Glossar zum Thema

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Begriff Definition
Kernwaffen
Kernwaffen ist ein Sammelbegriff für Atombomben, Wasserstoffbomben, Neutronenbomben, Atomraketen, Nuklearsprengköpfe, thermonukleare Waffen und Ähnliches. Bei Kernwaffen nutzt man die im Kernbrennstoff gespeicherte physikalische Energie aus, um eine Explosion herbeizuführen. Bei der Zündung einer Kernwaffe werden enorme Mengen an prompter Strahlung und Energie freigesetzt. Abhängig von der Größe und der Bauart kann ein einziger Kernsprengkopf eine Millionenstadt in Schutt und Asche legen. Die Funktionsweise beruht auf der plötzlichen Formierung einer überkritischen Masse . In der Folge setzt eine Kettenreaktion mit hoher Neutronenvervielfachung und Wärmeproduktion ein. Die Energiefreisetzungen von wenigen Kilogramm Kernbrennstoff (zum Beispiel 233U , 235U oder 239Pu als Spaltstoffe , 6Li, 2H , 3H , 3He als Kernfusionsstoffe, 238U als Brutstoff) werden dabei durch das Äquivalent in Kilotonnen (1 kt = 1 000 Tonnen) oder Megatonnen (1 Mt = eine Million Tonnen) des Sprengstoffs TNT angegeben. Typische moderne thermonukleare Gefechtsköpfe haben eine vergleichsweise „geringe" Sprengkraft von einigen 100 Kilotonnen. Die Zielgenauigkeit ihrer Trägersysteme ist hoch, die Unsicherheit beträgt im Idealfall etwa zehn Meter. Die Atombombenabwürfe auf die japanischen Städte Hiroshima und Nagasaki durch die Vereinigten Staaten von Amerika waren bisher die einzigen Einsätze von klassischen Atombomben gegen Menschen. Dabei kamen mehrere hunderttausend Menschen - zumeist Zivilistinnen - qualvoll ums Leben.
Kettenreaktion
Die Kernspaltung als kontinuierlicher Prozess verläuft in einer Kettenreaktion. Dabei spalten sich Atomkerne des Kernbrennstoffs unter Neutronenbeschuss . Sie setzten Energie und neue Neutronen frei. Diese können wieder andere Kerne des Brennstoffs spalten. Wenn die Erzeugung von Neutronen gerade ausreicht, um die Reaktion weiter zu erhalten, spricht man von der kritischen Masse . Im überkritischen Fall steigt die Anzahl der Neutronen und damit der Kernspaltungen pro Zeiteinheit an. Diese Form der Vervielfachung verläuft dann exponentiell.
Ein Beispiel veranschaulicht dies: Angenommen ein Neutron trifft auf einen Uran -Kern und spaltet diesen. Dann werden etwa zwei Neutronen freigesetzt. Spalten diese Neutronen nach einer Sekunde je wieder einen Urankern, so hat man danach bereits vier Neutronen und so weiter. In diesem Fall würde sich die Anzahl der Neutronen (und damit der freigesetzten Energie) pro Sekunde verdoppeln. Nach 20 Sekunden hätte man bereits über eine Million Neutronen. Alle zehn Sekunden vertausendfacht sich die Anzahl. Nach wenigen Minuten hätte man bereits mehr freigesetzte Neutronen, als es Atome im Universum gibt. Dieser starke dynamische Vorgang ermöglicht die Atombombe und ihre verheerenden Folgen.
Kilobecquerel
kBq
Ein Kilobecquerel entspricht 1.000 Becquerel (Bq).
KKW
Kernkraftwerk
Ein KKW benutzt Kernkräfte, das sind Bindungskräfte von Atomkernen , zur Strom- über Wärmeerzeugung. Als Kernbrennstoff dient zumeist Uran . Die Uranatome werden durch Beschuss mit Neutronen im Reaktor gespalten. Sie setzen dabei relativ viel Energie frei. Diese verwendet man zur Dampferzeugung . Bei der Kernspaltung werden Neutronen mit hoher Energie (schnelle Neutronen) freigesetzt. Durch den Moderator werden diese schnellen Neutronen abgebremst (thermalisiert) und bewirken neue Spaltungen, wenn sie auf einen 235U -Kern treffen und eingefangen werden. Wie bei einem konventionellen Wärmekraftwerk wird die im Dampf gespeicherte Wärmeenergie über eine Turbine in Bewegungsenergie umgesetzt. Die Turbine ist als Turbogenerator mit einem Generator gekoppelt, der elektrischen Strom produziert. Es gibt verschiedene Kriterien, nach denen Kernkraftwerke klassifiziert werden. Dazu zählen: Leistung, Bauart des Reaktors, Geschwindigkeit der spaltenden Neutronen, Betriebstemperatur, Kühlmedium, Moderator, Brennstoffgeometrie und Anwendungszweck.
Kondensator
Turbinen-Kondensator
Jede Wärmekraftmaschine arbeitet innerhalb eines Temperaturintervalls - zwischen einer hohen und einer tiefen Temperatur. Je weiter diese Temperaturen auseinander liegen, umso höher ist der Wirkungsgrad der Maschine. Bei einer Turbine wird die hohe Temperaturseite (heißes Ende) durch die Frischdampfzufuhr des Reaktors vorgegeben (etwa 300 Grad Celsius). Das kalte Ende ist beim Turbinenkondensator bei unter 50 Grad Celsius, hier wird der Dampf niedergeschlagen. Die Wärme fließt vom heißen Reservoir über die Turbine zum kälteren und verrichtet dabei mechanische Arbeit.
Jedes Wärmekraftwerk - nicht nur ein KKW - benötigt außer dem heizenden Kessel oder Reaktor auch ein kaltes Ende der Maschinerie (Wärmesenke). Im Betrieb fließt Wärme vom Reaktor über die Turbine zum kalten Ende. Der Kondensator ist dieses kalte Ende. Je größer der Temperaturunterschied zwischen heißem Reaktor und kaltem Kondensator ist, umso höher ist der Wirkungsgrad der Anlage. In der Realität ist der Kondensator ein stählernes Gehäuse. Er ist so groß wie ein mehrstöckiges Gebäude. Er ist unterhalb der Turbine in den Kühlmittelkreis eingebaut. Durch kaltes Wasser aus einem Fluss oder einem Kühlturm wird in einem Wärmetauscher der von der Turbine kommende Dampf, der dort seine Arbeit verrichtet hat, abgekühlt. Dadurch schlägt er sich nieder und wird wieder zu Wasser, das wieder zum Dampferzeuger oder Reaktor gepumpt wird. Anstelle des Kondensators kann auch ein Wärmetauscher für ein Fernheizsystem installiert werden, um die verbleibende Restwärme zu nutzen. Allerdings sinkt dann der Wirkungsgrad der Turbine, da der Dampf nicht mehr so stark abgekühlt werden kann wie im reinen Kondensationsbetrieb. Die vom Kondensator abgeführte Wärme ist für die Nutzung in der Regel verloren, da sie eine zu geringe Temperatur besitzt. Oft wird ein fließendes Gewässer um einige Grad aufgewärmt (Abwärme).
Kontrollstäbe
Zur Kontrolle der Kettenreaktion verwendet man Steuerstäbe. Diese haben die Aufgabe, durch Verändern der Eintauchtiefe in den Reaktor die Kettenreaktion der Neutronen zu beeinflussen. Man verwendet zumeist Bor und Cadmium zur Absorption thermischer Neutronen (in der Größenordnung 0,025 Elektronvolt ). Silber, Indium und Hafnium werden für schnellere Neutronen (ein bis 100 Elektronenvolt) verwendet. Bei der Notabschaltung werden viele Kontrollstäbe gleichzeitig rasch in den Reaktor eingeführt.
kPa
Kilopascal
1 kPa ist gleich 1000 Pa (Pascal)
Kritikalität
Die Kritikalität ist die Voraussetzung für eine andauernde Kettenreaktion . Die Kettenreaktion dauert an, wenn der Vervielfachungsfaktor k der die Reaktion erhaltenden Neutronen größer oder gleich eins ist. Ein Kernreaktor erfüllt während des Betriebs diese Kritikalitätsbedingung. Er ist kritisch.
Kritische Masse
Die kritische Masse ist dann erreicht, wenn in einem spaltbaren Material die Reaktivität gleich eins ist. Das heißt, jede Spaltung löst durchschnittlich eine weitere Spaltung aus. Dieser Punkt kann durch unterschiedliche Parameter variiert werden. Beispiele sind die Zuschaltung einer Neutronenquelle, Verdichtung, Anhäufung, die Änderung der Geometrie oder die Reflexion von Neutronen. Die Aktivität einer überkritischen Masse nimmt exponentiell (prozentual konstant) zu. Die kritische Masse einer Kugel (ohne weitere technische Hilfsmittel) aus 235U liegt bei etwa 49 kg, für eine Kugel aus 239Pu liegt sie etwa bei 10 kg.
Kühlmittelschleife
Unter Kühlmittelschleife versteht man den Kühlkreislauf, der für die Zuführung von Kühlflüssigkeit zum Reaktorkern verantwortlich ist. Zur Sicherheit werden oft mehrere Kühlmittelschleifen verwendet, damit beim Ausfall einer Schleife die Kühlung des Reaktorkerns nicht unterbrochen wird. Durch diese Redundanz wird die wichtige Ausfallssicherheit der Kühlung erhöht.
Kühlturm
Der Kühlturm dient dazu, das Wasser im Kühlkreislauf abzukühlen. Kühltürme werden für alle thermischen Kraftwerke angewandt, unabhängig davon ob fossile oder nukleare Brennstoffe verwendet werden. Man unterscheidet zwischen Trocken- und Nasskühltürmen. Nasskühltürme verwenden zusätzliches Wasser zur Kühlung, welches üblicherweise aus Flüssen entnommen wird. Kühltürme haben die Aufgabe, die an den Turbinen anfallende Restwärme, die nicht in elektrische Energie umgewandelt werden kann, abzuführen. Das Kühlwasser wird durch die Wärmeaufnahme am Kondensator der Turbine erhitzt und in den Kühlturm geleitet. Im Kühlturm wird das erhitzte Kühlwasser in rund 15 Metern Höhe versprüht. Die Wassertropfen fallen in die Kühlturmtasse und geben dabei ihre Wärme an die aufsteigende Luft ab, wobei ein Teil des Wassers verdampft. Die Flüsse und somit die Umwelt erfahren durch diesen Vorgang eine Erwärmung, die sich für Pflanzen- und Tierarten, die eine geringe Temperaturtoleranz aufweisen, nachteilig auswirken kann. Kühltürme sind in der Regel zwischen 80 und 160 Meter hoch.
kV

Kilovolt = 1.000 Volt

LD50
LD ist die Abkürzung für letale (tödliche) Dosis . Der LD50-Wert steht für die mittlere letale Dosis. Das ist jene Dosis, bei der die Hälfte der exponierten Individuen stirbt.
Leichtwasserreaktor
Im Leichtwasserreaktor dient normales Wasser als Moderator und Kühlmittel.
Leistungsexkursion
Eine Leistungsexkursion ist ein unkontrollierter Anstieg von Leistung. Die Ursachen für einen Exkurs bei einem Kernreaktor liegen zumeist in einem unkontrollierten Kritischwerden. Aber auch sekundäre Effekte wie die Zufuhr thermischer Energie durch Wasserstoffreaktionen können die Ursache für ein solches Fehlverhalten des Reaktors sein.

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