Die Kernspaltung

Der aktive Teil der in deutschen Siede- und Druckwasserreaktoren verwendeten Brennstäbe besteht aus Uranoxid (UO2). Dabei handelt es sich beim Uran um das Isotop „Uran-235“, welches in der Natur mit einem Anteil von bis zu 0,7% in Uranerzen vorkommt. Natürliches Uran ist zumeist das nicht spaltbare Isotop Uran-238. Um Uran als Brennstoff in einem mit „Leichtwasser“ moderierten Kernkraftwerk zu verwenden, muss es aufwändig auf einen Uran-235-Anteil von rund 3% angereichert werden. Für den Bau einer Kernwaffe ist dieses Uran jedoch noch nicht geeignet, da für militärische Zwecke Anreicherungen von rund 60% benötigt werden.

Bei der Kernspaltung im Reaktor wird das Uran-235 mit Neutronen bestrahlt. Der Uran-235-Kern nimmt ein Neutron auf und es entsteht das ausgesprochen instabile Isotop Uran-236. Der Kern zerfällt unter hoher Energieabgabe in kleinere Spaltprodukte wie zum Beispiel Barium, Krypton sowie drei Neutronen oder Caesium, Rubidium sowie zwei Neutronen. Die freigesetzten Neutronen werden mit extrem hohen Geschwindigkeiten aus dem Kern geschossen, was die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass sie einen weiteren Uran-235-Kern auf das Isotop 236 anheben und die Kettenreaktion fortsetzen können. Aus diesem Grunde werden die freigesetzten Neutronen mithilfe eines „Moderators“ drastisch abgebremst. Erst durch den Moderator können sich die Neutronen wieder an Urankerne anlagern und den weiteren Kernspaltungsprozess im Gang halten.

Prinzip der Kettenreaktion beim Kernspaltungsprozess in einem Leichtwasser-Reaktor: Ein Neutron trifft auf einen Uran-235-Kern und lagert sich dort an. Es entsteht das instabile Isotop Uran-236, was kurz darauf in Spaltprodukte mit leichteren Kernen und zwei bis drei Neutronen unter hoher Energieabgabe zerfällt. Damit eine kontrollierte Kettenreaktion in einem Kraftwerksreaktor möglich wird, müssen die freiwerdenden Neutronen durch einen Moderator (in deutschen Kraftwerken: Wasser) gebremst werden.

Prinzip der Kettenreaktion beim Kernspaltungsprozess in einem Leichtwasser-Reaktor: Ein Neutron trifft auf einen Uran-235-Kern und lagert sich dort an. Es entsteht das instabile Isotop Uran-236, was kurz darauf in Spaltprodukte mit leichteren Kernen und zwei bis drei Neutronen unter hoher Energieabgabe zerfällt. Damit eine kontrollierte Kettenreaktion in einem Kraftwerksreaktor möglich wird, müssen die freiwerdenden Neutronen durch einen Moderator (in deutschen Kraftwerken: Wasser) gebremst werden.

Als Moderatoren kommen beispielsweise Wasser („leichtes Wasser“), Deuterium („schweres Wasser“) oder Graphit in Betracht. Leichtwasser-Reaktoren kombinieren die Eigenschaft des Wassers als Moderator und Kühlmittel. Reaktoren mit Graphit-Moderatoren benötigen eine zusätzliche Kühlung. Hier liegt ein deutlicher technischer Unterschied zwischen den in Deutschland eingesetzten Siedewasser- und Druckwasserreaktoren und dem Reaktor des Kernkraftwerkes Tschernobyl, dessen Block 4 am 26. April 1986 explodierte.

(rs/01-2016)