Wendell Berry

Der Reaktor und der Garten
"Irgend jemand", schreibt der Autor, "wird bestimmt die Frage stellen, wie ich auf die Idee komme, ein Garten, 'nicht mächtiger als einer Blume Kraft', wie Shakespeare sagt, könne sich mit einem Atomreaktor messen. Nun, ich denke, dass man die Kraft eines Gartens möglicherweise zu leicht unterschätzt. Ein Kernreaktor wird als 'Lösung' des 'Energieproblems' ausgegeben. Aber wie alle großtechnologischen 'Lösungen', so 'löst' auch diese ein einziges Problem, indem sie viele schafft." (01. 10. 2003)

Daten & Fakten: URAN

   Uran, das schwerste in der Natur vorkommende Element (Ordnungszahl 92) ist ein Metall, das zwar relativ weit verbreitet ist, aber nur selten in hoher Konzentration vorkommt. Das Uranerz enthält deshalb meist nur 0,1 - 0,5% des Metalls. Gefördert wird Uran in mehr als einem Dutzend Ländern, darunter zum Beispiel Australien, Kanada, Südafrika, Namibia, Niger, USA usw. Auch Deutschland verfügt über – allerdings sehr geringe – Erzvorkommen im Schwarzwald, im Bayrischen Wald und im Fichtelgebirge. Die Bergwerke werden, je nach Lagerstättentyp, entweder im Tagebau oder auch im Untertagebau betrieben, wobei die benutzten Techniken anderen Förderarten ähnlich sind: Sprengen, Einsammeln des Materials und anschließende Zerkleinerung. Das gebrochene Erz wird fein gemahlen, vom Gestein mittels Säure getrennt, gereinigt und gefiltert. Das dabei entstehende Pulver (mit der chem. Formel U₃O₈ – Uranoxid) hat eine leuchtend gelbe Farbe und wird deshalb auch als "Gelbkuchen" (engl. yellowcake) bezeichnet. Wegen dieser hervorstechenden Eigenschaft wurde das 1789 vom deutschen Chemiker Martin Heinrich Klaproth entdeckte Element im gesamten 19. Jahrhundert fast ausschließlich zum Färben von Glas und Keramik benutzt.

Um Uranoxid als "Kernbrennstoff" in heutigen Atomkraftwerken einsetzen zu können, sind weitere umfangreiche Umwandlungsschritte notwendig. Zunächst muß der Gelbkuchen von allen noch immer vorhandenen Verunreinigungen befreit und in einen "nuklearreinen" Zustand gebracht werden. Das ist deshalb notwendig, weil das verschmutzte Uran als "Neutronenfänger" wirkt: Neutronen sollten eigentlich die Urankerne spalten anstatt bloß eingefangen zu werden. In sog. Konversionsanlagen wird das Uranoxid deshalb zunächst in Salpetersäure aufgelöst und anschließend mit einem organischen Lösungsmittel von den Verunreinigungen getrennt. Das vorläufige Endprodukt des Reinigungsprozesses ist eine Lösung aus Uranylnitrat, welche durch einen weiteren Verfahrensschritt in Uranhexaflourid (UF₆) umgewandelt wird.

    Natururan ist eine Mischung aus zwei Uranisotopen – U 238 und U 235. Beide Isotope unterscheiden sich lediglich durch ihr unterschiedliches Gewicht, wobei Natururan nur zu 0,7% aus U 235 besteht. Damit bei solchen Reaktoren, die angereichertes Uran verwenden, eine dauernde Kettenreaktion aufrecht erhalten werden kann, muß der Anteil an U 235 auf 2 bis 5% erhöht werden. Dieser Prozeß wird als "Anreicherung" bezeichnet. Alle heutigen Isotopanreicherungsverfahren benötigen als Ausgangssubstanz das vorher angesprochene Uranhexaflourid. Das Besondere an dieser Uranverbindung ist, daß diese bereits bei 56° C in den gasförmigen Zustand übergeht. Wichtig ist dies insofern, als nur gasförmiges Uran industrietechnisch in seine beiden Isotope zerlegt werden kann. Für diese Trennung stehen gegenwärtig zwei Methoden zur Verfügung: Die Diffusionsanreicherung oder die Anreicherung mittels Zentrifugen. Im Prinzip passiert etwa bei der Zentrifugenmethode nichts anderes als bei der Trennung von Milch und Rahm: durch die Beschleunigung der zu trennenden Substanz in der Schleudertrommel lagert sich das schwerere Material (U 238) bevorzugt an den Außenwänden der Zentrifuge ab, während das leichtere Isotop (U 235) mehr nach innen wandert. Das Problem bei Uran ist jedoch, daß der Gewichtsunterschied zwischen beiden Isotopen äußerst gering ist, weshalb die Drehgeschwindigkeit der Zentrifuge extrem hoch sein muß (etwa 500 m/s) und die Ausbeute pro einzelnem Schleudervorgang außerordentlich gering ist (weshalb heute immer eine große Anzahl an Zentrifugen in Serie geschaltet, d.h. hintereinander angeordnet sind). Schon im Zweiten Weltkrieg war einer der Haupthindernisse zum Bau einer Uranbombe (insbesondere für Hitler-Deutschland) eben dieser Anreicherungsprozeß, da zur Herstellung einer solchen Bombe besonders hoch angereichertes Uran notwendig ist.

Nach der Isotopentrennung wird das angereicherte Uranhexaflourid noch im gasförmigen Zustand in spezielle Behälter gefüllt, verfestigt und zur Brennelementefabrik transportiert. Dort wird das UF₆ in Uranoxid-Pulver (UO₂) umgewandelt. Das Pulver wird danach zu kleinen Brennstofftabletten von 2-3 cm Länge und etwa 1 cm Durchmesser gepreßt und schließlich bei einer Temperatur von 1700° C zu keramischem Material gesintert. Die Pellets werden nach diesem Prozeß an ihren Enden verschweißt und in 4 bis 5 Meter lange Hüllrohre aus Edelstahl oder Zirkonmetall eingefüllt. Die Hüllrohre halten das Uran an Ort und Stelle und verhindern dessen Korrosion. Anschließend wird eine größere Zahl dieser Einzelstäbe (bis zu 250) zu einem Brennstabbündel mit einer Kantenlänge von etwa 20 cm zusammengebaut ("assembliert"). Die meisten Reaktortypen arbeiten heute mit einer größeren Menge solcher Brennstabbündel. Nachdem der Kern des Reaktors mit den Bündeln beladen wurde, beginnt dessen Betrieb, wenn die Steuerstäbe (deren Aufgabe es ist, Spaltneutronen zu absorbieren und so eine Kettenreaktion zu unterbinden) aus dem Kern herausgezogen werden. Dadurch setzt die Kettenreaktion ein und es entsteht Wärme, die mit einem Kühlmittel (z.B. Wasser) an einen Dampferzeuger abgeführt wird. Der Dampf treibt schließlich eine Turbine an, die elektrischen Strom produziert.
...