Fortgeschrittene Kernreaktoren benötigen eine andere Art von Uran. Hier sind 4 Dinge, die man wissen sollte:1. Typ des Uranbrennstoffs: Fortgeschrittene Reaktoren verwenden oft angereichertes Uran, das höhere Konzentrationen von U-235 enthält, im Vergleich zu den traditionellen Leichtwasserreaktoren. 2. Effizienz und Sicherheit: Der spezielle Brennstoff, der in fortgeschrittenen Reaktoren verwendet wird, kann effizienter und sicherer sein, da er bei höheren Temperaturen stabil bleibt und weniger Abfall produziert. 3. Herausforderungen bei der Verarbeitung: Die Produktion und Verarbeitung dieser speziellen Uranbrennstoffe erfordert moderne Technologien und spezialisierte Einrichtungen. 4. Zukünftige Perspektiven: Die fortschrittlichen Reaktoren haben das Potenzial, die Energieerzeugung der Zukunft zu transformieren, indem sie sicherere, sauberere und nachhaltigere nukleare Optionen bieten.
Die Kernkraft der Zukunft wird Brennstoff benötigen. Das führt dazu, dass Regierungen, Energieunternehmen und Kerntechniker darauf drängen, ihre Hände an HALEU (hochangereichertes schwach angereichertes Uran) zu bekommen.
HALEU (ausgesprochen wie „Hey, Lou“) war bisher ein Nischenmaterial, das hauptsächlich in Kernreaktoren für wissenschaftliche Forschungen verwendet wurde. Aber jetzt haben mehrere Unternehmen in den Vereinigten Staaten neuartige Typen von Kernreaktoren vorgeschlagen, die sie behaupten, effizienter und sicherer elektrische Energie zu erzeugen. Solche Reaktoren, von denen viele mit HALEU betrieben werden, sind ein wesentlicher Bestandteil des Plans der US-Regierung, den zukünftigen Bedarf an sauberer Energie zu decken. Am 10. Juni begann TerraPower, ein von Bill Gates gegründetes Unternehmen, mit dem Bau eines der ersten Reaktoren dieser neuen Generation, die mit HALEU betrieben werden. Aber derzeit produziert die Vereinigten Staaten diesen Brennstoff nicht in den Mengen, die von dieser Kohorte benötigt werden. Während das US-Energieministerium die Entwicklung solcher fortschrittlichen Reaktoren finanziert, arbeitet es auch daran, eine ausreichende Versorgung mit HALEU-Brennstoff zu sichern.
Aber einige Wissenschaftler äußern Bedenken über den Aufstieg von HALEU. Laut einem Kommentar in der Science vom 7. Juni könnte HALEU zur Herstellung einer Atombombe verwendet werden, etwas, das mit dem gegenwärtigen reaktorgradigen Brennstoff nicht möglich ist.
Das Potenzial von HALEU, Energie bereitzustellen, und die damit verbundenen Waffenbedenken werfen dringende Fragen auf. Hier sind vier Dinge, die man über HALEU wissen sollte.
Im Vergleich zum Standardreaktorbrennstoff enthält HALEU einen größeren Anteil einer Schlüsselart von Uran, des Isotops Uran-235. U-235 ist spaltbar: Sein Kern teilt sich in zwei Teile, wenn er ein niedrigenergetisches Neutron aufnimmt, wobei Energie freigesetzt wird.
Natürlich vorkommendes Uran enthält nur etwa 0,7 Prozent U-235. Der größte Teil des Rests ist das Isotop U-238. Um in einem Kernkraftwerk verwendet zu werden, muss Uran angereichert werden, um mehr U-235 zu enthalten. Standardreaktorgerechtes Uran enthält etwa 3 bis 5 Prozent U-235. Uran, das auf 20 Prozent oder mehr angereichert ist, ist als hochangereichertes Uran bekannt, das im Gegensatz zu reaktorgradigem Uran zur Herstellung von Atomwaffen verwendet werden kann.
HALEU liegt zwischen diesen beiden Extremen und enthält etwa 5 bis 20 Prozent U-235. Das bedeutet, dass es auf Weisen verwendet werden kann, die mit reaktorgradigem Uran nicht möglich sind, aber die Vereinigten Staaten und andere Länder beschränken seine Nutzung nicht so streng wie hochangereichertes Uran.
Das Interesse an fortschrittlichen Kernreaktoren hat das Interesse an HALEU genährt. Dieser Begriff umfasst eine Vielzahl von Reaktordesigns, die nicht dem Standardmuster für Reaktoren in den Vereinigten Staaten entsprechen. Fortgeschrittene Reaktoren sind oft kleiner als typische Reaktoren und können eine andere Substanz als normales Wasser zur Kühlung verwenden, z. B. flüssiges Natrium. Und fortschrittliche Reaktoren benötigen üblicherweise HALEU, das typischerweise auf knapp unter 20 Prozent angereichert ist.
Mit HALEU „können Sie den Kern kleiner und energieeffizienter machen, wodurch die Baukosten gesenkt werden“, sagt der Kerningenieur Josh Jarrell vom Idaho National Laboratory in Idaho Falls. Und HALEU-Brennstoff kann in Formen verwendet werden, die sich von dem in derzeitigen Reaktoren verwendeten Uranoxidbrennstoff unterscheiden. Einige Reaktordesigns verwenden einen metallischen Brennstoff oder mit einer Beschichtung versehene Pellets aus Urandioxid in Mohnsamen-Größe, die als TRISO bekannt sind. Die unterschiedlichen Brennstoffoptionen und die verschiedenen Reaktordesigns können laut Jarrell ein Pluspunkt für die Sicherheit sein. „Je nach Design erfordern sie eigentlich kein menschliches Eingreifen, um sicher heruntergefahren zu werden.“
Derzeit existieren die meisten fortschrittlichen Reaktoren in den Vereinigten Staaten nur auf dem Papier. Aber das DOE finanziert zwei Demonstrationsprojekte für fortschrittliche Reaktoren: TerraPowers Natriumreaktor in Kemmerer, Wyoming, und X-Energys Xe-100 Reaktor in Seadrift, Texas. Beide benötigen HALEU.
Es gibt keinen etablierten, großflächigen kommerziellen Lieferanten von HALEU in den Vereinigten Staaten. Und egal wie fortschrittlich ein Reaktor ist, er ist nutzlos ohne Brennstoff. Russland produziert HALEU, aber ein im Mai verabschiedetes US-Gesetz wird den Großteil des Uranimports aus Russland verbieten.
Um sicherzustellen, dass fortschrittliche Reaktorprojekte Brennstoff haben, unterstützt die US-Regierung die Bemühungen zur Produktion des Materials. Ein in Maryland ansässiges Unternehmen, Centrus Energy Corp., hat begonnen, als Teil eines Demonstrationsprojekts in Zusammenarbeit mit dem DOE in einer Anreicherungsanlage in Piketon, Ohio, etwas HALEU zu produzieren.
