höheren Zinsen für geliehenes Baugeld. Allerdings wurden die regulatorischen Verfahren für die Standortwahl, die Genehmigung und den Bau seit ihrer Einführung standardisiert, um den Bau neuer und sicherer Designs für Unternehmen attraktiver zu machen.

Im Japan und Frankreich , Baukosten und Verzögerungen werden aufgrund von gestrafften staatlichen Genehmigungs- und Zertifizierungsverfahren erheblich verringert. In Frankreich wurde ein Reaktormodell unter Verwendung eines Sicherheitstechnikverfahrens typzertifiziert, das dem Verfahren ähnelt, das zur Sicherheitszertifizierung von Flugzeugmodellen verwendet wird. Das heißt, anstatt einzelne Reaktoren zu lizenzieren, zertifizierte die Regulierungsbehörde ein bestimmtes Design und seinen Bauprozess, um sichere Reaktoren herzustellen. Das US-Recht erlaubt die Typzulassung von Reaktoren, ein Verfahren, das bald angewendet werden soll.

Um die Entwicklung der Kernenergie zu fördern, hat das US-Energieministerium (DOE) im Rahmen des Nuclear Power 2010-Programms interessierten Parteien die Möglichkeit geboten, das französische Lizenzmodell einzuführen und 25 % bis 50 % der Baukostenüberschreitungen aufgrund von Verzögerungen zu subventionieren die ersten sechs neuen Werke. Mehrere Bewerbungen wurden eingereicht, zwei Standorte wurden für neue Anlagen ausgewählt, und weitere Projekte stehen an.

Betriebskosten

Im Allgemeinen haben Kohle- und Kernkraftwerke die gleichen Arten von Betriebskosten (Betrieb und Wartung plus Brennstoffkosten). Atomkraft und Kohle unterscheiden sich jedoch in der relativen Höhe dieser Kosten. Kernenergie hat niedrigere Brennstoffkosten, aber höhere Betriebs- und Wartungskosten. In jüngster Zeit waren in den Vereinigten Staaten Einsparungen aufgrund niedrigerer Brennstoffkosten nicht niedrig genug, damit die Kernkraft ihre höheren Investitionskosten zurückzahlen konnte. So wurden in den USA seit den 1970er Jahren keine neuen Kernreaktoren mehr bestellt. Die Betriebskostenvorteile von Kohle waren nur selten ausreichend, um den Bau neuer kohlebasierter Stromerzeugung zu fördern. Rund 90 bis 95 Prozent der Kraftwerksneubauten in den Vereinigten Staaten wurden mit Erdgas befeuert.

Um auf dem aktuellen Markt wettbewerbsfähig zu sein, müssen sowohl die Atom- als auch die Kohleindustrie die Investitionskosten für neue Anlagen und die Bauzeit reduzieren. Die Belastung für Kernkraftwerke ist deutlich höher als für Kohleproduzenten, da die Investitionskosten für Kernkraftwerke höher sind. Die Betriebs- und Wartungskosten sind besonders wichtig, da sie einen großen Teil der Kosten der Kernenergie ausmachen.

Einer der Hauptgründe für die mangelnde Wettbewerbsfähigkeit der US-Atomindustrie war das Fehlen jeglicher Maßnahme, die einen wirtschaftlichen Anreiz zur Reduzierung der CO2-Emissionen (CO2-Steuer) bietet. Viele Ökonomen und Umweltschützer haben einen Mechanismus gefordert, der die negativen Externalitäten des Kohle- und Gasverbrauchs berücksichtigt. In einem solchen Umfeld wird argumentiert, dass Kernenergie in den Vereinigten Staaten kostenmäßig wettbewerbsfähig werden wird.

