6.1 Worum geht es?

Im Zusammenhang mit der Kernkraft ist oft von einem „Brennstoffkreislauf“ die Rede: Uran wird nicht wie Kohle gewonnen und anschließend „verbrannt“, sondern man kann Uran und Plutonium aus gebrauchten Brennstäben herauslösen und nochmal im Kraftwerk einsetzen. Doch in der Praxis ist die Sache verwickelter. Es gibt keinen echten Uran-Kreislauf, aber das Uran kann auf dem Weg zwischen Erzgrube und Endlager ein paar Schleifen drehen: Bei der Brennelemente-Herstellung kann ein Teil des „gebrauchten“ Urans mit „frischem“ Uran aus der Erzgrube gemischt werden.

Wie sehen die Wege aus, die das Uran geht? Woher kommt es, wie wird es aufbereitet? Und was passiert mit dem Rest, der nicht mehr im Kernkraftwerk eingesetzt werden kann? All das kannst Du in diesem Modul erfahren. Viel Spaß dabei!

Die Wege, die das Uran geht

Die Wege, die das Uran geht, sind nicht kompliziert: Das Uranerz wird in Minen gewonnen, angereichert und im Kernkraftwerk in Brennelementen eingesetzt. Anschließend beginnt die Entsorgung, die im Prinzip auf zwei unterschiedlichen Wegen möglich ist: Der eine führt direkt in die Endlagerung, der andere über die Wiederaufarbeitung zurück in die Brennelemente – doch dieser Weg ist in Deutschland seit dem Juli 2005 aus politischen Gründen untersagt.

6.2 Die Urangewinnung

In der Erde steckt jede Menge Uran: pro Tonne Gestein im Schnitt drei Gramm. Damit ist Uran etwa 100 Mal häufiger als Silber oder Gold. Es wird in Bergwerken gewonnen, im Übertagebau oder in Minen überwiegend in Kanada, Australien, Südafrika, Namibia, Niger, einigen Ländern in Mittelasien, USA und China.

Wie Du schon im Modul über den Aufbau des Kernreaktors gelernt hast, kann man das natürliche Uran nicht zum Betrieb eines Kernreaktors verwenden – erst muss das Uran 235, das durch langsame Neutronen spaltbar ist und sich darin befindet, angereichert werden. Anschließend wird das Uran in der chemischen Form von UO₂ in Tabletten gepresst und in Brennstäbe gefüllt.

Wo kommt das Uran her?

Hier siehst Du Uranerz oder „Pechblende“, ein schwarz-gelbliches Mineral. Nach heutigen Schätzungen stehen die Uranvorkommen noch 200 Jahre zur Verfügung. Und durch ständige Weiterentwicklung bei den Techniken zur Suche und zur Förderung von Uran wird die Reichweite noch weiter steigen.

6.3 Nach der Verwendung

Brennelemente können üblicherweise für ein paar Jahre im Kernreaktor verwendet werden, bevor sie „abgebrannt“ sind und ausgetauscht werden. In dieser Zeit werden sie nach einem genau festgelegten Plan immer wieder umplatziert.

Und dann?

„Abgebrannte“ Brennelemente können in einer Wiederaufarbeitungsanlage – zum Beispiel im französischen La Hague oder in Sellafield in Großbritannien – zerlegt werden, um das verbliebene Uran 235 und das entstandene Plutonium 239 heraus zu lösen und bei der Brennelemente-Herstellung wiederzuverwenden. In Deutschland ist die Wiederaufarbeitung seit Juli 2005 gesetzlich nicht mehr zugelassen.

Stattdessen werden alle Brennelemente zur Endlagerung vorbereitet. Zu dieser Vorbereitung gehört eine mehrjährige Zwischenlagerung an den Kernkraftwerken.

Wo kommt das Uran hin?

Die Brennstäbe haben nach dem Einsatz im Kernkraftwerk eine andere Zusammensetzung als zuvor – schließlich ist ein Teil des Urans durch die Kernspaltung in andere Elemente umgewandelt worden, außerdem kann Uran 238 Neutronen einfangen und sich dabei zu Plutonium umwandeln. Sie bestehen daher nach Gebrauch zu rund 96 Prozent aus Uran (der Gehalt an spaltfähigem Uran 235 ist etwa so hoch wie in Natururan), drei Prozent Spaltprodukten und einem Prozent Plutonium.

Wenn die Elemente ausgetauscht werden, kann man sie nicht einfach aus dem Kraftwerk abtransportieren – sie müssen zunächst in einem Wasserbecken neben dem Reaktor (dem so genannten „Abklingbecken“) für mindestens ein Jahr zwischengelagert werden. Kannst Du Dir vorstellen, warum?

Abgebrannte Brennelemente haben eine hohe spezifische Aktivität und damit auch eine hohe Wärmeproduktion. Man lagert die Brennelemente zunächst in einem mit Wasser gefüllten Becken innerhalb des Kernkraftwerks. Das Wasser schirmt die Strahlung fast vollständig ab und nimmt gleichzeitig die erzeugte Nachzerfallswärme auf. Bei einer Lagerzeit von 12 Monaten gehen die Aktivität und damit auch die Wärmeproduktion auf etwa 0,1 % der Anfangswerte zurück.

6.4 Und der Abfall?

fallen im gesamten Brennstoffkreislauf, faallen ins besondere im Kernkraftwerk und bei der Wiederaufarbeitung, Abfälle an. Man unterteilt diese in schwach-, mittel- und hochaktive Abfälle. Da die wegen des radioaktiven Zerfalls entstehende Wärmeentwicklung für die spätere Endlagerung von Bedeutung ist, unterscheidet man die Abfälle zusätzlich in wärmeentwickelnde (hochaktive) Abfälle und Abfälle ohne oder vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (schwach- und mittelaktive).

Die Abfälle können in gasförmiger, fester oder flüssiger Form vorhanden sein.

Mengen radioaktiver Abfälle

In einem Jahr fallen für ein Kernkraftwerk mit einer elektrischen Leistung von 1.300 MW rund 50 m³ konditionierte - d. h. durch entsprechende Behandlung in eine endlagerungsfähige Form gebrachte - radioaktive Betriebsabfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung an.

Hinzu kommt die Menge der Abfälle aus der Entsorgung der abgebrannten Brennelemente, die vom jeweiligen Entsorgungsweg abhängt: Bei einer Wiederaufarbeitung entstehen 10 m³ radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung und 3 m³ wärmeentwickelnde Abfälle, bei denen es sich – wie Du bereits weißt – um die verglasten hochaktiven Spaltprodukte handelt. Bei der direkten Endlagerung der abgebrannten Brennelemente fallen 45 m³ wärmeentwickelnde Abfälle an.
Brennstoff – ein heißes Thema

Brennstoff – ein heißes Thema
Derzeit wird der radioaktive Müll in Deutschland an zwölf dezentralen Standorten in der Nähe von kerntechnischen Anlagen gelagert oder er wird an die zentralen Zwischenlager Ahaus in Nordrhein-Westfalen, Gorleben in Niedersachsen oder das Zwischenlager Nord in Lubmin, Mecklenburg-Vorpommern, gebracht.

Für die radioaktiven Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung wurden die Landessammelstellen eingerichtet.

Karte Zwischenlager in Deutschland 2007
rot = in Betrieb
blau = In Planung