Die Weltenergievorräte - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 115

Da der Moderator zum Teil auch selbst Neutronen absorbiert, muss bei abnehmenden
Abbremsvermögen β des Moderators die Menge des spaltfähigen Materials erhöht wer-
den. Leichtes Wasser als Moderator hat ein relativ geringes Abbremsvermögen und daher
genügtnatürliches Uran miteinem U-Anteil von 0,7 % nicht, um den Reaktor kritisch zu
machen. Natürliches Uran muss auf einen U-Anteil von mindestens 3 % angereichert
werden. Wird dagegen schweres Wasser als Moderator und Kühlmittel verwendet, dann
genügt Uran mit dem natürlichen U-Anteil von 0,7 %, um die Kettenreaktion aufrecht
zu erhalten.
Ein Reaktortyp mit schwerem Wasser als Moderator wurde um 1960 in Kanada entwi-
ckelt, er ist in Fachkreisen unter dem Namen CANDU bekannt. Sein Nachteil ist, dass die
erforderlichen Mengen an schwerem Wasser nicht einfach zu beschaffen sind und die Be-
schaffung daher teuer ist. Auf jeden Fall wurden nur 33 Reaktoren des CANDU-Typs auf
der Welt errichtet, 25 davon in Kanada, mit, wie berichtet wird, erheblichen Problemen in
ihrem Betrieb.
Die meisten Reaktoren verwenden leichtes Wasser als Moderator, ihr Brennstoff muss
daher mit U angereichert sein. Wie lässt sich natürliches Uran anreichern?
Chemische Verfahren scheiden aus, da sich Uund Uchemischganzgleichver-
halten. Es bleiben nur physikalische Verfahren, die auf dem Unterschieden zwischen den
Kernen der beiden Uranisotope (Masse und Spin) basieren. Zu diesen Verfahren zählen:

• Die Massendiffusion durch eine poröse Wand.
Das schwere U diffundiert langsamer als das leichtere U. Der Unterschied der Dif-
fusionsgeschwindigkeiten ist allerdings sehr gering und beträgt bei einer Temperatur
von T = K ( ○ C) nur

Δ v

v =

,. (5.13)

Um einer Anreicherung von 0,7 % auf 3 % zu erreichen, sind etwa 1200 Diffusionsstufen
notwendig. Das Diffusionsverfahren ist daher sehr aufwändig und wird heute praktisch
nicht mehr eingesetzt. Aber es war das erste Verfahren, mit dem die Massenanreiche-
rung großtechnisch in den USA gelang.
• Die Massentrennung in einer Ultrazentrifuge .
Die physikalische Grundlage dieses Anreicherungsverfahrens ist die Rotationsenergie
W rot , die ein Atomkern mit Massenzahl A besitzt, welcher sich in einem Abstand r mit
der Winkelgeschwindigkeit ω um die Achse einer Zentrifuge bewegt:

Ar ω . W rot ( A )∝ (5.14)

v =

Bei gleicher Geschwindigkeit rω besitzen daher verschiedene Massen verschiedene

Energien. Diese Abhängigkeit bewirkt, dasssich in einem Massengemischeine vomAb-
stand r abhängige Massenverteilung in der Zentrifuge einstellt. Die Anzahl der Kerne