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Plutonium

© istockphoto.com/ davidf Plutonium (Pu) ist ein radioaktives Schwermetall. Die amerikanischen Forscher Seaborg, McMilan, Wahl und Kennedy endeckten das 94. Element des Periodensystems im Jahre 1940. Wegen seiner radiologischen und chemisch-toxischen Eigenschaften ist Plutonium für den menschlichen Organismus schon in kleinsten Mengen schädlich.

Wo kommt Plutonium vor?
1.  in Kernkraftwerken
In Kernkraftwerken entsteht aus Uran-238 durch den Einfang eines Neutrons zunächst Uran 239, das über Neptunium 239 zu dem relativ langlebigen Plutonium 239 (Halbwertszeit ca. 24.000 Jahre) zerfällt.

Plutonium bleibt zusammen mit weiteren sogenannten Aktinoiden (z.B. Neptunium, Americium und Curium) und den Spaltprodukten in den bestrahlten Brennstäben zurück. Bei der Wiederaufarbeitung kann es aus den Brennstäben herausgelöst werden, um z. B. in Form von MOX-Brennelementen zumindest teilweise (nur die Plutonium-Isotope 239 und 241 sind mit thermischen Neutronen spaltbar) selbst zur Stromerzeugung in Kernkraftwerken beizutragen. Der Plutonium-Anteil ausgedienter Brennelemente beträgt rund 1-2 %. Entsprechend groß sind die Plutonium-Anteile am hochradioaktiven Abfall, wenn keine Wiederaufarbeitung, sondern eine sogenannte direkte Endlagerung der ausgedienten Brennelemente stattfinden soll. (Seit 2005 findet kein Transport bestrahlter Brennelemente aus Deutschland zu ausländischen Wiederaufarbeitungsanlagen mehr statt.)

2.  in Kernwaffen
Plutonium-239 wird in Kernwaffen verwendet. Es muss aber in möglichst reiner Form vorliegen, das heißt ohne die massenreicheren Plutonium-Isotope. Dies ist nur der Fall, wenn das Uran im Kernreaktor einer kurzen Bestrahlungsdauer ausgesetzt ist. In den deutschen Kernkraftwerken ist die Bestrahlungsdauer dafür zu lang; somit entstehen durch weiteren Neutroneneinfang die massenreicheren Plutonium-Isotope 240, 241, 242 und weitere. Länder, die Kernwaffen herstellen, verwenden zur Erzeugung von Plutonium-239 deshalb spezielle Reaktoren.

3.  in der Umwelt
Plutonium kommt in der Natur in kleinsten Spuren in Uranerzen vor. Die hier erzeugte Menge Plutonium entspricht etwa 1 Milligramm pro 10.000 Tonnen Uranerz. Auch im Naturreaktor in Oklo (Gabun) wurde vor etwa zwei Milliarden Jahren Plutonium in geringen Mengen erzeugt.

Der Großteil des in der Umwelt auffindbaren Plutoniums ist militärischen Ursprungs. Die bis in die 1970er Jahre verbreitete Praxis, Kernwaffen in der freien Atmosphäre zu testen, führte zu einem globalen Fallout (radioaktiver Niederschlag) von etwa 3 bis 5 Tonnen Plutonium, die nach wie vor weltweit nachweisbar sind. Bei mehreren nuklearen Unfällen wurden ebenfalls erhebliche Mengen Plutonium freigesetzt, die sich regional in der Umgebung der Unglücksorte ablagerten.