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2026-07-28T13:44:31Z

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{{BR}}
= Kernkraftwerke - Physik =

{{BR}}
= Einleitung =

Ein [[Kernkraftwerk]] ist ein [[Wärmekraftwerk]]. Seine Wärme entsteht nicht durch eine Verbrennung, sondern durch kontrollierte [[Kernspaltung]]. Aus dieser Wärme wird Wasserdampf erzeugt. Der Dampf setzt eine [[Turbine]] in Bewegung, und ein [[Generator]] wandelt die Drehbewegung in elektrische Energie um.<ref>[https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/atomkraftwerk/ Welt der Physik: Wie funktioniert ein Atomkraftwerk?]</ref>

[[Datei:Kernkraftwerk Grafenrheinfeld - 2013.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Auf dem Foto erkennst Du typische Gebäudeteile: das kuppelförmige Reaktorgebäude, das Maschinenhaus und Kühltürme. Die großen Kühltürme sind kein Reaktor. Sie geben einen Teil der nicht nutzbaren Wärme an die Umgebung ab. Die sichtbare Fahne besteht vor allem aus kleinen Wassertröpfchen.

Dieser aiMOOC konzentriert sich auf die '''Physik''' von Kernkraftwerken: Kernspaltung, Kettenreaktion, Energieumwandlungen, Reaktortypen, Wirkungsgrad, Kühlung und Sicherheitsprinzipien. Politische Bewertungen werden nur dort berührt, wo physikalische Zusammenhänge verstanden werden müssen.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=17ryGl5Tucw |500|center}}

{{BR}}
== Lernziele ==

Nach der Bearbeitung kannst Du

# [[Kernspaltung]] und [[Kettenreaktion]] voneinander unterscheiden.
# die Energieumwandlung im Kernkraftwerk beschreiben.
# die Aufgaben von [[Moderator]], [[Steuerstab]], Kühlmittel, Turbine und Generator erklären.
# [[Druckwasserreaktor]] und [[Siedewasserreaktor]] vergleichen.
# den [[Wirkungsgrad]] mit einer Formel bestimmen.
# erklären, warum ein abgeschalteter Reaktor weiter gekühlt werden muss.
# physikalische Chancen, Grenzen und Risiken begründet beurteilen.

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= Vom Atomkern zur Wärme =

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== Kernspaltung ==

Ein häufig verwendeter Brennstoff ist [[Uran-235]]. Trifft ein langsames [[Neutron]] auf einen Uran-235-Kern, kann der Kern das Neutron aufnehmen. Der entstehende angeregte Uran-236-Kern ist instabil und zerfällt in zwei mittelschwere Kerne. Dabei werden meist zwei oder drei neue Neutronen und viel Energie frei. Die Spaltprodukte sind nicht immer dieselben.<ref>[https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/kernspaltung-und-kernfusion/grundwissen/kernspaltung LEIFIphysik: Kernspaltung]</ref>

Eine mögliche, vereinfachte Reaktionsgleichung lautet:

<math>{}^{235}_{92}\mathrm{U}+{}^{1}_{0}\mathrm{n}\rightarrow{}^{141}_{56}\mathrm{Ba}+{}^{92}_{36}\mathrm{Kr}+3\,{}^{1}_{0}\mathrm{n}+E</math>

[[Datei:Nuclear fission.svg|500px|rahmenlos|center]]

Die frei werdende Energie stammt aus dem [[Massendefekt]]. Die Masse der Reaktionsprodukte ist etwas kleiner als die Masse der Ausgangsteilchen. Nach Einsteins Beziehung gilt:

<math>E=\Delta m\cdot c^2</math>

Pro Spaltung werden ungefähr <math>200\,\mathrm{MeV}</math> frei. Umgerechnet ist das

<math>200\,\mathrm{MeV}=200\cdot10^6\cdot1{,}602\cdot10^{-19}\,\mathrm{J}\approx3{,}2\cdot10^{-11}\,\mathrm{J}</math>.

Für eine einzelne Spaltung ist das wenig. Weil in einem Reaktor jedoch sehr viele Kerne pro Sekunde gespalten werden, entsteht eine große thermische Leistung.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=1y8CquCOnDs |500|center}}

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== Kettenreaktion und Kritikalität ==

Die bei einer Spaltung freigesetzten Neutronen können weitere Uran-235-Kerne spalten. So entsteht eine [[Kettenreaktion]]. In einem Leistungsreaktor muss sie kontrolliert ablaufen.<ref>[https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/kernspaltung-und-kernfusion/grundwissen/kettenreaktion LEIFIphysik: Kettenreaktion]</ref>

[[Datei:Nuclear fission chain reaction.svg|500px|rahmenlos|center]]

Der Multiplikationsfaktor <math>k</math> beschreibt vereinfacht, wie sich die Zahl der wirksamen Neutronen von einer Generation zur nächsten verändert:

<math>k=\frac{N_{i+1}}{N_i}</math>

{| class="wikitable"
! Zustand
! Bedeutung
|-
| <math>k<1</math>
| '''unterkritisch''': Die Reaktion klingt ab.
|-
| <math>k=1</math>
| '''kritisch''': Die Reaktorleistung bleibt im Mittel konstant.
|-
| <math>k>1</math>
| '''überkritisch''': Die Reaktorleistung nimmt zu.
|}

'''Wichtig:''' In der Reaktorphysik bedeutet „kritisch“ den stationären Betriebszustand mit <math>k=1</math>. Das Wort bedeutet hier nicht automatisch „gefährlich“.

{{BR}}
== Moderator und Steuerstäbe ==

Die bei einer Spaltung entstehenden Neutronen sind zunächst schnell. In vielen Reaktoren erhöht sich die Wahrscheinlichkeit weiterer Spaltungen, wenn die Neutronen abgebremst werden. Diese Aufgabe übernimmt der [[Moderator]], häufig Wasser. Die Neutronen verlieren durch Stöße mit Atomkernen Bewegungsenergie.

[[Steuerstab|Steuerstäbe]] bestehen aus Materialien, die Neutronen gut absorbieren, zum Beispiel Borverbindungen. Werden sie weiter in den Reaktorkern eingefahren, stehen weniger Neutronen für neue Spaltungen zur Verfügung. Die Leistung sinkt. Bei einer Schnellabschaltung werden die Steuerstäbe möglichst rasch eingefahren.

[[Datei:Control rods schematic.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Brennstoff und Brennelemente ==

Uran wird meist als keramisches [[Uran(IV)-oxid|Urandioxid]] in kleinen Tabletten verwendet. Viele Tabletten liegen in gasdichten Brennstäben. Mehrere Brennstäbe bilden ein [[Brennelement]].

[[Datei:Nuclear fuel pellets at the Greifswald Nuclear Power Plant information center.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Die Brennstabhülle hält einen großen Teil der radioaktiven Spaltprodukte zurück. Sie ist zugleich hohen Temperaturen, Druck, Strahlung und mechanischen Belastungen ausgesetzt.

{{BR}}
= So wird elektrische Energie erzeugt =

{{BR}}
== Energieumwandlungskette ==

Im Kernkraftwerk laufen mehrere Energieumwandlungen nacheinander ab:

# '''Kernenergie''' wird bei der Spaltung frei.
# Die Bewegungsenergie der Spaltprodukte wird durch Stöße in '''innere Energie''' des Brennstoffs und Kühlmittels umgewandelt.
# Heißes Wasser oder Wasserdampf überträgt '''thermische Energie'''.
# Der Dampf versetzt die Turbine in Rotation: Es entsteht '''mechanische Energie'''.
# Der Generator wandelt mechanische in '''elektrische Energie''' um.

Ein Generator nutzt [[Elektromagnetische Induktion|elektromagnetische Induktion]]. Eine Drehbewegung verändert den magnetischen Fluss durch Spulen und erzeugt eine elektrische Spannung.

[[Datei:BalakovoNPP tb.jpg|500px|rahmenlos|center]]

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== Druckwasserreaktor ==

Beim [[Druckwasserreaktor]] bleibt das Wasser im Reaktorkreislauf trotz hoher Temperatur flüssig, weil es unter hohem Druck steht. Wasser dient gleichzeitig als Kühlmittel und Moderator. Ein Dampferzeuger überträgt Wärme vom '''Primärkreislauf''' auf den getrennten '''Sekundärkreislauf'''. Erst dort entsteht der Dampf für die Turbine.<ref>[https://www.nuklearesicherheit.de/wissen/funktionsweise-von-kernreaktoren/druckwasserreaktor-dwr/ Nukleare Sicherheit: Druckwasserreaktor]</ref>

[[Datei:Nuclear power plant pwr diagram de.png|500px|rahmenlos|center]]

Die Kreisläufe haben verschiedene Aufgaben:

# Im '''Primärkreislauf''' nimmt Wasser Wärme im Reaktorkern auf.
# Im '''Sekundärkreislauf''' entsteht Dampf, der die Turbine antreibt.
# Im '''Kühlwasserkreislauf''' wird der Dampf im Kondensator wieder verflüssigt.

Die Stoffströme von Primär- und Sekundärkreislauf vermischen sich im normalen Betrieb nicht. Wärme wird im Dampferzeuger durch eine Trennwand übertragen.

[[Datei:PWR nuclear power plant animation.webm|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=0wVpD_hi6Ik |500|center}}

{{BR}}
== Siedewasserreaktor ==

Beim [[Siedewasserreaktor]] siedet das Wasser direkt im Reaktordruckbehälter. Der dort erzeugte Dampf strömt zur Turbine. Nach der Turbine wird er im Kondensator wieder zu Wasser und in den Reaktor zurückgepumpt.

[[Datei:BWR nuclear power plant diagram.svg|500px|rahmenlos|center]]

Der wichtigste Vergleich lautet:

{| class="wikitable"
! Merkmal
! Druckwasserreaktor
! Siedewasserreaktor
|-
| Dampfentstehung
| im getrennten Dampferzeuger
| direkt im Reaktordruckbehälter
|-
| Kreisläufe bis zur Turbine
| Primär- und Sekundärkreislauf
| gemeinsamer Dampf-Wasser-Kreislauf
|-
| Wasser im Reaktor
| bleibt unter hohem Druck flüssig
| siedet
|-
| Turbinenbereich
| vom Reaktorkühlmittel getrennt
| wird vom Reaktordampf durchströmt
|}

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=3YZAd3kb8rI |500|center}}

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== Turbine, Generator und Kondensator ==

Der Dampf übt Kräfte auf die Schaufeln der Turbine aus. Seine innere Energie wird dabei teilweise in Rotationsenergie umgewandelt. Der Generator erzeugt daraus elektrische Energie.

[[Datei:Turbine Philippsburg-1.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Hinter der Turbine gelangt der Dampf in den [[Kondensator]]. Dort gibt er Wärme an ein getrenntes Kühlwasser ab und wird wieder flüssig. Die Kondensation bei niedrigem Druck verbessert die nutzbare Druckdifferenz an der Turbine.

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= Leistung, Wirkungsgrad und Abwärme =

Die elektrische Leistung gibt an, wie viel elektrische Energie pro Zeit bereitgestellt wird:

<math>P=\frac{\Delta E}{\Delta t}</math>

Der Wirkungsgrad eines Kraftwerks ist das Verhältnis von nutzbarer elektrischer Leistung zur zugeführten thermischen Leistung:

<math>\eta=\frac{P_\mathrm{el}}{P_\mathrm{th}}</math>

Beispiel: Liefert ein Reaktor <math>P_\mathrm{th}=3900\,\mathrm{MW}</math> thermische Leistung und der Generator <math>P_\mathrm{el}=1300\,\mathrm{MW}</math> elektrische Leistung, gilt:

<math>\eta=\frac{1300}{3900}\approx0{,}33=33\,\%</math>

Etwa zwei Drittel der thermischen Leistung müssen in diesem vereinfachten Beispiel als Abwärme abgeführt werden. Das ist kein spezielles Problem der Kernspaltung, sondern eine Folge der Thermodynamik von Wärmekraftwerken.

[[Datei:Kernkraftwerk Gundremmingen Kuehlturm.jpg|500px|rahmenlos|center]]

Ein Kühlturm kühlt Wasser durch Wärmeübertragung und teilweise Verdunstung. Die sichtbare weiße Fahne ist kein Rauch. Kühltürme können auch bei anderen Wärmekraftwerken und Industrieanlagen eingesetzt werden.

{{BR}}
= Sicherheitsphysik =

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== Nachzerfallswärme ==

Wird die Kettenreaktion gestoppt, endet die große Zahl neuer Spaltungen sehr schnell. Dennoch zerfallen radioaktive Spaltprodukte weiter. Dabei entsteht [[Nachzerfallswärme]]. Deshalb muss ein abgeschalteter Reaktorkern weiterhin gekühlt werden.

Die Aktivität eines einzelnen Radionuklids nimmt idealisiert nach dem Zerfallsgesetz ab:

<math>A(t)=A_0\cdot2^{-\frac{t}{T_{1/2}}}</math>

Dabei ist <math>T_{1/2}</math> die [[Halbwertszeit]]. In einem echten Reaktor kommen viele verschiedene Radionuklide mit unterschiedlichen Halbwertszeiten vor.

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== Barrieren und gestaffelte Sicherheit ==

Mehrere technische Barrieren sollen radioaktive Stoffe einschließen:

# Die keramische Brennstofftablette bindet viele Spaltprodukte.
# Das Hüllrohr umschließt den Brennstoff.
# Der Reaktordruckbehälter und Rohrleitungen bilden eine weitere Barriere.
# Der Sicherheitsbehälter, das [[Containment]], umgibt den nuklearen Teil.

[[Datei:Nuclear power defense in depth.png|500px|rahmenlos|center]]

Sicherheitssysteme werden häufig mehrfach und nach unterschiedlichen Wirkprinzipien ausgelegt. Eine Schnellabschaltung beendet die Kettenreaktion, ersetzt aber nicht die notwendige Nachkühlung.

{{BR}}
== Strahlung und Abschirmung ==

Bei Kernspaltung und radioaktivem Zerfall entsteht [[Ionisierende Strahlung]]. Abschirmungen werden an die Strahlungsart angepasst. Dichte Materialien wie Stahl und Beton schwächen Gammastrahlung. Wasser und andere wasserstoffreiche Stoffe sind wichtig zum Abbremsen von Neutronen. Entscheidend sind außerdem Abstand und Aufenthaltsdauer.

{{BR}}
== Was kann bei einem schweren Störfall geschehen? ==

Fällt die Wärmeabfuhr über längere Zeit aus, können Brennstäbe überhitzen und beschädigt werden. Im Extremfall kann es zu einer [[Kernschmelze]] kommen. Ein Leistungsreaktor ist aufgrund von Brennstoffzusammensetzung, Geometrie und Betriebsweise keine Kernwaffe. Trotzdem können hohe Temperaturen, Dampf, Wasserstoff und Druck schwere Schäden verursachen. Deshalb gehören Kühlung, Druckbegrenzung und Einschluss radioaktiver Stoffe zu den zentralen Schutzzielen.

{{BR}}
= Radioaktive Stoffe und Entsorgung =

Bei der Spaltung entstehen radioaktive Spaltprodukte. Zusätzlich können durch Neutroneneinfang weitere radioaktive Nuklide entstehen. Abgebrannte Brennelemente geben auch nach ihrer Entnahme Wärme und Strahlung ab. Sie werden deshalb zunächst unter Wasser gelagert. Das Wasser kühlt und schirmt einen Teil der Strahlung ab.

Für die langfristige Entsorgung sind besonders Halbwertszeit, Aktivität, Wärmeleistung, Mobilität der Stoffe und die Stabilität von Barrieren wichtig. Die Physik kann Zerfallsprozesse und Wärmeentwicklung beschreiben. Die Auswahl eines Endlagers ist zusätzlich eine geologische, technische und gesellschaftliche Aufgabe.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=7oP2Cx-ssOc |500|center}}

{{BR}}
= Typische Denkfehler =

# '''„Im Kühlturm brennt etwas.“''' Nein. Die sichtbare Fahne besteht überwiegend aus kondensiertem Wasser.
# '''„Nach dem Abschalten entsteht keine Wärme mehr.“''' Falsch. Nachzerfallswärme muss weiter abgeführt werden.
# '''„Kritisch bedeutet außer Kontrolle.“''' In der Reaktorphysik bedeutet <math>k=1</math> einen konstanten Zustand.
# '''„Turbine und Generator sind dasselbe.“''' Nein. Die Turbine erzeugt Rotation, der Generator elektrische Energie.
# '''„Im Druckwasserreaktor treibt Primärwasser direkt die Turbine an.“''' Nein. Die Wärme wird an einen getrennten Sekundärkreislauf übertragen.
# '''„Ein Kühlturm ist nur bei Kernkraftwerken nötig.“''' Nein. Auch andere Wärmekraftwerke müssen Abwärme abführen.

{{BR}}
= Zusammenfassung =

Ein Kernkraftwerk wandelt Kernenergie über mehrere Schritte in elektrische Energie um. Die kontrollierte Kettenreaktion liefert Wärme. Moderator und Steuerstäbe beeinflussen die Neutronenbilanz. Wasser transportiert Wärme und erzeugt Dampf. Die Turbine wandelt Dampfenergie in Rotation, der Generator Rotation in elektrische Energie. Ein erheblicher Teil der Wärme bleibt als Abwärme. Auch nach der Abschaltung muss Nachzerfallswärme abgeführt werden. Die sichere Nutzung hängt deshalb nicht nur von der Regelung der Kettenreaktion, sondern ebenso von Kühlung, Abschirmung und mehreren Barrieren ab.

{{BR}}
= Quellen =

<references />

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Welche Energieform wird bei der Kernspaltung zuerst freigesetzt?'''
(Kernenergie)
(!Chemische Energie)
(!Lageenergie)
(!Schallenergie)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aufgabe hat ein Moderator im Leichtwasserreaktor?'''
(Er bremst schnelle Neutronen ab)
(!Er erzeugt elektrische Spannung)
(!Er kühlt den Kühlturm)
(!Er beschleunigt die Turbine)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bedeutet ein Multiplikationsfaktor von eins?'''
(Die Kettenreaktion bleibt im Mittel konstant)
(!Die Kettenreaktion endet sofort)
(!Die Leistung verdoppelt sich ständig)
(!Alle Neutronen verlassen den Reaktor)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wie beeinflusst ein weiter eingefahrener Steuerstab die Reaktorleistung?'''
(Er senkt die Leistung durch Neutronenabsorption)
(!Er erhöht die Leistung durch Dampfzufuhr)
(!Er erzeugt zusätzliche Spaltstoffe)
(!Er vergrößert den Generatorstrom direkt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wo entsteht beim Druckwasserreaktor der Turbinendampf?'''
(Im Sekundärkreislauf)
(!Im Kühlturm)
(!Im Generator)
(!Im Transformator)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was geschieht beim Siedewasserreaktor im Reaktordruckbehälter?'''
(Das Kühlwasser siedet)
(!Der Generator rotiert)
(!Der Strom wird transformiert)
(!Die Abwärme verschwindet vollständig)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Aufgabe hat der Generator?'''
(Er wandelt mechanische in elektrische Energie um)
(!Er absorbiert Neutronen)
(!Er spaltet Uran)
(!Er kondensiert Wasserdampf)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum wird ein Kondensator verwendet?'''
(Er verflüssigt den Dampf nach der Turbine)
(!Er reichert Uran an)
(!Er erhöht die Neutronenzahl)
(!Er schirmt Gammastrahlung allein ab)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum muss ein abgeschalteter Reaktor weiter gekühlt werden?'''
(Weil radioaktive Zerfälle Nachzerfallswärme erzeugen)
(!Weil die Turbine weiter Kernspaltungen auslöst)
(!Weil der Generator Wärme in Uran speichert)
(!Weil der Kühlturm Brennstoff verbrennt)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was beschreibt der Wirkungsgrad eines Kraftwerks?'''
(Das Verhältnis von elektrischer zu thermischer Leistung)
(!Die Anzahl der Steuerstäbe)
(!Die Halbwertszeit des Brennstoffs)
(!Die Höhe des Kühlturms)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Kernspaltung || Zerlegung eines schweren Atomkerns
|-
| Moderator || Abbremsen schneller Neutronen
|-
| Steuerstab || Absorption von Neutronen
|-
| Dampferzeuger || Wärmeübertragung zwischen getrennten Kreisläufen
|-
| Turbine || Umwandlung von Dampfenergie in Rotation
|-
| Generator || Erzeugung elektrischer Energie durch Induktion
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Aufgabe im Kernkraftwerk
|-
| '''Reaktorkern'''
| Ort der kontrollierten Kernspaltung
|-
| '''Steuerstab'''
| Regelung der Neutronenzahl
|-
| '''Dampferzeuger'''
| Thermische Kopplung zweier Wasserkreisläufe
|-
| '''Turbine'''
| Umwandlung von Dampfenergie in Drehbewegung
|-
| '''Generator'''
| Umwandlung von Drehbewegung in elektrische Energie
|-
| '''Kondensator'''
| Verflüssigung des Abdampfs

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Moderator || Welcher Stoff oder Bauteil bremst schnelle Neutronen ab?
|-
| Kondensator || Welches Bauteil verflüssigt den Dampf hinter der Turbine?
|-
| Turbine || Welches Bauteil wird vom Dampf in Drehung versetzt?
|-
| Generator || Welches Bauteil erzeugt durch Induktion elektrische Energie?
|-
| Steuerstab || Welches Bauteil absorbiert Neutronen zur Leistungsregelung?
|-
| Uranoxid || Welcher keramische Stoff wird häufig als Reaktorbrennstoff genutzt?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Kernkraftwerke+Physik </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Bei der Spaltung eines Uran-235-Kerns werden neue { Neutronen } frei.
Ein { Moderator } bremst schnelle Neutronen ab.
Steuerstäbe verringern die Neutronenzahl durch { Absorption }.
Im Druckwasserreaktor bleibt das Wasser des Primärkreislaufs unter hohem { Druck } flüssig.
Der Dampf für die Turbine entsteht beim Druckwasserreaktor im { Sekundärkreislauf }.
Im Siedewasserreaktor entsteht der Dampf direkt im { Reaktordruckbehälter }.
Die Turbine wandelt Dampfenergie in eine { Drehbewegung } um.
Der Generator nutzt elektromagnetische { Induktion }.
Der Kondensator macht aus Dampf wieder flüssiges { Wasser }.
Auch nach der Abschaltung entsteht noch { Nachzerfallswärme }.
Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis von elektrischer zu { thermischer } Leistung.
Die sichtbare Fahne am Kühlturm besteht vor allem aus kleinen { Wassertröpfchen }.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Energieumwandlung]]: Zeichne eine Energiekette vom Uran-235-Kern bis zur elektrischen Energie im Stromnetz.
# [[Bauteile eines Kernkraftwerks]]: Erstelle Karten mit sechs Bauteilen und ihren Funktionen und erkläre sie einer Partnerperson.
# [[Kühlturm]]: Gestalte ein Plakat, das den Unterschied zwischen Wasserdampf, Nebel und Rauch erklärt.
# [[Kernspaltung]]: Erzähle den Ablauf einer einzelnen Spaltung in höchstens sechs Sätzen und ergänze eine Skizze.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Druckwasserreaktor und Siedewasserreaktor]]: Entwickle eine Vergleichstabelle mit mindestens fünf physikalischen Merkmalen.
# [[Kettenreaktion]]: Baue ein ungefährliches Modell mit Dominosteinen und erläutere, welche Grenzen das Modell hat.
# [[Wirkungsgrad]]: Berechne für drei selbst gewählte Wertepaare aus thermischer und elektrischer Leistung den Wirkungsgrad.
# [[Generator]]: Recherchiere oder demonstriere elektromagnetische Induktion mit einem Schulversuch und verbinde die Beobachtung mit dem Kraftwerksgenerator.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Nachzerfallswärme]]: Erstelle ein Erklärvideo, das zeigt, warum eine Schnellabschaltung die Kühlung nicht überflüssig macht.
# [[Multiplikationsfaktor]]: Entwickle ein einfaches Tabellenmodell für Neutronengenerationen bei <math>k=0{,}8</math>, <math>k=1</math> und <math>k=1{,}2</math>.
# [[Sicherheitsbarrieren]]: Analysiere ein Reaktorschema und ordne jedem möglichen Stoffaustritt die vorhandenen Barrieren zu.
# [[Energieversorgung]]: Führe eine sachliche Klassendebatte, in der jede Aussage zu Kernkraft mit einer physikalischen Begründung, einer Quelle und einer Unsicherheit versehen wird.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Systemanalyse]]: Erkläre, warum ein Kernkraftwerk zugleich eine kernphysikalische Anlage und ein gewöhnliches Wärmekraftwerk ist.
# [[Reaktortypen vergleichen]]: Beurteile, welche Folgen die Trennung von Primär- und Sekundärkreislauf für den Aufbau eines Druckwasserreaktors hat.
# [[Fehleranalyse]]: Eine Person sagt: „Nach dem Einfahren der Steuerstäbe ist keine Kühlung mehr nötig.“ Widerlege die Aussage mit einer Wirkungskette.
# [[Wirkungsgrad und Umwelt]]: Leite aus einem Wirkungsgrad von 33 Prozent ab, welcher Anteil der thermischen Leistung ungefähr als Abwärme abgeführt werden muss, und erläutere mögliche Folgen für die Kühlung.
# [[Modellkritik]]: Untersuche, was ein Domino-Modell der Kettenreaktion gut zeigt und welche wichtigen Eigenschaften realer Neutronen es nicht abbildet.
# [[Sicherheitskonzept]]: Entwirf für den Ausfall einer Kühlpumpe eine begründete Abfolge physikalisch sinnvoller Schutzmaßnahmen.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen erfolgreichen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du

# die Kernspaltung mit Neutronen und Energiefreisetzung fachsprachlich korrekt erklären kannst.
# den Multiplikationsfaktor und die Zustände unterkritisch, kritisch und überkritisch verstehst.
# Moderator und Steuerstäbe nach ihrer physikalischen Wirkung unterscheiden kannst.
# die Energieumwandlung bis zum Generator nachvollziehbar darstellst.
# Druckwasserreaktor und Siedewasserreaktor anhand der Dampfentstehung vergleichst.
# Wirkungsgrad und Leistung berechnen und deuten kannst.
# die Bedeutung von Kondensator, Kühlung und Abwärme erklärst.
# Nachzerfallswärme und Sicherheitsbarrieren in einer Ursache-Wirkungs-Kette einordnest.
# Modelle kritisch beurteilst und Aussagen mit verlässlichen Quellen belegst.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Kernkraftwerk </iframe>

{{BR}}
== Weitere freie Lernangebote ==

# [https://www.leifiphysik.de/kern-teilchenphysik/kernspaltung-und-kernfusion LEIFIphysik: Kernspaltung und Kernfusion]
# [https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/atomkraftwerk/ Welt der Physik: Wie funktioniert ein Atomkraftwerk?]
# [https://www.planet-schule.de/schwerpunkt/frage-trifft-antwort/wie-funktioniert-ein-kernkraftwerk-film-100.html Planet Schule: Wie funktioniert ein Kernkraftwerk?]
# [https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Nuclear_power_plants Wikimedia Commons: Kernkraftwerke]

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Kernkraftwerke - Physik]]'''
# [[Kernspaltung]]
# [[Kettenreaktion]]
# [[Radioaktivität]]
# [[Halbwertszeit]]
# [[Energieumwandlung]]
# [[Wirkungsgrad]]
# [[Thermodynamik]]
# [[Elektromagnetische Induktion]]
# [[Druckwasserreaktor]]
# [[Siedewasserreaktor]]
# [[Strahlenschutz]]
|}

[[Kategorie:Physik]]
[[Kategorie:Kernphysik]]
[[Kategorie:Energie]]
[[Kategorie:Kraftwerk]]
[[Kategorie:Radioaktivität]]
[[Kategorie:Klasse 9-10]]
[[Kategorie:Sekundarstufe I]]
[[Kategorie:Sekundarstufe II]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Kernkraftwerke - Physik - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt