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Kern
→Atomkern, →Spaltzone.
Kernanlage
Für die Anwendungen der Vorschriften über die Haftung definiert das Atomgesetz als Kernanlage:
• Reaktoren, ausgenommen solche, die Teil eines Beförderungsmittels sind;
• Fabriken für die Erzeugung oder Bearbeitung von Kernmaterialien,
• Fabriken zur Trennung der Isotope von Kernbrennstoffen,
• Fabriken für die Aufarbeitung bestrahlter Kernbrennstoffe;
• Einrichtungen für die Lagerung von Kernmaterialien, ausgenommen die Lagerung solcher Materialien
während der Beförderung.
Kernbrennstoff
Nach der Definition des Atomgesetzes sind Kernbrennstoffe besondere spaltbare Stoffe in Form von
• Plutonium-239 und Plutonium-241,
• mit den Isotopen 235 oder 233 angereichertes Uran,
• Stoffen, die einen oder mehrere der vorerwähnten Stoffe enthalten,
• Stoffen, mit deren Hilfe in einer geeigneten Anlage (Reaktor) eine sich selbst tragende Kettenreaktion
aufrechterhalten werden kann und die in einer Rechtsverordnung bestimmt werden.
Kernbrennstoff-Kreislauf
Eine Reihe von Verfahrensstufen bei der Versorgung und Entsorgung von Kernreaktoren mit Kernbrennstoff.
• Versorgung:
Ausgangspunkt der Kernenergienutzung ist die Versorgung der Kernreaktoren mit Uran. 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. Kernkraftwerke 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 UF6 umgewandelt, die leicht in die Gasphase überführt werden kann, da nur in der Gasphase
eine Anreicherung einfach möglich ist. Anreicherungsverfahren (→Gaszentrifuge oder
→Diffusionstrennverfahren) nutzen den geringen Massenunterschied der U-235- und U-238-Moleküle
des UF6, um diese beiden Komponenten zu trennen. Das Produkt der Anreicherungsanlage ist UF6,
dessen U-235-Anteil ca. 3 bis 5 % beträgt. In der Brennelementfabrik wird das UF6 in UO2 umgewandelt.
Aus UO2-Pulver werden Tabletten gepresst, die bei Temperaturen über 1700 °C gesintert und dann in
nahtlos gezogene Hüllrohre aus einer Zirkonlegierung gefüllt und gasdicht verschlossen werden. Man
erhält so einzelne Brennstäbe, die zu Brennelementen zusammengesetzt werden. Brennelemente eines
Druck wasserreaktors enthalten rund 340 kg Uran, eines Siedewasserreaktors rund 190 kg Uran.
•
Entsorgung:
Die Einsatzzeit der Brennelemente im Reaktor beträgt drei bis vier Jahre. Durch Kernspaltung wird
Kernenergie in elektrischen Strom umgewandelt. Dabei nimmt der Anteil des spaltbaren U-235 ab, und
es entstehen die zum Teil radioaktiven Spaltprodukte sowie nennenswerte Mengen des neuen, z. T.
spaltbaren Kernbrennstoffs Plutonium. Alle Tätigkeiten zur Behandlung, Aufarbeitung und Beseitigung
der abgebrannten Brennelemente werden zusammenfassend als Entsorgung bezeichnet. Zwei Arten der
Entsorgung sind möglich: →Wiederaufarbeitung mit Rückgewinnung und Wiederverwendung der nutzbaren
Anteile Plutonium und Uran oder direkte Endlagerung, bei der die abgebrannten Brennelemente
insgesamt als Abfälle deponiert werden. Die Brennelemente kommen zunächst in ein Zwischenlager, in
dem ihre Aktivität abklingt. Bei einer dann folgenden Wiederaufarbeitung werden wiederverwertbares
Uran und Plutonium von den radioaktiven Spaltprodukten getrennt. Für die Wiederverwendung im Kernkraftwerk
müssen Plutonium und Uran - dieses u. U. nach erneuter Anreicherung - wieder zu Brennelementen
verarbeitet werden. Mit ihrem Einsatz im Kernkraftwerk schließt sich der Brennstoffkreislauf. Bei
der direkten Endlagerung wird das gesamte Brennelement einschließlich der Wertstoffe Uran und Plutonium
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. Beide Wege - Wiederaufarbeitung und direkte Endlagerung - sind in
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