Abgebrannten Kernbrennstoff Pool

Angereichertes Uran

Angereichertes Uran

Angereichertes Uran ist Uran, das einen technologischen Prozess durchlaufen hat, um den Anteil des Uran-235-Isotops zu erhöhen. Infolgedessen wird natürliches Uran in angereichertes Uran und abgereichertes Uran unterteilt.

Natürliches Uran enthält drei Uranisotope: Uran-238 (99,2745%), Uran-235 (0,72%) und Uran-234 (0,0055%). Das Isotop Uran-238 ist ein relativ stabiles Isotop, das im Gegensatz zum seltenen Uran-235 nicht zu einer unabhängigen Kernkettenreaktion fähig ist. Derzeit ist Uran-235 das wichtigste spaltbare Material in den Kettenreaktionen von Kernreaktoren und Kernwaffentechnologien. Für viele Anwendungen ist der Anteil des Uran-235-Isotops in natürlichem Uran jedoch gering, und die Herstellung von Kernbrennstoffen umfasst im Allgemeinen die Urananreicherungsstufe.

Gründe für die Urananreicherung

Die nukleare Kettenreaktion impliziert, dass mindestens ein Neutron des durch die Zersetzung gebildeten Uranatoms von einem anderen Atom eingefangen wird und folglich dessen Zersetzung verursacht. Dies bedeutet in erster Näherung, dass das Neutron das Uran-235-Atom treffen muss, bevor es den Reaktor verlässt. Dies bedeutet, dass die Zusammensetzung des Kernbrennstoffs mit Uran ausreichend kompakt sein muss, damit die Wahrscheinlichkeit hoch genug ist, das nächste Uranatom für ein Neutron zu finden. Während jedoch Reaktionen im Reaktor stattfinden, brennt Uran-235 allmählich ab, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Kollision eines Neutrons mit einem Uran-235-Atom verringert wird. Folglich erfordert der geringe Anteil von Uran-235 im Kernbrennstoff:

  • Ein größeres Reaktorvolumen, damit die Reise der Neutronen länger ist;
  • Ein größerer Teil des Reaktorvolumens muss mit Kernbrennstoffen belegt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass ein Neutron mit einem Uranatom kollidiert.
  • Es ist oft notwendig, den Brennstoff wieder aufzuladen, um eine gegebene Schüttdichte von Uran-235 im Kernreaktor aufrechtzuerhalten;
  • Ein hoher Anteil an Uran-235 enthält abgebrannte Brennelemente.

Bei der Verbesserung der Kerntechnik wurden optimale wirtschaftliche und technologische Lösungen gefunden, die eine Erhöhung des Uran-235-Gehalts im Brennstoff, dh die Anreicherung von Uran, erforderten.

Auf Atomwaffen, ist die Aufgabe der Anreicherung fast das gleiche: es ist erforderlich, dass in der extrem kurzen Zeit von einer nuklearen Explosion, die maximale Anzahl von Uran-235-Atom ihre Neutronen Zersetzung finden und Energie freisetzen. Dafür brauchen wir die maximale Dichte möglich Masse von Uran-235-Atomen, die mit begrenzten Anreicherung erreicht werden können.

Der Grad der Anreicherung Natürliches Uran Uran-235 0,72% enthält, wird in einigen Kernreaktoren (zB kanadische CANDU) Reaktoren verwendet, die Plutonium produzieren (zum Beispiel A-1) .

Uran mit einem Uran-235-Gehalt von bis zu 20% wird als schwach angereichert bezeichnet. Uran mit einer Anreicherung von 2-5% wird mittlerweile weltweit in Leistungsreaktoren eingesetzt. Bis zu 20% angereichertes Uran wird in Forschungs- und Versuchsreaktoren eingesetzt.

Uran mit einem Uran-235-Gehalt von über 20% wird als stark angereichert oder als Waffe bezeichnet. Zu Beginn des Atomzeitalters wurden verschiedene Arten von Atomwaffen auf Uranbasis mit einer Anreicherung von rund 90% gebaut. Hochangereichertes Uran kann in einer Kernwaffe verwendet werden. Darüber hinaus wird hochangereichertes Uran in Kernkraftwerken mit einer langfristigen Brennstoffkampagne (dh mit seltenen Nachfüllungen oder ohne Nachladung) verwendet, beispielsweise in Raumfahrzeugreaktoren oder Bordreaktoren.

In den Deponien der Anreicherungsindustrie verbleibt abgereichertes Uran mit einem Uran-235-Gehalt von 0,1-0,3%. Aufgrund der hohen Urandichte und der Kosten für abgereichertes Uran wird es häufig als Panzerungsgeschoss für Artilleriegeschosse verwendet. In Zukunft wird vorgeschlagen, abgereichertes Uran in Reaktoren mit schnellen Neutronen zu verwenden, in denen Uran-238, das nicht mit der Kettenreaktion kompatibel ist, in Plutonium-239 umgewandelt werden kann, das mit der Kettenreaktion kompatibel ist. Der resultierende MOX-Brennstoff kann in herkömmlichen thermischen Neutronenleistungsreaktoren verwendet werden.

Technologie zur Gewinnung von angereichertem Uran

Se conocen muchos métodos de separación de isótopos. La mayoría de los métodos se basan en diferentes masas de átomos de diferentes isótopos: el 235 es ligeramente más ligero que el 238 debido a la diferencia en el número de neutrones en el núcleo. Esto se manifiesta en diferentes inercia de los átomos. Por ejemplo, si haces que los átomos se muevan en un arco, los pesados ​​tenderán a moverse a lo largo de un radio más grande que los ligeros.

Elektromagnetische und aerodynamische Methoden basieren auf diesem Prinzip. Bei der elektromagnetischen Methode werden Uranionen im Beschleuniger der Elementarteilchen beschleunigt und in einem Magnetfeld verdreht. Bei der aerodynamischen Methode wird die gasförmige Uranverbindung durch eine spezielle Düsenschnecke geblasen. Ein ähnliches Prinzip bei der Gaszentrifugation: Eine gasförmige Uranverbindung wird in eine Zentrifuge gegeben, in der sich durch Trägheit schwere Moleküle nahe der Wand der Zentrifuge konzentrieren Unterschied in der Mobilität von Molekülen: Gasmoleküle mit einem leichten Uranisotop sind beweglicher als schwere. Sie dringen daher mit der Gasdiffusionstechnik leichter in die kleinen Poren der Spezialmembranen ein. Bei der Wärmediffusionsmethode werden die weniger beweglichen Moleküle im kälteren unteren Teil der Trennsäule konzentriert und die beweglicheren in Richtung des heißen oberen Teils verschoben. Die meisten Trennmethoden arbeiten mit gasförmigen Uranverbindungen, am häufigsten mit UF 6.

Viele der Methoden versuchten, zur industriellen Anreicherung von Uran eingesetzt zu werden, aber derzeit basieren fast alle Urananreicherungsanlagen auf der Gaszentrifugation. Neben der Zentrifugation wurde in der Vergangenheit häufig die Gasdiffusionsmethode angewendet.

Zu Beginn des Atomzeitalters wurden elektromagnetische, thermische und aerodynamische Methoden angewendet. Heute zeigt die Zentrifugation die besten wirtschaftlichen Parameter für die Anreicherung von Uran. Es werden jedoch vielversprechende Trennmethoden erforscht, beispielsweise die Laserisotopentrennung.

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Geändert am: 18. Juni 2019