Kerntechnik

Schematische Darstellung einer Uran-Kernspaltung – Grundlage vieler kerntechnischer Anwendungen

Die Kerntechnik oder Nukleartechnik, auch Kerntechnologie, Kernenergetik oder umgangssprachlich (seltener) Atomtechnik genannt, ist eine technische Disziplin, die sich mit der Nutzung von Kernreaktionen und Radioaktivität für verschiedene Zwecke (siehe Teilgebiete) befasst. Auf der naturwissenschaftlichen Basis von Kernphysik und -chemie und ionisierender Strahlung entwickelt die Kerntechnik technische Verfahren, Geräte und Anlagen. Dies umfasst heutzutage auch Sicherheitstechnik sowie Entsorgung und Rückbau. Zur Kerntechnik zählen im erweiterten Sinne auch Technologien für die Entwicklung der Fusionsenergie.

Die Kerntechnik und ihre Anwendungen ist eine regulierte Technik. Sie unterliegt in Deutschland dem Atomgesetz und wird von Aufsichtsbehörden überwacht und kontrolliert. Dies gilt auch für andere Länder, z. B. die Nuclear Regulatory Commission in den USA. Wie auch in anderen Technologiebranchen, wie z. B. der Luftfahrt, verwendet auch die Kerntechnik verschiedenen technische Normen. Dies sind eine Reihe von Standards für Materialien, für die Herstellung, für die Methoden (z. B. Simulation) und Prozesse zur Entwicklung, für die Sicherheit usw.

Teilgebiete

Kernenergietechnik

→ Hauptartikel: Kernenergie

Das Kernkraftwerk Bruce in Kanada, eines der leistungsstärksten der Welt

Das Feld innerhalb der Kernenergietechnik (und wohl auch der gesamten Kerntechnik) mit der derzeit größten Bedeutung für den Menschen ist die Nutzung der freigesetzten Energie von Kernspaltungsprozessen für die zivile Energieversorgung in Kernkraftwerken. Die Reaktortechnik beschreibt das ‚Herz‘ dieser Kraftwerke, nebst den thermodynamischen Prozessen (Fachgebiet Thermohydraulik), der Dampfturbine und dem Turbogenerator. Die Kernspaltungstechnologie ist seit Jahrzehnten großtechnisch erprobt und derzeit (Stand 2023) in mehr als 400 Kraftwerksreaktoren weltweit im Einsatz. Dabei basieren 2/3 der Anlagen auf dem Druckwasserreaktor. Besondere Bedeutung kommt bei der Kernspaltungstechnik der Überwachung der Anlagensicherheit durch Anlagenerrichter, -betreiber, Behörden und Sachverständige zu.

Fusionstechnik

→ Hauptartikel: Fusionsenergie

Weitgehend unabhängig von der Kernenergietechnik auf Basis der Kernspaltung (Fission) ist die zivile Energiegewinnung durch Kernverschmelzung (Fusion), die sich noch im Erforschungsstadium befindet. Diese Technik beruht auf einem grundlegend unterschiedlichen Kernreaktionen und erfordert daher völlig andere Anlagen und Verfahren. Experten sehen zwar ein großes Entwicklungspotential für diese Technik, erwarten aber eine Bereitschaft für die großtechnische Nutzung frühestens um 2050.

Antriebstechnik

Siehe auch: Naval Reactors

Ein Nebenbereich der Kerntechnik ist die Nutzung der Kernenergie für Antriebe, wobei je nach Art der Anwendung sehr unterschiedliche Technologien zum Einsatz kommen. Hauptanwendungen finden sich bei Reaktoren (Kraftwerke) für Schiffe (Atom-U-Boote, Eisbrecher und Flugzeugträger). Auch werden dezentrale, schwimmende Kernkraftwerk geplant.

Kernwaffentechnik

→ Hauptartikel: Kernwaffe

Eine andere Form der Nutzung der Kernenergie, jedoch in ihrer zerstörerischen Form, ist die Kernwaffentechnik. Diese befasst sich mit der Entwicklung von Sprengsätzen auf der Basis von Kernspaltung („klassische Atombombe“) und -fusion (Wasserstoffbombe). Solche Waffen dienen überwiegend militärischen Zwecken, nur ganz vereinzelt erfolgte eine zivile Nutzung. Das Wissen aus der thermonuklearen Forschung (ab 1950er Jahren, speziell auch Plasmaphysik) gilt als Vorlage für die Erforschung der kontrollierten Kernfusion.

Brennstoff- und Abfallbehandlung

→ Hauptartikel: Kernbrennstoff und Radioaktiver Abfall

Die Kernbrennstofftechnik befasst sich mit der Gewinnung und Aufbereitung der notwendigen Kernbrennstoffe für Kernkraftwerke und -waffen sowie die Wiederaufarbeitung von Brennstoff nach dem Gebrauch.

Ein weiteres Fachgebiet innerhalb der Kerntechnik ist die Behandlung und die Lagerung von radioaktiven Abfällen, die beim Betrieb von kerntechnischen Anlagen aller Art – nicht nur Kernkraftwerken – anfallen, sowie der Rückbau kerntechnischer Anlagen nach der Stilllegung.

Radionuklidtechnik

PET-Scanner aus der Nuklearmedizin

→ Hauptartikel: Radionuklid, Radioaktivität und Radiochemie

Ein vielfältiges Nebenfeld der Nukleartechnik ist die Nutzung der ionisierenden Strahlung von Radionukliden. Es ergeben sich hier die unterschiedlichsten Anwendungsmöglichkeiten in Medizin, Industrie und Forschung.

Das wohl wichtigste Anwendungsgebiet bildet hierbei die Medizintechnik, wo Radionuklide und deren Strahlung in der Radiologie und der Nuklearmedizin sowohl in der Diagnostik als auch in der Behandlung von Krankheiten zum Einsatz kommen.

In der Medizintechnik, aber auch in der Werkstoffprüfung und in anderen Industrie- und Forschungszweigen kommen vielfältige kernphysikalische Mess-, Diagnose- und Analyse- und Prüftechniken zum Einsatz.

Weitere Anwendungen für Radionuklide und deren Strahlung sind beispielsweise die Lebensmittelkonservierung durch Bestrahlung, Ionisationsrauchmelder, Tritiumgaslichtquellen und Leuchtfarben, Radionuklidbatterien und -heizelemente, Betavoltaik und viele andere mehr.

Strahlenschutztechnik

→ Hauptartikel: Strahlenschutz

Im weiteren Sinne zur Nukleartechnik wird auch der Strahlenschutz gezählt, der in allen oben genannten Bereichen berücksichtigt wird. Dieser befasst sich nicht direkt mit der Nutzung der Radioaktivität, sondern im Gegenteil mit der Minderung der negativen Auswirkungen radioaktiver und sonstige ionisierende Strahlung künstlichen oder natürlichen Ursprungs. Die Strahlenschutztechnik entwickelt auf der Basis der Erkenntnisse von Strahlenbiologie und der Radioökologie Techniken zur Minderung oder Vermeidung schädlicher Einwirkung auf den menschlichen Organismus und die Umwelt.

Berufsausbildung und -tätigkeit

Der Bedarf an Fachkräften für den Bereich der Kerntechnik wird von Fachleuten auch langfristig als hoch eingeschätzt. Dies gilt auch für Länder, die einen Atomausstieg beschlossen haben (Deutschland, Schweiz, …), denn für kerntechnische Anlagen, die mittelfristig stillgelegt werden sollen, besteht dennoch weiterhin ein hoher Personalbedarf für den verbleibenden Betrieb, die Überwachung, die geordnete Stilllegung und den Rückbau der Anlagen sowie die Behandlung der Abfälle. Der hohen Nachfrage nach Fachkräften stehen ein überalterter Personalbestand und eine sinkende Zahl an Bewerbern gegenüber, sodass die Berufsaussichten für den Nachwuchs entsprechend gut bewertet werden.

Wegen des anspruchsvollen theoretischen Hintergrundes und der Komplexität des Fachgebietes sowie der hohen Verantwortung für den sicheren Umgang mit den Risiken der Technik wird für eine berufliche Tätigkeit im Bereich der Kerntechnik in der Regel eine höhere Ausbildung in Form eines Hochschulstudiums oder einer Weiterbildung zur Fachkraft vorausgesetzt.

Das Studium der Kerntechnik gehört meist zu den Ingenieurwissenschaften, entweder als eigenständiger Studiengang oder als Studienrichtung innerhalb eines anderen Faches, meist des Maschinenbaus oder der Verfahrenstechnik. Alternativ kann der Einstieg über eine entsprechende Spezialisierung in naturwissenschaftlichen Studiengängen (Kernphysik in der Physik, Kernchemie in der Chemie, …) erfolgen.

Auch im Bereich der Ausbildungsberufe gibt es Weiterbildungsangebote im Bereich der Kerntechnik, so etwa eine Spezialisierungsrichtung Kerntechnik für Kraftwerker und Kraftwerksmeister oder die der Fachkraft für Dekontamination / Radioaktive Stoffe (Dekontfachkraft).

Informationen zu Studien- und Ausbildungsmöglichkeiten im Bereich Kerntechnik bieten die Online-Datenbanken BERUFENET und KURSNET der Bundesagentur für Arbeit.

Studienangebote in Deutschland (Beispiele)

Siehe auch: Reaktortechnik

Hinweis: Die Liste ist insofern unvollständig, als keine der Kerntechnik naheliegenden Themen der Forschung oder Entwicklung berücksichtigt werden. Dazu zählen Beschleunigertechnologie, Medizinphysik, nukleare Entsorgungstechnologien, Abrüstung und Kontrolle, usw. Eine Vielzahl an Lehrmöglichkeiten bieten weiterhin die Länder USA, Frankreich und Großbritannien. Es wird empfohlen, aktuelle Suchmaschinen für Studiengänge zu nutzen. Die List ist Stand 2023. Vergleiche auch die Institute weiter unten.

• Studiengang Nukleartechnologien an der TUM
• Studiengang Nuclear Safety Engineering (Master) an der RWTH
• Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und -technik (LRST), RWTH Aachen
• FH Aachen/Jülich:
  • Vertiefungsrichtung Energietechnik (bis ca. 2011: Kerntechnik) im Studiengang Maschinenbau (B.Eng);
  • European Master of Science in Nuclear Applications (M.Sc) an der FH Aachen/Jülich

Rückgang Studienfächer

In Deutschland hat im Zuge des Atomausstiegs Deutschlands das Interesse an einer Tätigkeit in der Kerntechnik stark abgenommen. Infolge der zurückgehenden Nachfrage wurde auch das Ausbildungsangebot an deutschen Hochschulen deutlich reduziert, obwohl es an deutschen Hochschulen noch zahlreiche Lehrstühle gibt, die auf dem Gebiet der klassischen Kerntechnik tätig sind. Nur noch wenige Hochschulen bieten im Bereich Kerntechnik Studiengänge, Vertiefungsrichtungen oder Schwerpunkte an.

Des Weiteren wird in der deutschen Hochschulpolitik die „Angewandte Kernphysik“ als Kleines Fach eingestuft. Eine Übersicht über die Fachstandorte und die Entwicklung der Zahl der Professuren gibt eine Karte der Arbeitsstelle Kleine Fächer.

Verbände (Auswahl)

Hinweis: Weltweit existieren verschiedene Verbände, Lobbyorganisationen oder Organisationen, die sich mit Kerntechnik beschäftigen. Die Liste ist unvollständig und gibt nur einen groben Überblick, über bekannte und große Organisationen. Historische Organisationen, auch staatliche wie z. B. die verschiedenen Atomkommissionen (AEC) oder NEA der OECD werden hier nicht aufgezählt. Außerdem werden keine Aufsichtsorgane aufgezählt, siehe dort.

• Deutschland Deutschland:
  • Kerntechnischer Ausschuss (KTA)
  • Kerntechnische Gesellschaft (KTG)
  • Deutsches Atomforum, jetzt KernD
  • Ehemals die VDI Gesellschaft für Energietechnik, Fachausschuss Kerntechnik (heute FG Energie und Umwelt)
• Osterreich Österreich: Österreichische Kerntechnische Gesellschaft (ÖKTG)
• Schweiz Schweiz:
  • Schweizerische Gesellschaft der Kernfachleute (SGK) == Swiss Nuclear Society (SNS)
• Frankreich Frankreich:
  • International Institute of Nuclear Energy (i2en)
• Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich und International:
  • World Nuclear Association (WNA)
  • World Association of Nuclear Operators (WANO)
• Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten:
  • American Nuclear Society (ANS)

Institute (Auswahl)

Hinweis: Die Liste ist nur eine Auswahl mit Beispielen und erhebt keine Anspruch auf Vollständigkeit. Des Weiteren findet ggfs. eine Verschmischung von Kernphysik-naher und Kerntechnik-naher Forschung statt. Wie die einzelnen Institute sich abgrenzen und ob diese auch Studienangebote anbieten muss im Einzelfall geprüft werden. (Stand 2023)

• Nukleare Entsorgung (IEK-6) des FZ Jülich
• JRC Karlsruhe (ehem. Europäisches Institut für Transurane (ITU)) am KIT Karlsruhe
• Institut für Nukleare Entsorgung (INE) am KIT Karlsruhe
• Institut für Angewandte Thermofluidik (IATF) des KIT Karlsruhe, dort die Einrichtungen:
  • Professur für Innovative Reaktorsysteme
  • Professur für Fusions- und Reaktortechnik
• Institut für Neutronenphysik und Reaktortechnik (INR) des KIT Karlsruhe, siehe dort die verschiedenen Einrichtungen
• Professur für Wasserstoff- und Kernenergietechnik (Institut für Energiewesen) an der TU Dresden
• Spezialisierungsfach Kernenergietechnik am Institut für Kernenergetik und Energiesysteme (IKE) der Universität Stuttgart

• Institut für Kernphysik an der TU Darmstadt
• Institut für Kernphysik der Universität Mainz

Kritik

→ Hauptartikel: Kernenergie#Kritik, Atomausstieg und Anti-Atomkraft-Bewegung

Kritiker lehnen die Kerntechnik – insbesondere die Kernenergie- und -waffentechnik – wegen der großen potentiellen Schäden für die Menschheit, Natur und Umwelt ab. Nach Einschätzung der Gegner sind die mit der Kernenergietechnik verbundenen Gefahren zu gravierend und die Risiken nicht ausreichend beherrschbar. Als Beleg führen sie die verschiedenen teils schweren Unfälle an, die sich in der Vergangenheit bereits in kerntechnischen Anlagen ereignet haben. Sie verlangen daher, auf die Nutzung der Kernkraft zu verzichten.

Literatur

Siehe auch: Kernenergie, Kernreaktor und Reaktortechnik

Einsteiger, Interessierte und Schüler

• Martin Volkmer: Radioaktivität und Strahlenschutz. INFORUM Verlags- und Verwaltungsgesellschaft, 2012 (kernd.de). 
• Martin Volkmer: Kernenergie Basiswissen. INFORUM Verlags- und Verwaltungsgesellschaft, 2013 (kernd.de). 
• Hartmut Frey: Kernenergie: Kraftwerkstypen, Entwicklungen und Risiken. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2021, ISBN 978-3-658-31511-5, doi:10.1007/978-3-658-31512-2. 

Moderne Fachbücher

• Hartmut Frey: Kernenergie: Kraftwerkstypen, Entwicklungen und Risiken. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2021, ISBN 978-3-658-31511-5, doi:10.1007/978-3-658-31512-2. 
• Albert Ziegler, Hans-Josef Allelein (Hrsg.): Reaktortechnik. Springer Berlin Heidelberg, Berlin, Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-33845-8, doi:10.1007/978-3-642-33846-5. 

Referenzwerke

• Dan Gabriel Cacuci (Hrsg.): Handbook of Nuclear Engineering. Springer US, Boston, MA 2010, ISBN 978-0-387-98130-7, doi:10.1007/978-0-387-98149-9 (englisch, Modernes Referenzwerk mit 3700 Seiten). 
• Kenneth D. Kok (Hrsg.): Nuclear Engineering Handbook. 2. Auflage. CRC Press, 2016, ISBN 978-1-315-37382-9, doi:10.1201/9781315373829 (englisch). 

Sachbücher

• Schweizerische Gesellschaft der Kernfachleute: Geschichte der Kerntechnik in der Schweiz: Die ersten 30 Jahre 1939-1969 (= Alte Forscher - aktuell. Band 3). Olynthus, 1992, ISBN 3-907175-16-6. 

Historisch

• Hans Michaelis: Handbuch der Kernenergie. 2. Auflage. Band 1. dtv wissenschaft, München 1982, ISBN 3-423-04367-9. 
• Hans Michaelis: Handbuch der Kernenergie. 2. Auflage. Band 2. dtv wissenschaft, München 1982, ISBN 3-423-04367-9. 
• Harold Etherington (Hrsg.): Nuclear Engineering Handbook. McGraw-Hill Book Company, 1958. 
• R.L. Murray: Einführung in die Kerntechnik (= Hochschulbücher für Physik. Band 11). Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1959 (Neuauflage ISBN 978-0-12-812881-7). 

Weblinks

Commons: Kerntechnik – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien