Kernbrennstoffkreislauf

Zusammenfassung

Die Versorgung und Entsorgung der Kernkraftwerke beinhaltet eine Vielzahl von Verfahrensschritten (s. Abb. 12.1) [12.1–12.4]. Im Uranbergwerk wird Uranerz gefördert und zu Urankonzentrat aufbereitet. In einer anschließenden Konversionsanlage wird aus dem zunächst vorhandenen Uranoxyd gasförmiges Uranhexafluorid hergestellt. Diese chemische Umwandlung ist eine Voraussetzung für den anschließenden Verfahrensschritt der Anreicherung des U-235-Gehaltes. Ausgehend von der natürlichen Anreicherung von 0,71 Gew.-% U-235 im Natururan wird heute eine Erhöhung des spaltbaren U-235-Anteils im Brennstoff bis auf maximal 3,5 Gew.-% vorgenommen. Dies ist derzeit die übliche Spezifikation für den Brennstoff von Leichtwasserreaktoren. Das angereicherte Uran wird in mehreren Fertigungsschritten zur Herstellung der frischen Brennelemente eingesetzt. Im Kernkraftwerk erfolgt dann der Einsatz der Brennelmente bis zum Zielabbrand unter Freisetzung thermischer Energie für den Betrieb des Dampfkraftprozesses. Beim Abbrand des Kernbrennstoffs, der im übrigen nur zu einem sehr geringen Teil in Energie umgewandelt wird, entstehen in den Brennelementen durch Neutroneneinfang im U-238 Plutoniumisotope sowie radioaktive Spaltprodukte. Nach Erreichen des spezifizierten Abbrandes werden die abgebrannten Brennelemente ins Zwischenlager überführt und hier für einen hinreichend langen Zeitraum zwischengelagert. Von hier ausgehend sind zwei Varianten der weiteren Behandlung der entladenen Brennelemente möglich: Wiederaufarbeitung oder direkte Endlagerung. Bei der direkten Endlagerung würden die Brennelemente konditioniert, d.h. in geeigneter Form verpackt, und dann der Endlagerung zugeführt. Als Endlager sind in der BRD hinreichend große tiefliegende Salzstöcke vorgesehen. Gemäß der Verfahrensroute Wiederaufarbeitung werden in diesem Schritt Uran, Plutonium, radioaktive Spaltprodukte und aktivierte Strukturteile der Brennelemente voneinander getrennt und separat weiterbehandelt. Insbesondere die abgetrennten radioaktiven Spaltprodukte werden in eine Glasmatrix eingeschmolzen und in Edelstahlbehälter eingefüllt. Nach einer Zwischenlagerung werden die Glasblöcke ins Endlager, d.h. in Salzstöcke, verbracht. Aktivierte Bauteile und radioaktive Gase werden ebenfalls geeignet konditioniert und in Salzstöcken endgelagert. Die bei der Wiederaufarbeitung anfallenden Wertstoffe Uran und Plutonium werden nach einer Feinreinigung im Verfahrensschritt der Refabrikation wieder zu Brennelementen verarbeitet.