Der Anteil an Uran-235 in Uranerz beträgt im besten Fall 0,7%. Die übrigen 99,3% macht fast vollständig Isotop Uran-238 aus. Für Atomreaktoren werden aber in der Regel 3-5% Uran-235 benötigt, für Atomwaffen sogar mehr, optimaler Weise 90%. Folglich muss der Anteil an Uran-235 mit technischen Mitteln erhöht werden, das heißt, die beiden Isotope werden teilweise voneinander getrennt. Dieser Vorgang wird als Urananreicherung bezeichnet, das Ergebnis des Vorgangs ist einerseits das erwünschte angereicherte Uran und andererseits als Abfallprodukt das abgereicherte Uran. 

Die Urananreicherung erfolgt derzeit großtechnisch nur mit zwei Verfahren: durch Gasdiffusion und mit Gaszentrifugen. Beide Verfahren nutzen für die Trennung der Isotope 235 und 238 deren geringen Massenunterschied aus. Das Uran wird dabei als gasförmiges Uranhexafluorid (UF6) verwendet. Gasmoleküle, die U-235 enthalten, sind geringfügig leichter als solche, die U-238 enthalten.

Bei der Gasdiffusion wird das UF6-Gas durch poröse Membranen gedrückt, wobei das leichtere Uran-235 etwas schneller durch die Membranen diffundiert und sich so bei jedem Durchgang etwas stärker anreichert im Verhältnis zu Uran-238. Dennoch ist der so genannte „Trennfaktor“ eher gering, so dass zur Anreicherung von Reaktorbrennstoff ca. 1.400 Durchgänge bzw. Anreicherungsstufen nötig sind. Entsprechend sind sowohl die Anlagen als auch der Energieverbrauch sehr groß.

Beim Gaszentrifugenverfahren wird das gasförmige UF6-Gas in die Mitte eines Zylinders geleitet, der mit sehr hoher Geschwindigkeit rotiert. Das Gasgemisch wird mitgerissen und rotiert annähernd so schnell wie der Zylinder. Durch die Fliehkraft (Zentrifugalkraft) werden die unterschiedlich schweren Uranisotope etwas voneinander abgetrennt, wobei der größte Konzentrationsunterschied am oberen bzw. unteren Ende des rotierenden Zylinders auftritt. Hier wird dann das an- bzw. abgereicherte Uran entnommen. Da der Durchsatz in einer einzelnen Zentrifuge gering ist, werden bei großtechnischen Anlagen zahlreiche Zentrifugen parallel geschaltet. Da andererseits nur zehn Anreicherungsstufen (Kaskaden) benötigt werden, um einen für Reaktorbrennstoff ausreichenden Uran-235-Anteil zu erreichen, ist der Energieverbrauch gegenüber dem Diffusionsverfahren nur etwa 1/50 so groß.

Mit beiden Verfahren kann durch die Erhöhung der Durchgangszahl auch eine Anreicherung auf hohe U-235-Konzentrationen erzielt werden, wie sie für den Bau von Atomwaffen erforderlich sind. (RH)

Bearbeitungsstand: Januar 2006

siehe auch: Abgereichertes Uran
siehe auch: Atomwaffe
siehe auch: Isotope

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