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Anlagen der Kernbrennstoffver- und -entsorgung

Transportbehälterlager Gorleben Transportbehälterlager GorlebenTransportbehälterlager Gorleben

Der wichtigste Grundstoff zur Nutzung der Kernenergie in Kernreaktoren ist Uran. Zur Kernbrennstoffversorgung zählen die verschiedenen Schritte vom Abbau des Urans bis hin zur Fertigung der Brennelemente.

Nach dem Einsatz der Brennelemente im Reaktor sind diese verbraucht und müssen entsorgt werden. Die Verfahrensschritte zur Behandlung, Aufarbeitung und Beseitigung der abgebrannten Brennelemente werden zusammenfassend als Kernbrennstoffentsorgung bezeichnet.

Versorgung

Schritte der Kernbrennstoffversorgung

  1. Abbau uranhaltigen Erzes in Minen

  2. Extraktion des Urans aus dem Gestein in Aufbereitungsanlagen

    Der Urangehalt der abgebauten Erze beträgt typischerweise 0,2 %. In einem Aufbereitungsverfahren wird das Uran aufkonzentriert. Es entsteht das Handelsprodukt „Yellow Cake", das etwa 70 bis 75 % Uran enthält. Das im Yellow Cake enthaltene Uran weist die natürliche Isotopenzusammensetzung von 0,7 % U-235 und 99,3 % U-238 auf.

  3. Anreicherung des für Kernspaltung in Leichtwasserreaktoren erforderlichen Uran-Isotops U-235

    Kernkraftwerke mit Leichtwasserreaktoren benötigen Uran mit einem Anteil von 3 bis 5 % des spaltbaren Isotops U-235. Daher muss das Uran an U-235 angereichert werden. Dazu wird das Uran in die chemische Verbindung Uranhexafluorid (UF6) umgewandelt, die leicht in die Gasphase überführt werden kann, da nur in der Gasphase eine Anreicherung einfach möglich ist. Anreicherungsverfahren nutzen den geringen Massenunterschied der U-235- und U-238-Moleküle des Uranhexafluorids, um diese beiden Komponenten zu trennen. Das Produkt der Anreicherungsanlage ist Uranhexafluorid, dessen U-235-Anteil ca. 3 bis 5 % beträgt.

  4. Fertigung der mit Kernbrennstofftabletten gefüllten Brennelemente

    In einer Brennelementfabrik wird das Uranhexafluorid in Urandioxid (UO2) umgewandelt. Aus Urandioxid-Pulver werden Tabletten gepresst, die bei Temperaturen über 1.700 °C gesintert und dann in Hüllrohre aus einer Zirkonlegierung gefüllt und gasdicht verschlossen werden. Man erhält so einzelne Brennstäbe, die zu Brennelementen zusammengesetzt werden. Brennelemente eines Druckwasserreaktors enthalten rund 500 Kilogramm Uran, Brennelemente eines Siedewasserreaktors rund 200 Kilogramm Uran.

In Deutschland sind folgende Anlagen zur Kernbrennstoffversorgung in Betrieb:

  • Urananreicherungsanlage in Gronau
  • Brennelementefabrik in Lingen

Entsorgung

Schritte der Kernbrennstoffentsorgung

Die Einsatzzeit der Brennelemente im Reaktor beträgt in der Regel drei bis vier Jahre. Aufgrund der Kernspaltungen nimmt der Anteil des spaltbaren U-235 ab, und es entstehen radioaktive Spaltprodukte sowie nennenswerte Mengen des neuen, zum Teil spaltbaren Kernbrennstoffs Plutonium. Alle Tätigkeiten zur Behandlung, Aufarbeitung und Beseitigung der abgebrannten Brennelemente werden zusammenfassend als Entsorgung bezeichnet.

Zwei Arten der Entsorgung abgebrannter Brennelemente werden international verfolgt:

oder

  • direkte Endlagerung:
    Hier wird das gesamte Brennelement einschließlich des darin noch enthaltenen Urans und Plutoniums nach einer Zwischenlagerung zum Zerfall der kurzlebigen Radionuklide und damit verbundener Reduzierung der zerfallsbedingten Wärmeentwicklung als radioaktiver Abfall entsorgt. Dazu werden in einer Konditionierungsanlage die Brennelemente zerlegt, in endlagerfähige Gebinde verpackt und dann als radioaktiver Abfall endgelagert.

Aufgrund gesetzlicher Vorgaben ist in Deutschland seit 2005 nur noch die direkte Endlagerung abgebrannter Brennelemente zulässig.

In Deutschland sind

  • zentrale und dezentrale Brennelementzwischenlager sowie
  • eine (Pilot-) Konditionierungsanlage in Gorleben

als Anlagen zur Kernbrennstoffentsorgung in Betrieb.

Schritte der Kernbrennstoffentsorgung

Die Einsatzzeit der Brennelemente im Reaktor beträgt in der Regel drei bis vier Jahre. Aufgrund der Kernspaltungen nimmt der Anteil des spaltbaren U-235 ab, und es entstehen radioaktive Spaltprodukte sowie nennenswerte Mengen des neuen, zum Teil spaltbaren Kernbrennstoffs Plutonium. Alle Tätigkeiten zur Behandlung, Aufarbeitung und Beseitigung der abgebrannten Brennelemente werden zusammenfassend als Entsorgung bezeichnet.

Zwei Arten der Entsorgung abgebrannter Brennelemente werden international verfolgt:

oder

  • direkte Endlagerung:
    Hier wird das gesamte Brennelement einschließlich des darin noch enthaltenen Urans und Plutoniums nach einer Zwischenlagerung zum Zerfall der kurzlebigen Radionuklide und damit verbundener Reduzierung der zerfallsbedingten Wärmeentwicklung als radioaktiver Abfall entsorgt. Dazu werden in einer Konditionierungsanlage die Brennelemente zerlegt, in endlagerfähige Gebinde verpackt und dann als radioaktiver Abfall endgelagert.

Aufgrund gesetzlicher Vorgaben ist in Deutschland seit 2005 nur noch die direkte Endlagerung abgebrannter Brennelemente zulässig.

In Deutschland sind

  • zentrale und dezentrale Brennelementzwischenlager sowie
  • eine (Pilot-) Konditionierungsanlage in Gorleben

als Anlagen zur Kernbrennstoffentsorgung in Betrieb.

Stand: 06.10.2016

© Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit