Mithilfe von Videos, Animationen und veranschaulichenden Abbildungen wird den Schülerinnen und Schüler der Vorgang der Kernspaltung nähergebracht, bevor man dann auf die physikalischen Einzelheiten anhand der Spaltung von angereichertem Uran-235 durch den Einfang langsamer Neutronen eingeht. Zunächst wird der Ablauf der Spaltung über das Zwischenprodukt Uran-236 mit den entstehenden Bruchstücken und den darauffolgenden radioaktiven Umwandlungen bis hin zu stabilen Endprodukten im Vordergrund stehen. Anschließend sind die Vorgänge zu besprechen, die eine kontrollierte Kettenreaktion ermöglichen und im Reaktor-Druckbehälter ablaufen.
Wie funktioniert eine Kernspaltung?
Unterrichtseinheit
Die Unterrichtseinheit zum Thema Kernspaltung gibt den Schülerinnen und Schülern ausgehend von ihrer Entdeckung bis zur großtechnischen Nutzung bei der Energieerzeugung einen Einblick in die komplizierten Abläufe kontrollierter Spaltungsvorgänge. Dabei kann die sensationelle Entdeckung durch Otto Hahn und sein Forschungsteam im Jahr 1938 nicht genug hervorgehoben werden. Ohne diese unter sehr einfachen Versuchsbedingungen gefundenen Zusammenhänge wären technische Anwendungen wie etwa Kernkraftwerke zur Energiegewinnung nicht denkbar. Nicht vergessen darf man allerdings die negativen Entwicklungen der Kernspaltung in Form von Massenvernichtungswaffen wie Atombomben.
- Physik / Astronomie
- Sekundarstufe II
- 3 Unterrichtsstunden
- Arbeitsblatt, Übung, Ablaufplan, Hausaufgabe
- 3 Arbeitsmaterialien
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Unterrichtsablauf
Inhalt
-
Einstieg
Einführung in das Thema einschließlich des historischen Hintergrundes, um ein erstes Verständnis zu wecken, was man unter Kernspaltung versteht und warum es dazu kommen kann.
10 Minuten -
Vertiefung
Mithilfe von Arbeitsblatt 1 wird der Vorgang der Spaltung von U-235 sowie der daraus resultierenden Folgeprodukte Schritt für Schritt erarbeitet. Anhand von Aufgabenstellungen sollen die Lernenden die Zusammenhänge für einen kontrollierten Spaltungsablauf selbst recherchieren und zusammentragen.
35 Minuten -
Auswertung
Die von den Schülerinnen und Schüler recherchierten Ergebnisse aus der letzten Unterrichtsstunde werden besprochen und vervollständigt. (Arbeitsblatt 1)
10 Minuten -
Vertiefung
Im Weiteren werden die Kenntnisse zu den Spaltungsabläufen ergänzt durch die Betriebsabläufe im Reaktor-Druckbehälter (Arbeitsblatt 2). Die ergänzenden Aufgabenstellungen in Arbeitsblatt 2 sollen die Lernenden als Hausaufgabe recherchieren und beantworten.
35 Minuten -
Ergebnis-Besprechung
Die Aufgabenstellungen und Ergebnisse werden besprochen, gemeinsam diskutiert, gegebenenfalls verbessert und ergänzt.
45 Minuten
Didaktisch-methodischer Kommentar
Kernspaltung als Thema im Physik-Unterricht
Die Thematik "Kernspaltung und Energieerzeugung" wird bei vielen Schülerinnen und Schülern möglicherweise negativ behaftet sein aufgrund der vielfältigen öffentlichen Diskussionen und Berichterstattungen in den Medien hinsichtlich des nicht zu unterschätzenden Gefahrenpotenziales. Deshalb ist es besonders wichtig, den Lernenden genau aufzuzeigen, welche Vor- und Nachteile die Nutzung der Kernspaltung mit sich bringt. Im Unterricht sollten Lehrkräfte deshalb gut präpariert sein, um im Rahmen einer sicher aufkommenden kontroversen Diskussion auf kritische Fragen sachkompetent eingehen und antworten zu können.
Vorkenntnisse
Grobe Vorkenntnisse der Schülerinnen und Schüler sind vermutlich vorhanden - diese werden sich aber vor allem auf das Gefahrenpotenzial beim Betrieb von Kernreaktoren beschränken. Konkrete Kenntnisse zu den physikalischen Gegebenheiten sind jedoch nicht zu erwarten, weil dazu die konkreten physikalischen Abläufe kaum bekannt sein dürften.
Didaktisch-methodische Analyse
Bei der Behandlung des Themas sollte man darauf achten, dass die Gefährlichkeit der Energiegewinnung durch Kernspaltung weder verharmlost noch überbewertet wird. In Hinblick auf den Klimaschutz wird die Energieerzeugung durch Kernspaltung von der EU-Kommission als klimafreundlich bewertet. CO2-neutral ist Atomstrom jedoch keineswegs. "Die Treibhausgasemissionen sind größtenteils der Stromproduktion vor- und nachgelagert. Betrachtet man den gesamten Lebensweg – von Uranabbau, Brennelementherstellung, Kraftwerksbau und -rückbau bis zur Endlagerung – so ist in den einzelnen Stufen des Zyklus zum Teil ein hoher Energieaufwand nötig, wobei Treibhausgase emittiert werden." (Umweltbundesamt). Bis heute ungelöst und nur schwer einschätzbar sind die Emissionen für die Endlagerung.
Das Thema Kernspaltung wird die Lernenden interessieren, wenngleich mit unterschiedlichen Ausgangspositionen. Die intensive Auseinandersetzung mit der Thematik setzt aber viel konkretes Wissen voraus, um das Für und Wider richtig einschätzen zu können. Deshalb ist die exakte Darstellung der Vorgänge im Unterricht sehr wichtig.
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Unterrichtsmaterial "Kernspaltung" zum Download (PDF)
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In diesem Arbeitsblatt wird neben einem kurzen historischen Abriss der Ablauf eines Spaltungsvorganges von U-235 Schritt für Schritt dargestellt und mit Aufgabenstellungen erläutert.
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Dieses Arbeitsblatt beschäftigt sich mit den Abläufen im schematisch dargestellten Reaktor-Druckbehälter, ergänzt durch entsprechende Aufgabenstellungen.
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In diesem Arbeitsblatt wird neben einem kurzen historischen Abriss der Ablauf eines Spaltungsvorganges von U-235 Schritt für Schritt dargestellt und mit Aufgabenstellungen erläutert.
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Dieses Arbeitsblatt beschäftigt sich mit den Abläufen im schematisch dargestellten Reaktor-Druckbehälter, ergänzt durch entsprechende Aufgabenstellungen.
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Dieses Arbeitsblatt enthält die Lösungen zu den Übungsaufgaben.
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Hier können Sie alle Arbeitsmaterialien sowie die Lösungen der Unterrichtseinheit "Kernspaltung" im Word-Format als ZIP-Ordner herunterladen.
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Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- können die Vorgänge beim Ablauf einer Kernspaltung beschreiben und erklären.
- wissen, wie ein mit angereichertem Uran bestückter Kernreaktor funktioniert.
- Können das Für und Wider der Energiegewinnung durch Kernspaltung einschätzen und bewerten.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- recherchieren selbständig Fakten, Hintergründe und Kommentare im Internet.
- können die Inhalte von Videos, Clips und Animationen auf ihre sachliche Richtigkeit hin überprüfen und einordnen.
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- lernen durch Partner- und Gruppenarbeit das Zusammenarbeiten als Team.
- setzen sich mit den Ergebnissen der Mitschülerinnen und Mitschüler auseinandersetzen und lernen so, deren Ergebnisse mit den eigenen Ergebnissen konstruktiv zu vergleichen.
- erwerben genügend fachliches Wissen, um mit anderen Lernenden, Eltern, Freunden wertfrei diskutieren zu können.
Externe Links
- youtube.com
In diesem ersten von drei Videos der Reihe "Kernspaltung und Kernfusion" werden die historischen und physikalischen Zusammenhänge bei Kernspaltung und Kernfusion ebenso aufgezeigt wie Kritik und Widerstand.
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