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Der Unterschied zwischen Uran-235 und Uran-238: Welche Verbindung besteht zwischen ihnen?
In der Welt der Kernenergie spielen verschiedene Isotope des Urans eine wichtige Rolle, insbesondere Uran-235 (235U) und Uran-238 (238U). Uran besteht in der Natur hauptsächlich aus drei Isotopen: Uran-238, Uran-235 und Uran-234. Diese Isotope weisen einige strukturelle Unterschiede auf, und diese Unterschiede haben weitreichende Auswirkungen auf die Anwendung von Kernenergie und Atomwaffen. In diesem Artikel werden die Eigenschaften von Uran-235 und Uran-238 sowie ihre Zusammenhänge genauer untersucht.
Uran-235 ist das einzige natürlich vorkommende Nuklid, das mit thermischen Neutronen gespalten werden kann.
Uran-238 macht mehr als 99 % des natürlichen Urans aus, während Uran-235 nur etwa 0,7 % ausmacht. Dies macht Uran-235 relativ selten, obwohl es gerade wegen seiner Spaltbarkeit ein wichtiger Bestandteil von Kernbrennstoffen ist. Wenn Uran-235 ein thermisches Neutron absorbiert, kommt es zu einer Kernspaltung, bei der Energie und zusätzliche Neutronen freigesetzt werden – eine Eigenschaft, die es zu einem idealen Brennstoff für Kernreaktoren macht.
Uranbergbau und -verarbeitung
Nach dem Uranabbau wird es einer Reihe von Verarbeitungsschritten unterzogen, um Uran zu extrahieren, das in Kernreaktionen verwendet werden kann. Das Uranerz wird zunächst gemahlen, um „Yellowcake“ herzustellen, ein konzentriertes Produkt, das Uranoxid enthält. Das Ergebnis dieses Prozesses ist der Rohstoff, der für die Weiterverarbeitung von Uran benötigt wird.
Der aus Uranerz gewonnene „Yellowcake“ enthält nach dem Mahlen etwa 80 % Uran, verglichen mit dem Urangehalt des ursprünglichen Erzes, der bei etwa 0,1 % liegt.
Die Weiterverarbeitung des Urans variiert je nach Verwendungszweck. Uran kann zur Verwendung in Reaktoren, die kein angereichertes Uran benötigen, in Urandioxid umgewandelt werden. Alternativ kann es zur Anreicherung in Uranfluorid umgewandelt werden, um hoch angereicherten Uranbrennstoff zu produzieren. Trotz der fehlenden Spaltbarkeit wird Uran-238 in den meisten kommerziellen Anreicherungsprozessen noch immer angereichert.
Uran-Anreicherung und Verwendung
Die meisten heutigen Kernreaktoren benötigen angereichertes Uran, das üblicherweise Uran-235 in einer Konzentration zwischen 3,5 und 4,5 Prozent enthält. Die wichtigsten Methoden zur Herstellung angereicherten Urans sind Gasdiffusion und Gaszentrifugation. Beide Technologien zielen darauf ab, die Konzentration von Uran-235 zu erhöhen, um die für verschiedene Reaktoren erforderlichen Brennstoffbedingungen zu erfüllen.
Früher war die Gasdiffusionstechnik die gängigste Methode zur Urananreicherung, doch mit der Entwicklung neuer Technologien wird heute überwiegend die Gaszentrifugation eingesetzt.
Spezialisiertes hochangereichertes Uran (HEU), typischerweise mit mehr als 20 % Uran-235, wird für militärische Zwecke und in speziellen Reaktoren verwendet. Diese hohe Urankonzentration ist nicht nur für die Erzeugung von Atomstrom unerlässlich, sondern stellt auch einen wichtigen Bestandteil von Atomwaffen dar. Es ist anzumerken, dass Uran-238 zwar nicht spaltbar ist, aber dennoch in bestimmten Kernreaktionen durch schnelle Neutronen gespalten werden kann, was die Anwendungsmöglichkeiten von Uran weiter erweitert.
Fortschritte bei der Uran-Wiederaufbereitung und Anreicherungstechnologie
Wiederaufbereitetes Uran (RepU) stammt aus verbrauchtem Kernbrennstoff, der einer Reihe chemischer und physikalischer Behandlungen unterzogen wurde, um wieder nutzbares Uran zu extrahieren. Diese Art von Uran hat eine höhere Konzentration als natürliches Uran. Dennoch muss in der heutigen Kernenergieindustrie mit der Präsenz von Uran-236 und den damit verbundenen Herausforderungen vorsichtig umgegangen werden, da es Neutronen verbrauchen und die Effizienz von Kernreaktionen beeinträchtigen kann.
Anwendung von niedrig und hoch angereichertem Uran
In den meisten kommerziellen Kernreaktoren wird vor allem schwach angereichertes Uran (LEU) verwendet, wobei die Konzentration von Uran-235 typischerweise zwischen 3 % und 5 % liegt, während sich die Anwendung von hoch angereichertem Uran (HEU) hauptsächlich auf das Militär und bestimmte Forschungsarbeiten konzentriert. Bedürfnisse. Durch die Verwendung von hoch angereichertem Uran kann die Konstruktion die Anforderungen eines hohen thermischen Neutronenflusses und einer strengen Kontrolle der Reaktordynamik erfüllen.
Besonders wichtig ist der Bedarf der medizinischen Industrie an hochangereichertem Uran, insbesondere für die Herstellung nuklearmedizinischer Isotope wie Molybdän-99.
Zukünftige Entwicklung und Sicherheitsüberlegungen
Mit der Weiterentwicklung der Urananreicherungstechnologie dürften in Zukunft kostengünstigere Methoden wie die Lasertrenntechnologie eingeführt werden, die den Energiebedarf senken und die Umweltrisiken verringern können. Allerdings sind angesichts der potenziellen Sicherheit dieser neuen Technologien und der Gefahr der Verbreitung von Atomwaffen stärkere Regulierungen und Maßnahmen erforderlich.
Die Bedeutung von Uran-235 und Uran-238 im Bereich der Kernenergie kann nicht ignoriert werden, und ihre miteinander verbundenen Eigenschaften geben Anlass zu der Frage: Wie können wir bei der nachhaltigen Entwicklung der Kernenergie ihre Sicherheit und ihren Energiebedarf in Einklang bringen?
