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| Uran-235 wird am effektivsten von langsamen Neutronen gespalten.
Neutronen mittlerer sowie höherer Geschwindigkeit können
aber auch von Uran-238 aufgenommen werden. Dabei tritt keine
Kernspaltung, sondern eine Umwandlung in das Uranisotop U-239
ein. Es wandelt sich in zwei Schritten unter Aussenden von Betateilchen
zu Pu-239 um. Pu-239 ist ein Alphastrahler und hat eine Halbwertszeit
von 24.110 Jahren. Es wird durch langsame, günstiger aber durch
schnelle Neutronen gespalten und ist deshalb auch für Kernspaltung
geeignet. Durch Aufnahme weiterer Neutronen können sich aus Pu-239 auch andere Plutoniumisotope bilden: Pu-240, Pu-241, Pu-242 und Pu-243. Je länger die Uranbrennelemente im Reaktor verbleiben, desto mehr Plutonium bildet sich. Bei dem üblichen Einsatz der Brennelemente sind das etwa 10 g Plutonium pro 1 kg Uran. Plutonium ist das einzige künstliche Element, das in größeren Mengen erzeugt wird. In einem Leichtwasserreaktor mit einer elektrischen Leistung von 1 300 MW entstehen jährlich insgesamt etwa 313 kg Plutonium. Das nicht im Reaktor selbst gespaltene Plutonium wird bei der Wiederaufarbeitung der Brennelemente isoliert und in Brennelementen erneut eingesetzt. In den so genannten Mischoxid-Brennelementen wird neben UO2 bis zu 5 % PuO2 verwendet. Plutonium kommt in extrem kleinen Mengen auch in der Natur vor. In Uranerzlagern findet man Spuren von Pu-239, das durch die Neutronen der Höhenstrahlung ständig neu gebildet wird. Es kann auch durch Neutronen erzeugt werden, die bei der Spontanspaltung von U-238 oder U-235 entstehen. Spuren von Pu-244 (HWZ 8,26 · 107 a) stammen wahrscheinlich aus der Entstehungszeit der Erde. In 1 g natürlichem Uran sind 10-11 bis 10-12 g Plutonium enthalten. Das bedeutet, dass für die Gewinnung von 1 mg natürlichem Plutonium 1 000 t natürliches Uran chemisch aufgearbeitet werden müssten. Das in der Natur vorkommende Element Thorium-232 kann durch einen ähnlichen Umwandlungsprozess in Material verwandelt werden, das durch langsame Neutronen spaltbar ist. Ein Thoriumkern absorbiert ein Neutron, sodass das Thoriumisotop-233 entsteht (HWZ 22,3 min). Dieses geht unter Aussenden eines Betateilchens in das Element Protaktinium-233 über (HWZ 27,0 d). Durch eine weitere Betaemission wandelt sich das Protaktinium-233 in das Uran-233 um (HWZ 159 200 a). Die gezielte Gewinnung von Plutonium-239 und Uran-233 bezeichnet man als "breeding" (Brüten). Auf diesem Vorgang beruht die Funktion eines so genannten Brutreaktors. Eine Umwandlung von Uran-238 in Plutonium-239 findet in bestimmtem Umfang aber auch in jedem Leichtwasserreaktor statt, wie er sich heute in den üblichen Kernkraftwerken befindet. Diese Plutoniumkerne stehen dann auch für Kernspaltungen zur Verfügung. |