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U
Unfälle
Siehe Reaktorunfälle
Uran Element
Uran (Symbol U, Ordnungszahl 92) ist ein dichtes, weiches, silberweisses Metall, das in der Erdkruste sehr häufig vorkommt, aber meist in einer Konzentration, die so gering ist, dass sich ein Abbau nicht lohnt. Erst ab einer Konzentration von 0,2 Prozent wird der Abbau lohnend.
Von Uran sind heute 25 Isotope mit Halbwertszeiten zwischen 1 Sekunde und 4,468 Milliarden Jahren bekannt. In der Natur kommen nur die Isotope mit langen Halbwertszeiten vor, die kurzlebigen stammen alle von künstlichen Kernreaktionen.
Isotop (Beispiele)
Häufigkeit
Halbwertszeit
U-238
99,275%
4,468 Milliarden Jahre
U-235
0,72%
803,8 Millionen Jahre
U-234
0,0055%
245'500 Jahre
Uran ist ein radioaktives Element. Die langlebigen Isotope sind vorwiegend Alphastrahler. Uran ist chemisch sehr giftig, in löslicher Form in den Körper aufgenommen schädigt es die Nieren. Die radioaktive Strahlung kann ausserdem Schädigungen in Form von Mutationen und Krebs verursachen. In der Natur kommt Uran in 230 verschiedenen, sauerstoffhaltigen Mineralien vor (Oxide, Phosphate, Silikate, Arsenate usw.)
Uranabbau
Uran wird im Tagebau, in Minen unter Tag und im genannten In-Situ-Lösungsbergbau gewonnen. In letzterem wird das Material durch Chemikalien, z.B. Schwefelsäure gelöst und aus dem Boden gepumpt. 1999 stammten 54% aus offenen Minen, 27% aus Untertagebau und 13% aus Lösungsbergbau.
Aus dem Uranerz wird mittels Schwefelsäure, Salpetersäure, Ammoniumnitrat oder Ammoniakgas das Uran herausgelöst und zu so genanntem „Yellowcake“ (gelber Kuchen) verarbeitet.
Der Uranabbau ist problematisch, weil strahlender Abraum und hochgiftige, strahlende Abwässer entstehen. Aus einer Tonne Uranerz entstehen durch den Verarbeitungsprozess in Uranmühlen fast eine Tonne feste und zwei Tonnen flüssige Abfälle. Sowohl Abraum wie die zu Schlamm eingedickten Abwässer sind radioaktiv und werden offen auf Halden oder in Schlammbecken gelagert, ohne dass man bis heute weiss, wie man sie anders lagern könnte. Sie bilden dadurch eine permanente Gefahr für die meist indigenen Anwohner. Siebzig Prozent der Uranminen liegen auf den Territorien indigener Völker, was auch schon als „Laune der Natur“ bezeichnet wurde.
Laut IAEO befinden sich die grössten Uranerzvorkommen in den USA, in Niger, Australien, Kasachstan, Namibia, Südafrika, Kanada, Brasilien, der Ukraine und in Usbekistan. Nach gegenwärtigen Fördermengen ergibt sich folgende Rangfolge: Australien, Kanada, Russland, Niger, Namibia, Kasachstan, Usbekistan, Südafrika und USA.
Im Jahre 2006 wurden insgesamt 39'603 Tonnen Uran gefördert, der Verbrauch betrug gleichzeitig 66'500 Tonnen. Verursacht durch den geplanten Bau neuer Atomkraftwerke soll laut IAEO der Verbrauch bis 2030 auf jährlich 94'000 bis 122'000 Tonnen steigen.
Schätzungen wie lange die sinnvoll abbaubaren Uranreserven reichen liegen zwischen 25 und 200 Jahren. Heute werden für die weltweit in Betrieb stehenden Reaktoren in der Regel 70 Jahre angegeben. Bis im Jahre 2030 sollen zusätzlich gegen 400 weitere Reaktoren in Betrieb gehen, allein China plant den Bau von 40 Atomkraftwerken. Das zur Verfügung stehende Uran dürfte also eher früher knapp werden, möglicherweise zeitlich parallel zu den Problemen mit der Erdölförderung.
Das gewonnene Erz kommt in die Uranerzaufbereitungsanlage, auch Uranmühle genannt, wo es chemisch gereinigt wird. Die Schlämme (tailings), die dabei anfallen, lagert man in offenen, künstlich angelegten Becken, den Schlammabsetzanlagen, die über Jahrmillionen strahlen.
Uran-Anreicherung
Natururan besteht zu 99,3 Prozent aus dem Isotop Uran-238. Das mit 0,7 Prozent vertretene Isotop Uran-235 ist dasjenige, das sich nach dem Einfangen eines Neutrons spontan spaltet und dadurch zum Betrieb von Atomreaktoren eignet. Für den Einsatz als Reaktorbrennstoff in Leichtwasser-Reaktoren muss der Anteil an Uran-235 allerdings auf 3 bis 5 Prozent erhöht werden. Das Verfahren, mit dem dies erreicht wird, heisst Anreicherung.
Anreicherungsanlagen sind in China, Deutschland, Frankreich, Grossbritannien, Japan, den Niederlanden, Russland, Iran und in den USA in Betrieb.
Anreicherungsverfahren
- Diffusionsmethode. Gasförmiges Uranhexafluorid diffundiert durch eine Membran. U-235 diffundiert besser als U-238, weil es leichter ist. Der Anreicherungseffekt ist so gering, dass man 1200 hintereinander geschaltete Anlagen braucht, um den für Leichtwasserreaktor nötigen Anreicherungsgrad zu erreichen. Um 1 kg Uran anzureichern, sind 2'300 – 2'500 kWh elektrischer Energie nötig.
- Gaszentrifugen. Die Anreicherung mittels Zentrifugen ist heute das gängigste Verfahren. Mit Zentrifugen von über 90'000 Umdrehungen/Minute wird bei gasförmigem Uranhexafluorid das schwerere U-238 vom leichteren U-235 getrennt.
- Elektromagnetische Anreicherung. Die Uranatome werden ionisiert, durch ein elektromagnetisches Feld beschleunigt und anschliessen magnetisch getrennt. Auf diese Weise wurde das Uran für die ersten amerikanischen Atombomben angereichert. Heute spielt dieses Verfahren in Bezug auf die Urananreicherung, wegen des grossen Aufwandes keine Rolle mehr.
- Laseranreicherung. Entwicklung wegen unüberwindbarer technischer Probleme eingestellt.
- Trenndüsenverfahren. Sehr hoher Energieaufwand. In Deutschland in den Achtzigerjahren entwickelt, in Brasilien Anwendung vorgesehen, aber nie realisiert. Anlage in Südafrika bis 1990 in Betrieb.
Anreicherung und Atomwaffen
Zur Herstellung von Atombomben ist entweder Plutonium oder praktisch reines Uran-235 nötig. Jedes Land mit Anreicherungsanlagen ist theoretisch in der Lage, waffenfähiges Uran herzustellen. Unter diesen Vorzeichen ist auch die seit 2005 andauernde Auseinandersetzung um das iranische Atomprogramm zu verstehen. 2010 hat der iranische Präsident Ahmadinedschad erklärt, Uran bis 20% anreichern zu wollen.
Uranmühle
Uranerz-Aufbereitungsanlagen heissen „Uranmühlen“. Hier wird das Uranerz, das lediglich 0,2 Prozent reines Uran enthält, gemahlen. Mittels Chemikalien (Schwefelsäure, Salpetersäure, Ammoniak u.a.) wird das Uran herausgelöst. Als Endprodukt entsteht der Yellowcake.
Zwei Tonnen Erz ergeben ungefähr ein Kilogramm Yellowcake.
Die Abfallprodukte der Uranmühlen werden als Schlamm in offenen Becken gelagert. Was in Zukunft mit diesem Schlamm geschehen soll ist offen. Trocknen die Becken aus, wird radioaktiver Staub über weite Distanzen verfrachtet.
Gefahr besteht beim Brechen der Beckendämme, geschehen z.B. 1977 in Grants (New Mexico/USA) wo 5’000Tonnen Schlamm und mehrere Millionen Liter verseuchtes Wasser ausgeflossen sind. 1979 fliessen in Church Rock (New Mexico) 1'000 Tonnen Schlamm und 400 Millionen Liter giftige Flüssigkeit aus.
In den USA machten diese Schlämme 95 Prozent der bis dahin angesammelten radioaktiven Abfälle aus.
Die grösste Uranmine Russlands – laut deren Direktor sogar die grösste der Welt – liegt in Krasnokamensk in Sibirien.
Uranspaltung
Siehe Atomspaltung