Kerntechnik

4 Brennstoffversorgung (S. 83-84)

Erst haben die Menschen das Atom gespalten,
jetzt spaltet das Atom die Menschen.

Uran ist das 92. Element unseres Periodensystems (seine Kernladungszahl beträgt 92) und ist das letzte stabile, natürlich existierende Element. Es besitzt mehrere Isotope, die in unterschiedlicher Häufigkeit im Natururan vorkommen. Das häufigste Isotop ist das 238U mit seinen 146 Neutronen im Kern, das zu 99,2739% im Natururan enthalten ist.

Aufgrund einer kleinen Zerfallsreihe des 238U (über Th und Pa) wird 234U erzeugt, das sich demnach auch in kleinen Spuren 0,0056%) im natürlichen Uran findet. Neben diesen beiden ist noch das 235U mit einem Anteil von etwa 0,7205% im natürlichen Uran vorhanden. Für den Einsatz in den meisten Kernreaktoren ist vor allem das Isotop 235U relevant, weil es mit thermischen Neutronen spaltbar ist (vgl. Abschnitt 5.1.4).

Uran wurde im Jahre 1789 vom deutschen Chemiker M H K entdeckt. Es ist nach dem Planeten Uranus benannt, der nur 8 Jahre vorher von F W H entdeckt worden war. Auf die gleiche Weise wurden auch die dem Uran im Periodensystem (Bild 2.3) folgenden Elemente Neptunium und Plutonium benannt.

Uran als reiner Stoff ist ein von der Farbe her silbrig-weißes Metall mit hoher Dichte, das sich leicht mit Sauerstoff verbindet und deshalb auch als feines, metallisches Pulver brennbar ist. Natürliche Uranvorkommen liegen daher oxidiert vor. In metallischer Form ist Uran sehr reaktionsfreudig, wenn es mit Wasser in Verbindung gebracht wird. Deshalb wird in Kernreaktoren Uran stets in oxidischer Form verwendet. Uran kann sich in den meisten Säuren lösen und ist aus diesem Grund auch sehr giftig. In den folgenden Abschnitten werden die verschiedenen Stufen, die der Kernbrennstoff bis zu seinem Einsatz im Reaktor durchläuft, erläutert. Bild 4.1 zeigt ein Schema des Urankreislaufs, dessen erste Stufen in diesem Kapitel behandelt werden.

4.1 Uranvorkommen und Uranerzgewinnung

Mit einem Anteil von ca. 3...4 ppm ist Uran in der Erdrinde rund 100-mal häufiger vorhanden als Silber oder Gold und zudem relativ gleichmäßig über die Erde verteilt. Es gibt dabei regional leichte Unterschiede in der tatsächlichen Konzentration von Uran im umgebenden Boden. Zurzeit lassen sich die Erzvorkommen wirtschaftlich nutzen und abbauen, bei denen der Urangehalt bis zu 0,5% beträgt."