Kernenergieantrieb

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Unter Kernenergieantrieb versteht man den Antrieb von Fahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen oder Raumfahrzeugen mittels Kernenergie. Da Kernreaktoren wegen ihrer starken Neutronenstrahlung eine umfangreiche Abschirmung erfordern, sind Kernenergieantriebe nicht so kompakt herzustellen, dass sie in Pkw oder Lkw Verwendung finden können. Sie bleiben daher größeren Fahrzeugen vorbehalten.

Wegen ihrer potenziellen massiven radioaktiven Umweltbelastung bei Havarien und anderen Störfällen gelten Kernenergieantriebe, nicht nur wegen des anfallenden stark radioaktiven Abfalls, als umstritten. In den letzten Jahren wurden deshalb diesbezügliche Forschungen größtenteils eingestellt oder stark eingeschränkt. Dieser Artikel beschreibt deshalb den – zum Teil inzwischen stark veralteten – Stand der Forschung, bzw. andere theoretische Überlegungen.

Radioisotopengeneratoren, die die Zerfallswärme von bestimmten Atomkernen (Halbwertszeit) nutzen, und über Thermoelemente daraus meist elektrischen Strom erzeugen, haben eine gewisse Verbreitung vor allem in der Raumfahrt gefunden.

Kernenergieantrieb von Schiffen und U-Booten[Bearbeiten]

Die atomgetriebenen Schiffe USS Bainbridge (DLGN-25), USS Long Beach (CGN-9) und USS Enterprise (CVN-65) am 18. Juni 1964 im Mittelmeer

Für den Kernenergieantrieb von Schiffen und U-Booten werden meist Druckwasserreaktoren mit Leistungen von etwa 100 Megawatt verwendet. Sie erzeugen Dampf, der zu Dampfturbinen geleitet wird, die entweder die Propeller oder Generatoren sowie Hilfseinrichtungen antreiben. Aufgrund der hohen Drehzahl von Dampfturbinen kann der Propeller jedoch nicht direkt angetrieben werden, meist ist ein Getriebe erforderlich.

Der Kernenergieantrieb wird hauptsächlich für militärische Schiffe und U-Boote verwendet, es gibt aber auch zivile Schiffe mit Kernenergieantrieb. Dieses sind bzw. waren die sowjetischen Eisbrecher Lenin, Arktika und Sibir, der deutsche Erzfrachter Otto Hahn, die amerikanische Savannah, die japanische Mutsu und der sowjetische Frachter Sewmorput. Die russischen Eisbrecher Rossija, Tajmyr, Sowjetski Sojus, Waigatsch, Jamal und 50 Let Pobedy sind (2011) noch in Betrieb.

Kernenergieantrieb von Lokomotiven[Bearbeiten]

In den Vereinigten Staaten wurden Studien für nuklearbetriebene Lokomotiven durchgeführt, unter anderem die X-12. Sie sollten Kernreaktoren mit kompletten Kühlkreisläufen an Bord haben, die Strom für die Fahrmotoren erzeugen. Wegen zu komplizierter Ausführung wurden diese Pläne verworfen. Auch in Deutschland wurde von Krauss-Maffei Mitte der 1950er der Bau einer etwa 35 m langen Atomlok in Erwägung gezogen, das Design war eng mit der bekannten Diesellok V 200 verwandt.

Prinzipiell werden Lokomotiven an den Achsen größtenteils elektrisch angetrieben. Der Atomreaktor hätte einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben, der wiederum die Fahrmotoren an den Achsen angetrieben hätte. Die Energieerzeugung an Bord – ähnlich wie bei einer dieselelektrischen Lokomotive – verursacht jedoch hohes Gewicht. Zudem kann eine solche Motor-Generator-Kombination nicht so gleichmäßig beansprucht werden wie eine externe Energieerzeugung. Die Abkehr vom Prinzip der Erzeugung elektrischer Energie an Bord hatte jedoch vor allem Kostengründe.

Kernenergieantrieb von Automobilen[Bearbeiten]

In den 1950er Jahren entstand das Konzept des Ford Nucleon, eines PKW mit nuklearem Antrieb. Ford baute von dem Fahrzeug nur ein Modell im Maßstab 3:8 ohne Reaktor. Dieses Projekt ist, wie viele andere nuklear betriebene Entwürfe dieser Zeit vor dem Hintergrund der damals neuen Atomtechnologie und ihrem noch unbekannten jedoch hoch eingeschätzten Entwicklungspotential einzuordnen.

2011 startete die Marsmission Mars Science Laboratory mit dem unbemannten Marsrover Curiosity. Als Energiequelle ist eine Radionuklidbatterie an Bord des Fahrzeugs.

Kernenergieantrieb von Fluggeräten[Bearbeiten]

Flugzeuge[Bearbeiten]

Convair NB-36H – Versuchsflugzeug für Tests mit Nuklearreaktor

Bei einem kernenergiegetriebenen Flugzeug sollte mit Hilfe eines kleinen leichten Reaktors ein Verdichter angetrieben werden, dessen komprimierte Luft dann aus einer Düse ausgestoßen werden sollte, wobei wie bei einem normalen Düsenflugzeug ein Vortrieb entstehen würde. In den USA erfolgten diverse Studien und Versuche in den 1950er Jahren. Ein Kernreaktor wurde hergestellt und in einer umgebauten Convair B-36 getestet. Das Flugzeug selbst wurde jedoch noch konventionell angetrieben. Die Versuche wurden aus Sicherheitsgründen eingestellt.

In der damaligen Sowjetunion wurden 1961 einige Flüge einer Tu-95LaL mit einem Reaktor an Bord durchgeführt. Mit der An-22PLO folgte 1972 ein weiteres Projekt. Mit beiden Flugzeugen erfolgten nur Probeflüge zur Überprüfung der Strahlenschutzeinrichtungen und dem Verhalten der Reaktoren an Bord. Einen Energieübertrag für den Antrieb gab es nicht. Beide Projekte wurden eingestellt.

Ähnliche Ideen gab es vor allem in den 1960er Jahren auch für Luftschiffe, ein Atomluftschiff wurde jedoch nie gebaut.

Andere Flugkörper[Bearbeiten]

In dem US-Projekt Pluto wurde zwischen 1956 und 1964 mit hohem Aufwand ein nukleargetriebener Marschflugkörper praktisch unbegrenzter Reichweite entwickelt. Ein reaktorbeheizter Ramjet sollte den Flugkörper mit Mach 3 im Tiefflug in Feindesland tragen, wo er bis zu 24 Ziele mit H-Bomben angreifen würde. Das Projekt wurde nach erfolgreichen Triebwerktests und der Lösung etlicher technischer Probleme nach der Kubakrise 1964 beendet – mit der Begründung, dass das Projekt zu provokativ („too provocative“) sei.

Kernenergieantrieb von Raumfahrzeugen[Bearbeiten]

Antrieb mit Reaktor[Bearbeiten]

NERVA Kernspaltungs-Raketentriebwerk (NASA)

Bei einem mit Kernreaktoren angetriebenen Raumfahrzeug würde Wasserstoff mit Hilfe eines Kernreaktors auf 3000 Grad Celsius erhitzt und dann ausgestoßen. Dabei wird wie bei einem normalen Raketentriebwerk ein Rückstoß erzeugt. Da hierbei Wasserstoff und kein Verbrennungsprodukt ausgestoßen wird, ist der spezifische Impuls sehr hoch. Ein einstufiges kernenergiebetriebenes Raumfahrzeug könnte in eine Erdumlaufbahn vorstoßen. In den USA wurden solche Geräte im Rahmen der Projekte NERVA und Timberwind untersucht.

Der US-amerikanische Satellit Snapshot nutzte 1965 erstmals einen Kernreaktor, um damit ein Ionentriebwerk zu betreiben.

Antrieb mit Atombomben[Bearbeiten]

Hauptartikel: Nuklearer Pulsantrieb

Wenn im Vakuum in ausreichendem Sicherheitsabstand zu einem parabolischen Reflektor eine kleine Atombombe gezündet wird, kann man mit Hilfe des entstehenden Strahlungsdrucks ein Raumfahrzeug vorantreiben. Da im Weltraum keine Druckwellen entstehen, braucht der Reflektor nicht allzu massiv zu sein. Mit einem derartigen Raumfahrzeug könnte man prinzipiell das Sonnensystem durchqueren. In den USA gab es Ende der 1950er Jahre entsprechende Studien im Rahmen des Orion-Projekts.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Kernenergieantrieb – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien