© Preußische Allgemeine Zeitung / 21. Januar 2006

Die Anzahl der Arbeitsschritte offenbart die Absicht

Das Fatale an Situationen wie der gegenwärtigen im Atomstreit mit dem Iran ist, daß sowohl friedlich genutzte Kernkraftwerke als auch Atombomben denselben Brennstoff benötigen – Uran. Es scheint also zunächst einmal gar nicht so einfach, zu überwachen, wozu ein Land Uran braucht.

Nun, in der Praxis ist das eigentlich doch recht einfach. Denn das Schwermetall Uran ist so, wie es in der Natur vorkommt, weder zur Energieerzeugung noch zur Vernichtung brauchbar. Es besteht zu 99,27 Prozent aus dem stabilen, nicht spaltbaren Uran238 und nur zu gut 0,7 Prozent als dem instabilen, spaltbaren (also radioaktiven) U235.

Diese beiden Uranarten – man spricht hier von Isotopen – unterscheiden sich durch die Anzahl von Neutronen in ihren Atomkernen. Beide Isotope haben in ihrem Kern 92 Protonen (elektrisch positiv geladen); dem entsprechend wird der Kern in verschiedenen Abständen (auf sogenannten Schalen) von insgesamt 92 elektrisch negativ geladenen Elektronen umschwirrt.

Die Neutronenzahl im Kern aber beträgt beim U235 143, hingegen beim U238 146. Die Kernladungszahlen (Protonen) und damit die chemischen Eigenschaften sind gleich; die Massenzahlen (Protonen plus Neutronen) und damit die physikalischen Eigenschaften dagegen sind unterschiedlich. Der entscheidende Unterschied ist darin zu sehen, daß das Uranisotop U235 durch thermische (langsame) Neutronen spaltbar ist, das U238 dagegen nicht.

Um überhaupt einen energiespendenden Spaltprozeß in Gang bringen zu können, muß der Anteil an spaltbarem Material also gegenüber dem natürlichen Zustand deutlich erhöht werden. Diesen Vorgang nennt man Anreicherung. Die heute üblichen Leichtwasserreaktoren brauchen Brennelemente mit einem Anteil von drei bis fünf Prozent Uran235. In Forschungsreaktoren (zum Beispiel im nuklearmedizinischen Bereich) sind auch Anreicherungen bis zu zehn Prozent sinnvoll).

Völlig anders sieht es im militärischen Bereich aus. Hier will man ja gerade keinen kontrollierten Ablauf des Spaltprozesses, sondern eine Freisetzung der Spaltenergie auf einen Schlag. Wer eine Atombombe bauen will, muß einen Anreicherungsgrad von 90 Prozent oder deutlich darüber, bis hin zu etwa 97 Prozent Spaltmaterial erzielen.

Beginnen wir noch einmal bei „Mutter Natur“. Man baut Uranerz ab, bereitet es auf und hat nun eine Probe von beispielsweise 1.000 Uranatomen. Darunter sind nur sieben verwertbare Uran235-Isotope. Chemisch unterscheiden die beiden Arten sich nicht; sie können also auch nicht mit chemischen Mitteln getrennt werden, sondern nur mit physikalischen.

Dabei macht man sich den geringfügigen Unterschied bei der Kernmasse zunutze; das begehrte U235 ist ja um drei Neutronen „leichter“! Seit den 40er Jahren werden zwei Verfahren industriell angewandt: Diffusion und Zentrifugen. Anreichung mit Hilfe von Laserbeschuß wird derzeit nur zu Forschungszwecken angewandt; eine sinnvolle industrielle Nutzung dieses Verfahrens ist noch nicht in Sicht.

Erst wenn sich der Ausgangsstoff in gasförmigem Zustand befindet, ist eine physikalische Trennung der beiden Isotope überhaupt sinnvoll, da sonst die Teilchengeschwindigkeiten nicht hoch genug sind. Man stellt also zunächst die Verbindung Uranhexafluorid (UF6) her, bei der an einem Uranatom sechs Fluoratome andocken. Fluor ist ein äußerst stabiles Element; es gibt nur ein einziges Isotop mit der Massenzahl 19.

Nun hat man ein Gemisch aus 99,3 Prozent „schwerem“ und lediglich 0,7 Prozent „leichtem“ Uranhexafluorid. Die wenigen Moleküle mit einem U235-Kern sind aber um nur 0,85 Prozent „leichter“ als die anderen. Diese winzige Massendifferenz muß ausreichen, um eine Trennung und Anreicherung zu erzielen.

Beim Diffusionsverfahren wird das UF6-Gas unter hohem Druck in eine Zelle mit einer Membran gedrückt. Dabei wandern die etwas leichteren Moleküle mit U235 etwas schneller durch die Membran, an deren Rückseite man eine gringfügig höher angereicherte Mischung abnehmen kann. Diese muß erneut komprimiert und wieder heruntergekühlt werden, bevor man sie dem nächsten Diffusionsvorgang zuführen kann.

Bei diesem Verfahren ist der sogenannte Trennfaktor, um den das Urangemisch in einem einzigen Arbeitsvorgang angereichert wird, mit nur 1,004 äußerst gering. Um Brennelemente für einen Leichtwasserreaktor zu gewinnen, muß man das Uranhexafluorid 1200 bis 1400 mal durch solche Membranen pressen. Für hochangereichertes, kernwaffentaugliches Material vervielfacht sich die Zahl der Diffusionsschritte noch erheblich. Die Methode ist zudem sehr energieaufwendig. So haben die Franzosen für ihre Anreicherungsanlage im Rhônetal eigens einen AKW-Block mit 915 Megawatt elektrischer Leistung errichtet. Allgemein rechnet man damit, daß eine Diffusionsanlage etwa vier bis fünf Prozent der später aus dem angereicherten Uran erzeugbaren Energie verbraucht.

Mehr und mehr Länder, so auch der Iran, gehen inzwischen zum Verfahren der Gaszentrifuge über. Hier wird gasförmiges UF6 in einen Zylinder gegeben, der mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Durch die Fliehkraft (Zentrifugalkraft) werden die etwas schwereren Moleküle stärker nach außen gedrückt. Der Anreicherungsfaktor ist mit 1,18 deutlich günstiger als bei der Diffusion. Damit kommt man mit weitaus weniger Arbeitsschritten aus; auch ist der Energieverbrauch spürbar niedriger.

Für beide Verfahren aber gilt: Da man sehr genau weiß, wie viele Trennschritte erforderlich sind, um hochangereichertes Uran für eine Atombombe zu erzeugen, ließe sich eine rein friedliche Nutzung der Kernenergie auch relativ einfach belegen und überwachen.