Spaltstoffgrundlagen

Was sind Spaltstoffe?

Spaltbare Materialien bestehen aus Atomen, die von Neutronen in einer sich selbst erhaltenden Kettenreaktion gespalten werden können, um enorme Mengen an Energie freizusetzen. In Kernreaktoren wird der Spaltungsprozess gesteuert und die Energie zur Stromerzeugung genutzt. Bei Atomwaffen wird die Spaltenergie auf einmal freigesetzt, um eine heftige Explosion zu erzeugen. Die wichtigsten spaltbaren Materialien für Kernenergie und Atomwaffen sind ein Isotop von Plutonium, Plutonium-239, und ein Isotop von Uran, Uran-235. Uran-235 kommt in der Natur vor. Für alle praktischen Zwecke ist Plutonium-239 nicht.

Was ist Plutonium-239?

Plutonium-239 (im Folgenden als „Plutonium“ bezeichnet) ist ein schweres Element, das aus 94 Protonen und 145 Neutronen besteht. Es kann eine Reihe von chemischen Formen haben. Atomwaffen verwenden Plutoniusmetall. Plutoniumdioxid wird als Bestandteil einiger Kernbrennstoffe verwendet. Plutonium hat eine Halbwertszeit von über 24.000 Jahren (eine Halbwertszeit ist die Zeit, die die Hälfte einer bestimmten Menge radioaktiven Materials benötigt, um in andere Elemente zu zerfallen).

Wie wird Plutonium hergestellt?

Zur Gewinnung von Plutonium werden zwei Schlüsselanlagen benötigt. Erstens absorbiert Uran-238 in einem Kernreaktor ein Neutron. Dies führt zu Kernreaktionen, die es in Plutonium umwandeln. Das Plutonium landet zusammen mit ungenutztem Uran und hochradioaktiven Spaltprodukten im abgebrannten Kernbrennstoff. Im Wesentlichen produzieren alle Kernreaktoren der Welt Plutonium auf diese Weise, aber Plutonium in abgebrannten Brennelementen ist nicht für Kernenergie oder Atomwaffen verwendbar. Um Plutonium in eine verwertbare Form zu bringen, ist eine zweite wichtige Anlage, eine Wiederaufbereitungsanlage, erforderlich, um das Plutonium chemisch von den anderen Materialien in abgebrannten Brennelementen zu trennen. Die Wiederaufbereitung wird allgemein als eine der wichtigsten Verbindungen zwischen der zivilen Kernkraftkapazität und der Produktionskapazität für Kernwaffen angesehen (die andere ist die Urananreicherung — siehe unten).

Wofür wird Plutonium angewendet?

Sobald Plutonium abgetrennt ist, kann es verarbeitet und zum Spaltkern einer Atomwaffe, einer sogenannten „Grube“, geformt werden. Atomwaffen benötigen in der Regel drei bis fünf Kilogramm Plutonium. Plutonium kann auch in ein Oxid umgewandelt und mit Urandioxid gemischt werden, um Mischoxid (MOX) -Brennstoff für Kernreaktoren zu bilden.

Ab 1995 befanden sich weltweit etwa 270 Tonnen abgetrenntes Plutonium in militärischen Beständen und etwa 180 Tonnen abgetrenntes Plutonium in zivilen Beständen.

Wo wird Plutonium hergestellt?

Großbritannien, Frankreich, Russland, Indien, Japan, Israel und China betreiben Wiederaufbereitungsanlagen zur Gewinnung von Plutonium (die letzten beiden nur für militärische Zwecke). Andere Länder in Westeuropa besitzen Plutonium, das in Großbritannien und / oder Frankreich abgetrennt wurde. Nordkorea hat auch eine Wiederaufbereitungsanlage betrieben.

In den USA erfolgte die Wiederaufbereitung für Atomwaffen in der Hanford Reservation, Washington und der Savannah River Site, South Carolina. Einige zivile und militärische Wiederaufarbeitung trat auch zwischen 1966 und 1972 in West Valley, New York. USA. die Plutoniumproduktionsreaktoren wurden 1988 abgeschaltet, und die Einstellung der Wiederaufbereitung für militärische Zwecke wurde im Juli 1992 in eine formelle Politik kodifiziert. Die Vereinigten Staaten unterstützen die Wiederaufbereitung wegen ihrer Proliferationsgefahren nicht, aber in der Praxis haben die USA die Wiederaufbereitung in anderen Ländern selektiv abgelehnt

Was ist hochangereichertes Uran?

Das andere wichtige spaltbare Material, das für Atomwaffen verwendet wurde, ist hochangereichertes Uran (HEU), üblicherweise definiert als Uran, dessen Anteil an Uran-235, dem spaltbaren Isotop von Uran, auf über 90% erhöht wurde. Das aus der Erde gewonnene natürliche Uran besteht aus etwa 0,7% Uran-235 (U-235) und etwa 99,3% Uran-238 (U-238), und die Anreicherung ist der Prozess der Erhöhung des Verhältnisses von U-235 zu U-238. Die Halbwertszeit von Uran-235 beträgt 704 Millionen Jahre, während die Halbwertszeit von U-238 etwa 4,5 Milliarden Jahre beträgt.

Es ist wichtig zu beachten, dass die meisten Kernreaktoren mit niedrig angereichertem Uran (LEU) betrieben werden, das normalerweise 3% -5% Uran-235 beträgt. LEU kann nicht in Atomwaffen eingesetzt werden.

Wie wird hochangereichertes Uran hergestellt?

Traditionell wurde Uran aus Untertage- und Tagebauminen gewonnen. Dieses natürliche Uran wird aufbereitet und anschließend angereichert. Zur Anreicherung von Uran wurden zahlreiche Technologien wie Gasdiffusion, Zentrifugen und elektromagnetische Trennung entwickelt. Alle diese Technologien erfordern eine große Anfangsinvestition und große Mengen an Energie zu betreiben.

Wofür wird HEU angewendet?

HEU wurde zuerst für den Einsatz in Atomwaffen entwickelt. Es kann mit Plutonium kombiniert werden, um die „Grube“ oder den Kern einer Atomwaffe zu bilden, oder es kann allein als nuklearer Sprengstoff verwendet werden. Die Bombe, die auf Hiroshima abgeworfen wurde, benutzte nur HEU. Etwa 15-20 kg HEU reichen aus, um eine Bombe ohne Plutonium herzustellen.

HEU hat auch Nicht-Waffen-Anwendungen. Es wird als Brennstoff in Forschungsreaktoren und Kernreaktoren verwendet, die einige Marineschiffe antreiben.

Weltweit wurden etwa 2300 Tonnen HEU für militärische Zwecke produziert — hauptsächlich von den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion. Etwa 20 Tonnen HEU wurden weltweit in Forschungsreaktoren eingesetzt.

Wo wird HEU produziert?

HEU kann theoretisch in jeder Anreicherungsanlage hergestellt werden. Mehrere Länder betreiben Anreicherungsanlagen, um LEU für Kernreaktoren herzustellen, aber nicht alle diese Länder haben ihre Anlagen zur Herstellung von hochangereichertem Uran genutzt. Die Internationale Atomenergiebehörde, eine Organisation der Vereinten Nationen, hat die Aufgabe sicherzustellen, dass Uran aus zivilen Atomprogrammen nicht nur in nichtnuklearen Staaten, die den Nichtverbreitungsvertrag unterzeichnet haben, zu Waffenzwecken umgeleitet wird. HEU wurde in den USA in Oak Ridge, Tennessee und Portsmouth, Ohio, hergestellt. Die Vereinigten Staaten produzieren kein HEU mehr. Es verwendet weiterhin HEU aus seinem Vorrat für Forschungsreaktoren und Schiffsantriebe.

Dieses Factsheet wurde gemeinsam mit Physicians for Social Responsibility erstellt.