Angereichertes Uran ist Uran, das einem technologischen Verfahren unterzogen wurde, um den Anteil des Isotops Uran-235 zu erhöhen. Als Ergebnis wird natürliches Uran in angereichertes Uran und abgereichertes Uran unterteilt.
Natürliches Uran enthält drei Uranisotope:
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Uran-238 (99,2745 %)
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Uran-235 (0,72 %)
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Uran-234 (0,0055%).
Das Isotop Uran-238 (mit 238 Neutronen) ist ein relativ stabiles Isotop, das im Gegensatz zum spaltbaren Isotop U-235 nicht in der Lage ist, eine unabhängige nukleare Kettenreaktion zu erzeugen.
Derzeit ist Uran-235 das wichtigste spaltbare Material, das in Kernkraftwerken und in einigen Arten von Atomwaffen wie der Atombombe verwendet wird. Für viele Anwendungen ist der Anteil an spaltbarem Uran (U-235) im Natururan jedoch gering und die Brennstoffaufbereitung umfasst im Allgemeinen einen Urananreicherungsprozess.
Wofür wird Uran angereichert?
Angereichertes Uran begünstigt nukleare Kettenreaktionen in Atomreaktoren.
Die nukleare Kettenreaktion impliziert, dass mindestens ein Neutron, das während einer Spaltungsreaktion freigesetzt wird, auf ein anderes Atom trifft und eine weitere Spaltungsreaktion erzeugt. Dies erfordert, dass das Urankonzentrat kompakt genug ist, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass das freigesetzte Neutron ein nächstes Uranatom findet.
Auf der anderen Seite wird Uran-235 verschwendet, wenn in Kernreaktoren Reaktionen ablaufen, was die Wahrscheinlichkeit einer Kollision verringert.
Die Urananreicherung ist eine kostengünstige Lösung, um den Anteil von Uran-235 im Kernbrennstoff zu erhöhen.
Angereichertes Uran wird auch in Atomwaffen verwendet. Beim Design der Atombombe ist es erforderlich, dass in der extrem kurzen Zeit einer nuklearen Explosion die maximale Anzahl von Uran-235-Atomen ihre Neutronen-, Spalt- und Freisetzungsenergie findet.
Einteilung nach dem Grad der Urananreicherung
Uran kann unterteilt werden in:
1. Natürlich
Natururan mit einem Uran-235-Gehalt von 0,72 % wird in einigen Leistungsreaktoren (zB Canadian CANDU), in Plutonium produzierenden Reaktoren (zB A-1) verwendet.
2. Wenig bereichert
Uran mit einem Uran-235-Gehalt von bis zu 20 % wird als gering angereichert bezeichnet. Uran mit einer Anreicherung von 2 bis 5 % wird heute in Leistungsreaktoren auf der ganzen Welt häufig verwendet. Bis zu 20 % angereichertes Uran wird in Forschungs- und Versuchsreaktoren eingesetzt.
3. Hoch angereichert
Uran mit einem Uran-235-Gehalt von über 20% wird als hochangereichert oder Waffe bezeichnet.
Hochangereichertes Uran kann in einer thermonuklearen Waffe verwendet werden.
Darüber hinaus wird hochangereichertes Uran in Kernreaktoren mit geringer oder keiner Betankung verwendet, beispielsweise in Raumfahrzeugreaktoren.
4. Verarmt
Abgereichertes Uran hat einen Uran-235-Gehalt von 0,1-0,3%. Es ist im Allgemeinen der Rückstand aus dem Urananreicherungsprozess.
Dieses Material wird aufgrund der hohen Urandichte und der geringen Kosten häufig als Kerne für panzerbrechende Projektile verwendet.
Für die Zukunft wird vorgeschlagen, abgereichertes Uran in schnellen Neutronenreaktoren zu verwenden.
Wie wird Uran angereichert?
Der Anreicherungsprozess beginnt damit, dass das Uran von Verunreinigungen gereinigt wird.
Viele Verfahren zur Isotopentrennung sind bekannt. Die meisten Methoden basieren auf unterschiedlichen Massen von Atomen unterschiedlicher Isotope: 235 ist etwas leichter als 238. Dies äußert sich in unterschiedlicher Trägheit der Atome.
Elektromagnetische Verfahren und Gasdiffusion basieren auf diesem Prinzip.
Heute basieren fast alle Urananreicherungsanlagen auf Gaszentrifugation. Uran liegt in Form von Uranhexafluorid vor. Nach der Anreicherung wandeln Chemieanlagen Uranhexafluorid in Urandioxid um.
