Brennelemente

Brennelemente enthalten in ihren Brennstäben den Kernbrennstoff eines Reaktors. Die im Kernbrennstoff enthaltenen Spaltstoffe (zum Beispiel Uran-235) lassen sich in einem kontrollierten, physikalischen Prozess spalten. Dadurch wird Spaltenergie in Form von Wärme freigesetzt, die anschließend im Kernkraftwerk über Turbine und Generator in elektrischen Strom umgewandelt wird.

Uran- und MOX-Brennelemente

Je nachdem, ob der Kernbrennstoff eines Brennelements nur spaltbares Urandioxid oder eine Mischung aus Urandioxid und Plutoniumoxid (einige Prozent) enthält, unterscheidet man

• Uran-Brennelemente und
• Mischoxid-Brennelemente (MOX-Brennelemente).

Da sich beim Betrieb des Reaktors stets Plutonium aus dem Uran-238 neu bildet, enthalten auch reine Uran-Brennelemente nach einiger Zeit Plutonium. Dieses wird ebenfalls gespalten und trägt somit zur Energiegewinnung bei.

In deutschen Kernkraftwerken werden MOX-Brennelemente immer zusammen mit Uran-Brennelementen im Mix verwendet.

Bei einem Reaktor, der mit MOX-Brennelementen beladen ist, enthält der Kern etwa zwei- bis fünfmal so viel Plutonium wie ein längere Zeit in Betrieb befindlicher Reaktorkern aus Uran. Außerdem enthält der Kern nach einiger Betriebszeit deutlich höhere Anteile an sogenannten Transuranen wie Neptunium, Americium und Curium.

Verhalten bei einer Kernschmelze

Entsprechend dem höheren Anteil an Plutonium, Neptunium, Americium und Curium in den MOX-Brennelementen werden bei einer eventuellen Kernschmelze auch größere Mengen dieser Stoffe freigesetzt und können in die Umgebung gelangen. Plutonium, Neptunium, Americium und Curium liegen in diesem Fall wie Uran als Staubteilchen vor oder sind an Staubteilchen gebunden.

Alle diese Stoffe werden erst bei Temperaturen deutlich oberhalb 2.000° Celsius in nennenswertem Umfang aus der Schmelze freigesetzt. Die Auswirkungen auf die Umgebung werden bei einem Kernschmelzunfall beeinflusst durch die Zusammensetzung der gesamten radioaktiven Stoffe im Kernreaktor zum Unfallzeitpunkt (Inventar) und welcher Teil davon freigesetzt werden kann. Bei den meisten Unfallabläufen spielen die Unterschiede zwischen einem Uran-Kern und einem MOX-Kern für die Auswirkungen auf die Umgebung eine eher untergeordnete Rolle.