Subventionen

Kritiker der Atomkraft behaupten, dass sie Nutznießer unangemessen großer wirtschaftlicher Subventionen ist – hauptsächlich in Form von steuerzahlerfinanzierter Forschung und Entwicklung und Beschränkungen der Katastrophenhaftung – und dass diese subtilen und indirekten Subventionen beim Vergleich der Wirtschaftlichkeit oft übersehen werden der Kernenergie gegenüber anderen Formen der Stromerzeugung. Allerdings werden auch konkurrierende Energieträger subventioniert. Fossile Brennstoffe erhalten große direkte und indirekte Subventionen wie Steuervorteile und müssen nicht für ihre Verschmutzung bezahlen. Erneuerbare Energien erhalten in vielen Ländern große direkte Produktionssubventionen und Steuervergünstigungen.

Die Energieforschung und -entwicklung (F&E) für die Kernenergie hat und erhält weiterhin viel größere staatliche Subventionen als die F&E für erneuerbare Energien oder fossile Brennstoffe. Heutzutage findet dies jedoch hauptsächlich in Japan und Frankreich statt: In den meisten anderen Ländern erhalten Forschung und Entwicklung für erneuerbare Energien mehr Geld. In den USA gingen die öffentlichen Forschungsgelder für die Kernspaltung zwischen 1980 und 2000 von 2.179 auf 35 Millionen Dollar zurück. Um die Industrie jedoch wieder in Gang zu bringen, werden die nächsten sechs US-Reaktoren Subventionen erhalten, die denen der erneuerbaren Energien entsprechen und im Falle von Kostenüberschreitungen aufgrund von Verzögerungen, zumindest teilweise Kompensation der Überschreitungen (siehe Programm Kernenergie 2010).

Laut DOE wird die Versicherung für nukleare oder radiologische Vorfälle in den USA durch den Price-Anderson Nuclear Industries Indemnity Act subventioniert. Im Juli 2005 weitete der Kongress dieses Gesetz auf neuere Einrichtungen aus. In dem Vereinigtes Königreich regelt der Nuclear Installations Act von 1965 die Haftung für nukleare Schäden, für die ein britischer Nuklearlizenznehmer verantwortlich ist. Das Wiener Übereinkommen über die zivilrechtliche Haftung für nukleare Schäden schafft einen internationalen Rahmen für die nukleare Haftung.

Andere wirtschaftliche Themen

Kernkraftwerke sind tendenziell in Gebieten am wettbewerbsfähigsten, in denen andere Brennstoffressourcen nicht ohne weiteres verfügbar sind – insbesondere Frankreich hat fast keine einheimischen Vorräte an fossilen Brennstoffen. Die kanadische Provinz Ontario nutzt bereits alle ihre besten Standorte für Wasserkraft und verfügt über minimale Vorräte an fossilen Brennstoffen, sodass dort eine Reihe von Kernkraftwerken gebaut wurden. Auch Indien hat wenig Ressourcen und baut neue Kernkraftwerke. Umgekehrt im Vereinigtes Königreich , sollen nach Angaben des Ministeriums für Handel und Industrie der Regierung keine weiteren Atomkraftwerke gebaut werden, aufgrund der hohen Kosten pro Atomstromeinheit im Vergleich zu fossilen Brennstoffen. Der wissenschaftliche Chefberater der britischen Regierung, David King, berichtet jedoch, dass der Bau einer weiteren Generation von Kernkraftwerken notwendig sein könnte. China führt die Liste der geplanten neuen Anlagen an, aufgrund seiner schnell wachsenden Wirtschaft und des eifrigen Baus vieler Arten von Energieprojekten.

Die meisten neuen Gaskraftwerke sind für die Spitzenversorgung vorgesehen. Die größeren Atom- und Kohlekraftwerke können ihre momentane Stromerzeugung nicht schnell anpassen und sind im Allgemeinen für die Grundversorgung vorgesehen. Der Marktpreis für Basisstrom ist nicht so schnell gestiegen wie der für Spitzenbedarf. Einige neue experimentelle Reaktoren, insbesondere modulare Kieselbettreaktoren, sind speziell für Spitzenleistungen ausgelegt.

Jeder Versuch, weltweit eine neue Nuklearanlage zu bauen, sei es ein älteres Design oder ein neueres experimentelles Design, muss sich mit den Einwänden von NIMBY auseinandersetzen. Angesichts der Bekanntheit der Unfälle von Three Mile Island und Tschernobyl begrüßen nur wenige Kommunen einen neuen Kernreaktor, eine neue Verarbeitungsanlage, einen Transportweg oder ein experimentelles nukleares Gräberfeld innerhalb ihrer Grenzen, und viele haben lokale Verordnungen erlassen, die die Entwicklung der Kernenergie verbieten. Einige US-Gebiete mit Kernkraftwerken setzen sich jedoch für mehr ein (siehe Nuclear Power 2010 Program).

Aktuelle Kernreaktoren geben etwa das 40- bis 60-fache der investierten Energie zurück, wenn die Lebenszyklusanalyse verwendet wird. Das ist besser als Kohle, Erdgas und die derzeitigen erneuerbaren Energien außer Wasserkraft.

Das Rocky Mountain Institute nennt weitere Gründe, warum Kernkraftwerke möglicherweise nicht wirtschaftlich sind. In den USA gehören dazu lange Vorlaufzeiten bei riskanten Investitionen und der kostengünstigere Ansatz, in Effizienz statt in neue Kraftwerke zu investieren.

Atomkraft, Kohle , und Windkraft sind derzeit die einzigen realistischen Energiequellen im großen Maßstab, die Öl und Erdgas ersetzen könnten, nachdem ein Höhepunkt der weltweiten Öl- und Gasförderung erreicht wurde (siehe Peak Oil). Das Rocky Mountain Institute behauptet jedoch, dass in den USA eine Steigerung der Transporteffizienz und stärkere, leichtere Autos den meisten Ölverbrauch durch sogenannte Negawatt ersetzen würden. Biokraftstoffe können dann einen erheblichen Teil des verbleibenden Ölverbrauchs ersetzen. Effizienz-, Isolierungs-, Solarthermie- und Solar-Photovoltaik-Technologien können den größten Teil des Erdgasverbrauchs nach einer Produktionsspitze ersetzen.

Kernkraftbefürworter behaupten oft, dass erneuerbare Energiequellen Probleme wie intermittierende Leistung, hohe Kosten und diffuse Leistung nicht gelöst haben, was die Verwendung großer Flächen und viel Baumaterial erfordert und die Verteilungsverluste erhöht. Beispielsweise haben Studien in Großbritannien gezeigt, dass eine Erhöhung des Beitrags der Windkrafterzeugung auf 20 % der gesamten Energieerzeugung ohne kostspielige Pumpspeicherkraftwerke oder Elektrolyse-/Brennstoffzellenspeicher die Kapazität von Kohle- oder Kernkraftwerken nur um 6,7 % (von 59 auf 55 GWe), da sie ohne Stromspeicher als Backup verbleiben müssen. Atomkraftbefürworter behaupten oft, dass eine Erhöhung des Beitrags intermittierender Energiequellen darüber hinaus mit der derzeitigen Technologie nicht möglich ist. Einige erneuerbare Energiequellen, wie z. B. Solarenergie, überschneiden sich gut mit der Spitzenstromerzeugung und verringern den Bedarf an Ersatzkapazitäten. Zukünftige Anwendungen, die Strom nutzen, wenn er verfügbar ist (z. B. für Druckwassersysteme, Entsalzung oder Wasserstofferzeugung), würden dazu beitragen, die freie Erzeugungskapazität zu reduzieren, die sowohl von nuklearen als auch von erneuerbaren Energiequellen benötigt wird.

Bedenken wegen Atomkraft

Unfall oder Angriff

Gegner argumentieren, dass ein wesentlicher Nachteil des Einsatzes von Kernreaktoren die Gefahr eines nuklearen Unfalls oder Terroranschlags und die daraus resultierende mögliche Strahlenbelastung ist.

Befürworter argumentieren, dass das Potenzial für eine Kernschmelze in Reaktoren nicht russischer Bauart aufgrund der Sorgfalt bei der Gestaltung angemessener Sicherheitssysteme sehr gering ist und dass die Nuklearindustrie viel bessere Statistiken über den Tod von Menschen durch Arbeitsunfälle hat als Kohle- oder Wasserkraft. Während Unfall von Tschernobyl große negative gesundheitliche, wirtschaftliche, ökologische und psychologische Auswirkungen in einem weit verbreiteten Gebiet verursachte, wurde der Unfall in Tschernobyl durch eine Kombination aus der fehlerhaften Konstruktion des RBMK-Reaktors, dem Fehlen eines ordnungsgemäß entworfenen Containment-Gebäudes, schlecht ausgebildeten Bedienern und einem nicht vorhandenen verursacht Sicherheitskultur. Das RBMK-Design wies im Gegensatz zu fast allen in der westlichen Welt verwendeten Designs einen positiven Hohlraumkoeffizienten auf, was bedeutet, dass eine Fehlfunktion zu einer immer stärkeren Erzeugung von Wärme und Strahlung führen konnte, bis der Reaktor durchbrochen wurde. Selbst bei Three Mile Island, dem schwersten zivilen Nuklearunfall in der nicht-sowjetischen Welt, wurden der Reaktorbehälter und das Containment-Gebäude nie beschädigt, obwohl es eine Kernschmelze erlitten hatte, so dass nur sehr wenig Strahlung (weit unter den natürlichen Hintergrundstrahlungswerten). ) wurde in die Umwelt freigesetzt.

Konstruktionsänderungen werden in der Hoffnung verfolgt, einige der Risiken von Spaltreaktoren zu verringern; insbesondere werden automatisierte und passiv sichere Designs verfolgt. Fusionsreaktoren, die in Zukunft entstehen könnten, haben theoretisch wenig Risiko, da der in der Reaktionskammer enthaltene Brennstoff nur ausreicht, um die Reaktion etwa eine Minute lang aufrechtzuerhalten, während ein Spaltungsreaktor etwa einen Jahresvorrat an Brennstoff enthält. Unterkritische Reaktoren haben niemals eine selbsterhaltende nukleare Kettenreaktion.

Gegner der Kernkraft äußern Bedenken, dass Atommüll nicht gut geschützt ist und im Falle eines Terroranschlags freigesetzt werden kann, und zitieren einen russischen Vorfall von 1999, bei dem Arbeiter beim Versuch erwischt wurden, 5 Gramm radioaktives Material auf dem freien Markt zu verkaufen, oder der Vorfall im Jahr 1993, als russische Arbeiter beim Verkauf von 4,5 Kilogramm angereichertem Uran erwischt wurden. Seitdem hat die UN die führenden Politiker der Welt aufgefordert, die Sicherheit zu verbessern, um zu verhindern, dass radioaktives Material in die Hände von Terroristen gelangt, was manchmal dazu führt, dass Nukleartransporte von Tausenden von Polizisten bewacht werden. Andere Energiequellen wie Wasserkraftwerke und LNG-Tanker sind anfälliger für Unfälle und Angriffe. Befürworter der Kernkraft behaupten jedoch, dass Atommüll bereits gut geschützt sei, und argumentieren, dass es weltweit keinen Unfall gegeben habe, an dem Atommüll irgendeiner Form aus einem zivilen Programm beteiligt war. Darüber hinaus verweisen sie auf große Studien, die von NRC und anderen Behörden durchgeführt wurden, die die Robustheit sowohl des Reaktors als auch der Lagerung von Abfallbrennstoffen getestet und festgestellt haben, dass sie in der Lage sein sollten, einen vergleichbaren Terroranschlag auszuhalten 11. September Terroranschlag. Abgebrannter Brennstoff wird normalerweise in der 'Schutzzone' der Anlage oder in einem Transportbehälter für abgebrannten Kernbrennstoff untergebracht. Es ist äußerst schwierig, es für den Einsatz in einer 'schmutzigen Bombe' zu stehlen. Die Exposition gegenüber der intensiven Strahlung würde mit ziemlicher Sicherheit alle Terroristen, die dies versuchen, schnell außer Gefecht setzen oder töten.

Nach Angaben der Nuclear Regulatory Commission haben 20 amerikanische Staaten Vorräte angefordert Kaliumjodid die der NRC vorschlägt, sollte für diejenigen verfügbar sein, die im unwahrscheinlichen Fall eines schweren Unfalls im Umkreis von 10 Meilen um ein Kernkraftwerk leben.

Gesundheitliche Auswirkungen auf die Bevölkerung in der Nähe von Kernkraftwerken

Der größte Teil der Strahlenbelastung des Menschen stammt von der natürlichen Hintergrundstrahlung. Der größte Teil der verbleibenden Exposition stammt aus medizinischen Verfahren. Mehrere große Studien in den USA, Kanada und Europa haben keine Hinweise auf einen Anstieg der Krebssterblichkeit bei Menschen gefunden, die in der Nähe von Atomanlagen leben. Beispielsweise gab das National Cancer Institute (NCI) der National Institutes of Health 1990 bekannt, dass nach Durchführung einer groß angelegten Studie, in der die Sterblichkeitsraten von 16 Krebsarten ausgewertet wurden, bei Menschen keine erhöhte Inzidenz von Krebssterblichkeit festgestellt wurde lebt in der Nähe von 62 Atomanlagen in den Vereinigten Staaten. Die Studie zeigte auch keinen Anstieg der Inzidenz der Leukämie-Mortalität im Kindesalter in der Untersuchung der umliegenden Landkreise nach der Inbetriebnahme der kerntechnischen Anlagen. Die NCI-Studie, die umfangreichste ihrer Art, die jemals durchgeführt wurde, untersuchte 900.000 Krebstote in Landkreisen in der Nähe von Atomanlagen.

Abgesehen von den unmittelbaren Auswirkungen des Unfalls von Tschernobyl (siehe oben) gibt es weiterhin Auswirkungen von Böden, die Radioaktivität enthalten Ukraine und Weißrussland . Aus diesem Grund wurde um das Kraftwerk Tschernobyl eine Zone der Entfremdung eingerichtet.

Im März 2006 ergaben Sicherheitsüberprüfungen, dass mehrere Kernkraftwerke in den Vereinigten Staaten mit Tritium kontaminiertes Wasser in den Boden eingelassen haben. (Die Einleitungen sollten durch Abflussrohre in Flüsse geleitet werden, deren Werte unterhalb der behördlichen Grenzwerte liegen würden. Durch das Austreten in den Boden erreichten jedoch sehr geringe Mengen an Tritium die Trinkwasserversorgung.) Der Generalstaatsanwalt von Illinois gab dies bekannt wegen sechs solcher Lecks eine Klage gegen Exelon einreichte und forderte, dass der Versorger den Bewohnern eine Ersatzwasserversorgung zur Verfügung stellt, obwohl kein Brunnen außerhalb des Firmengrundstücks Pegel aufweist, die die Trinkwasserstandards überschreiten. Laut NRC „hat die Inspektion ergeben, dass die öffentliche Gesundheit und Sicherheit nicht beeinträchtigt wurden und die Dosisfolge für die Öffentlichkeit, die den aktuellen Bedingungen vor Ort zugeschrieben werden kann, in Bezug auf die behördlichen Grenzwerte des NRC vernachlässigbar ist.“ Der Vorsitzende der Nuclear Regulatory Commission sagte jedoch: 'Sie werden es reparieren müssen.'

Nukleare Verbreitung

Gegner der Kernkraft weisen darauf hin, dass die Kerntechnologie häufig einen doppelten Verwendungszweck hat und viele der gleichen Materialien und Kenntnisse, die in einem zivilen Nuklearprogramm verwendet werden, für die Entwicklung verwendet werden können Atomwaffen . Dieses Anliegen ist als nukleare Proliferation bekannt und ist ein Hauptkriterium für die Reaktorkonstruktion.

Die militärischen und zivilen Zwecke der Kernenergie sind in den meisten Ländern mit nuklearen Fähigkeiten miteinander verflochten. In den USA zum Beispiel besteht das erste Ziel des Energieministeriums darin, „die nationale, wirtschaftliche und Energiesicherheit der Vereinigten Staaten voranzutreiben, wissenschaftliche und technologische Innovationen zur Unterstützung dieser Mission zu fördern und die Umwelt zu reinigen des nationalen Atomwaffenkomplexes.'

Das angereicherte Uran, das in den meisten Kernreaktoren verwendet wird, ist nicht konzentriert genug, um eine Bombe zu bauen. Die meisten Kernreaktoren werden mit 4 % angereichertem Uran betrieben; Little Boy verwendete zu 90 % angereichertes Uran; Während niedrigere Anreicherungsniveaus verwendet werden könnten, würde die minimale Bombengröße schnell undurchführbar groß werden, wenn das Niveau verringert wird. Dieselben Anlagen und Technologien, die zur Anreicherung von Uran für die Stromerzeugung verwendet werden, können jedoch verwendet werden, um das hochangereicherte Uran herzustellen, das zum Bau einer Bombe benötigt wird.

Darüber hinaus kann das in Leistungsreaktoren produzierte Plutonium, wenn es durch Wiederaufbereitung konzentriert wird, für eine Bombe verwendet werden. Während das aus normalen Reaktorbetankungszyklen resultierende Plutonium aufgrund der Konzentration von Pu-240 für den Waffengebrauch nicht ideal ist, kann daraus eine brauchbare Waffe hergestellt werden. Wenn der Reaktor mit sehr kurzen Betankungszyklen betrieben wird, kann Plutonium in Bombenqualität produziert werden. Ein solcher Betrieb wäre jedoch bei vielen Reaktordesigns praktisch unmöglich zu tarnen, da die häufigen Abschaltungen zum Auftanken beispielsweise auf Satellitenfotos offensichtlich wären.

Es wird allgemein angenommen, dass die Nuklearprogramme Indiens und Pakistans CANDU-Reaktoren verwendeten, um spaltbares Material für ihre Waffen herzustellen; Dies ist jedoch nicht ganz korrekt. Sowohl Kanada (durch die Lieferung des 40-MW-Forschungsreaktors) als auch die Vereinigten Staaten (durch die Lieferung von 21 Tonnen schwerem Wasser) versorgten Indien mit der Technologie, die für die Schaffung eines Atomwaffenprogramms mit dem Namen CIRUS (Canada-India Reactor, Vereinigte Staaten) erforderlich ist. Da internationale Richtlinien die Nutzung von Nukleartechnologietransfers nicht vorschrieben, war Indien in der Lage, die Technologie zur Herstellung einer Atomwaffe zu nutzen. Pakistan soll das Material für seine Waffen aus einem indigenen Anreicherungsprogramm gewonnen haben.

Um die Verbreitung von Waffen zu verhindern, wurden Sicherungsmaßnahmen zur Nukleartechnologie im Atomwaffensperrvertrag (NPT) veröffentlicht und seit 1968 von der Internationalen Atomenergiebehörde (IAEO) überwacht. Nationen, die den Vertrag unterzeichnen, müssen der IAEO melden, welche Nuklearmaterialien sie besitzen und wo sie sich befinden. Sie erklären sich damit einverstanden, Besuche von IAEO-Prüfern und -Inspektoren zu akzeptieren, um ihre Materialberichte unabhängig zu überprüfen und das betreffende Kernmaterial physisch zu inspizieren, um physische Inventare davon zu bestätigen, als Gegenleistung für den Zugang zu Kernmaterial und -ausrüstung auf dem Weltmarkt.

Mehrere Staaten haben den Vertrag nicht unterzeichnet und konnten internationale Nukleartechnologie (häufig für zivile Zwecke beschafft) zur Entwicklung von Atomwaffen nutzen ( Indien , Pakistan , Israel , und Südafrika ). Südafrika hat seitdem den Atomwaffensperrvertrag unterzeichnet und ist nun der einzige bekannte Staat, der selbst Atomwaffen produziert und sie dann nachweislich abgebaut hat. Von denjenigen, die den Vertrag unterzeichnet und Lieferungen von nuklearen Utensilien erhalten haben, haben viele Staaten entweder behauptet oder wurden beschuldigt, versucht zu haben, angeblich zivile Kernkraftwerke für die Entwicklung von Waffen zu nutzen, einschließlich Iran und Nord Korea . Bestimmte Reaktortypen eignen sich besser für die Herstellung von Kernwaffenmaterial als andere, und eine Reihe internationaler Streitigkeiten über die Verbreitung konzentrierten sich auf das spezifische Reaktormodell, das in einem Land unter Vertrag genommen wurde, das im Verdacht steht, Atomwaffenambitionen zu haben.

Neue Technologien wie SSTAR können das Risiko einer nuklearen Proliferation verringern, indem sie abgedichtete Reaktoren mit einer begrenzten, in sich geschlossenen Brennstoffversorgung und mit Einschränkungen gegen Manipulationen ausstatten.

Ein mögliches Hindernis für den Ausbau der Atomkraft könnte ein begrenztes Angebot an Uranerz sein, ohne das der Bau und Betrieb von Brutreaktoren notwendig werden würde. Bei der derzeitigen Nutzung ist jedoch ausreichend Uran für einen längeren Zeitraum vorhanden – „Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die tatsächlich gewinnbare Uranversorgung wahrscheinlich ausreicht, um mehrere hundert (bis zu 1000) Jahre zu überdauern, selbst wenn Standardreaktoren verwendet werden.“ Brutreaktoren sind in den USA seit Präsident verboten Jimmy Carter Die US-Regierung verbot die Wiederaufbereitung aufgrund des ihrer Ansicht nach inakzeptablen Risikos der Verbreitung von waffenfähigem Material.

Einige Befürworter der Kernkraft stimmen darin überein, dass das Risiko der nuklearen Proliferation ein Grund sein könnte, nichtdemokratische Entwicklungsländer daran zu hindern, sich Nukleartechnologie anzueignen, argumentieren jedoch, dass dies kein Grund für demokratische Industrienationen sei, ihre Kernkraftwerke aufzugeben. Zumal es scheint, dass Demokratien niemals Krieg gegeneinander führen (siehe die Theorie des demokratischen Friedens).

Befürworter weisen auch darauf hin, dass die Kernkraft, wie einige andere Energiequellen, konstante Energie zu einem gleichbleibenden Preis liefert, ohne um Energieressourcen aus anderen Ländern zu konkurrieren, was zu Kriegen beitragen kann.

Im Februar 2006 wurde eine neue US-Initiative, die Global Nuclear Energy Partnership, angekündigt. Es wäre ein internationales Bemühen, Brennstoff so aufzubereiten, dass eine Weiterverbreitung unmöglich wird, und gleichzeitig Kernenergie für Entwicklungsländer verfügbar zu machen.

Auswirkungen auf die Umwelt

Luftverschmutzung

Nicht radioaktiver Wasserdampf ist die wesentliche Betriebsemission von Kernkraftwerken. Spaltung erzeugt Gase wie z Jod -131 bzw Xenon -133, die vor Ort für mehrere Halbwertszeiten gelagert werden müssen, bis sie auf ein sicheres Niveau abgeklungen sind.

Die Kernenergie erzeugt nicht direkt Schwefeldioxid, Stickoxide, Quecksilber oder andere Schadstoffe, die mit der Verbrennung fossiler Brennstoffe verbunden sind (die Verschmutzung durch fossile Brennstoffe wird allein in den USA jedes Jahr für viele Todesfälle verantwortlich gemacht). Es wird auch nicht direkt produziert Kohlendioxid , was einige Umweltschützer dazu veranlasst hat, eine stärkere Abhängigkeit von Kernenergie als Mittel zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen zu befürworten (die dazu beitragen Erderwärmung ).

Wie jede Energiequelle (einschließlich erneuerbarer Energien wie Wind- und Sonnenenergie) benötigen die Anlagen zur Erzeugung und Verteilung des Stroms Energie für den Bau und die anschließende Stilllegung. Mineralerze müssen gesammelt und verarbeitet werden, um Kernbrennstoff herzustellen. Diese Prozesse werden entweder direkt von Diesel- und Benzinmotoren angetrieben oder beziehen Strom aus dem Stromnetz, der aus fossilen Brennstoffen erzeugt werden kann. Lebenszyklusanalysen bewerten den Energieverbrauch dieser Prozesse (beim heutigen Energiemix) und berechnen über die Lebensdauer eines Kernkraftwerks die eingesparte Kohlendioxidmenge (bezogen auf die von der Anlage produzierte Strommenge) gegenüber der Menge an verwendetem Kohlendioxid (bezogen auf den Bau und die Brennstoffbeschaffung).

Mehrere Lebenszyklusanalysen zeigen ähnliche Emissionen pro Kilowattstunde aus Kernkraft und aus erneuerbaren Energien wie Windkraft. Laut einer Lebenszyklusstudie von van Leeuwen und Smith aus den Jahren 2001–2005 könnten die Kohlendioxidemissionen aus Kernkraft pro Kilowattstunde zwischen 20 % und 120 % derjenigen für liegen Erdgas -befeuerte Kraftwerke je nach Verfügbarkeit hochwertiger Erze. Die Studie wurde von der World Nuclear Association ausführlich widerlegt.

Im Jahr 2006 kam ein Beratungsgremium der britischen Regierung, The Sustainable Development Commission, zu dem Schluss, dass eine Verdoppelung der bestehenden nuklearen Kapazität des Vereinigten Königreichs zu einer Verringerung des gesamten britischen CO2-Ausstoßes um 8 % führen würde zwei -Emissionen bis 2035. Dies kann mit dem Ziel des Landes verglichen werden, die Treibhausgasemissionen bis 2050 um 60 % zu reduzieren. Ab 2006 sollte die britische Regierung ihre offiziellen Ergebnisse später im Jahr veröffentlichen.

Abwärme in Wassersystemen

Kernreaktoren müssen gekühlt werden, typischerweise mit Wasser (manchmal indirekt). Der als Rankine-Zyklus bezeichnete Prozess der Energiegewinnung aus einer Wärmequelle erfordert eine Abkühlung des Dampfes. Flüsse sind die häufigste Quelle für Kühlwasser sowie das Ziel für Abwärme. Die Temperatur des Abgaswassers muss reguliert werden, um das Töten von Fischen zu vermeiden; Die langfristigen Auswirkungen von Wasser, das heißer als natürlich ist, auf Ökosysteme sind ein Umweltproblem. In den meisten neuen Anlagen wird dieses Problem durch die Implementierung von Kühltürmen gelöst.

Die Notwendigkeit, die Abgastemperatur zu regulieren, begrenzt auch die Erzeugungskapazität. An extrem heißen Tagen, an denen der Bedarf am höchsten sein kann, kann die Kapazität eines Kernkraftwerks sinken, weil das einströmende Wasser von vornherein wärmer ist und daher pro Volumeneinheit weniger effektiv als Kühlmittel ist. Dies war ein wesentlicher Faktor während der europäischen Hitzewelle von 2003. Ingenieure berücksichtigen dies bei der Entwicklung verbesserter Kraftwerkskonstruktionen, da eine erhöhte Kühlkapazität die Kosten erhöht.

Liste der Atomenergiegruppen

  • American Nuclear Society (Vereinigte Staaten)
  • Energieministerium (Vereinigte Staaten)
  • The Nuclear Energy Institute (Vereinigte Staaten)
  • Atomic Energy of Canada Limited (Kanada)
  • Areva (Frankreich)
  • EDF (Frankreich)
  • MinAtom (Russland)
  • EnergoAtom (Ukraine)
  • Pakistanische Atomenergiekommission (Pakistan)
  • Atomenergiekommission (Indien)
  • KazAtomProm (Kasachstan)
  • Ägyptische Atomenergiebehörde
  • Atombehörde des Vereinigten Königreichs (UKAEA)
  • EURATOM (Europa)
  • Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO)