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Kernbrennstoff

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Bild: Areva/ Geofray YannKernbrennstoff ist der Brennstoff, mit dessen Hilfe in Kernkraftwerken Strom erzeugt wird. Dieser Kernbrennstoff besteht zum Teil aus spaltbaren Stoffen, d. h. aus Radionukliden, deren Atomkerne sich in einem technischen Prozess spalten lassen. Bei der Spaltung der Atomkerne wird Energie freigesetzt, die zunächst in Wärme und anschließend in elektrischen Strom umgewandelt wird. Beim ersten Schritt – der Wärmegewinnung – unterscheiden sich Kernkraftwerke von konventionellen Kraftwerken: Hier werden Kernbrennstoffe zur Kernspaltung eingesetzt, dort werden konventionelle Brennstoffe wie z. B. Kohle oder Gas konventionell verbrannt. Der zweite Schritt – die Stromerzeugung aus Wärme – ist in Kernkraftwerken wie in Kohle- oder Gaskraftwerken vom Prinzip her gleich. Im Zusammenhang mit dem Einsatz des Kernbrennstoffs im Kernkraftwerk wird in Anlehnung an die konventionelle Verbrennung auch der Begriff „Abbrand“ verwendet.

Uran und Plutonium
Beim Kernbrennstoff handelt es sich heutzutage in der Regel um Urandioxid, das in Form von temperaturstabilen keramischen Tabletten, sogenannten Pellets, in den Brennstäben enthalten ist. Hierin ist das Isotop Uran-235 der wesentliche Spaltstoff. Daneben werden in Uran-Plutonium-Mischoxid-Brennelementen, den sogenannten MOX-Brennelementen , auch die Isotope Plutonium-239 und Plutonium-241 eingesetzt. Diese Isotope haben die gemeinsame Eigenschaft, dass sie sich durch Neutronen relativ leicht spalten lassen. Da bei der Kernspaltung neben zwei neuen, kleineren Atomkernen auch weitere Neutronen entstehen, lässt sich in einem Kernreaktor eine kontrollierte Kettenreaktion erzeugen und aufrechterhalten.

Urangewinnung und -anreicherung
Uran kommt in der Natur in Form von Uranerzen vor und wird in Australien, Nordamerika, Asien und einigen afrikanischen Ländern abgebaut. Natürliches Uran enthält nur zu 0,71 % das Isotop Uran-235. Das Uran der in deutschen Kernkraftwerken eingesetzten Brennelemente hat einen Anteil von ca. 3 bis 4,6 % Uran-235. Deshalb muss das Uran zunächst auf den erforderlichen Uran-235-Gehalt angereichert werden, bevor es in Form von Urandioxid in den Brennelementen verwendet werden kann.

Sicherheitsmaßnahmen im Umgang mit Kernbrennstoffen
Alle spaltbaren Materialien sind radioaktiv. Im Umgang mit Kernbrennstoffen und im gesamten Verarbeitungsprozess gelten deshalb besondere Sicherheitsbestimmungen. Dabei stellt die relativ schwache Radioaktivität des unbestrahlten Uranbrennstoffs keineswegs die größte Herausforderung dar. Weitere Sicherheitsvorkehrungen sind notwendig
•    aufgrund der chemischen Gefahren im Produktions- und Anreicherungsprozess,
•    bei der Herstellung von MOX-Brennelementen wegen der hohen Radiotoxizität von Plutonium
•    zur Vorbeugung gegen ungewollte Kettenreaktionen während der Produktion und Lagerung,
•    zur Verhinderung des unbefugten Zugriffs Dritter auf Kernbrennstoff und
•    bei der Handhabung und Entsorgung der hochradioaktiven Abfallprodukte, die beim „Abbrand“ des Kernbrennstoffs im Kernkraftwerk entstehen.