Wiederaufarbeitung

Seit Erforschung und Nutzung der Kernenergie, in Deutschland seit 1955, war man sich einig, dass die kommerzielle Nutzung der Kernkraft in einem geschlossenen Brennstoffkreislauf erfolgen soll. Die Wiederaufarbeitung war deshalb ein zentrales Element, damit der Brennstoffkreislauf verwirklicht werden konnte. Aus rein politischen Gründen wurde die Wiederaufarbeitung in Deutschland aufgegeben.

Die Aufgabe der Wiederaufarbeitung ist erstens die Rückgewinnung von noch nicht verbrauchten Spalt- und Brutstoffen und zweitens die Abspaltung von radioaktiven Spaltprodukten (Recycling noch nutzbarer Stoffe).

Ein weiteres Motiv, das vor allem aus sicherheitstechnischen Aspekten heraus gewählt wurde, ist die Verfestigung der abgetrennten Spaltprodukte und die anschließende Endlagerung. Dadurch ist ein wesentlich geringeres Gefährdungspotenzial vorhanden als bei der direkten Endlagerung.

Eine Sonderstellung nimmt hierbei das bei der Kernspaltung durch Neutroneneinfang entstandene Plutonium ein. Es ist einerseits in der Isotopenform Pu-239 und Pu-241 ein Spaltstoff, der im Reaktor wieder verwendet werden kann, andererseits aber ein Alphastrahler mit sehr langer Halbwertszeit. Weiterhin kann Plutonium unter bestimmten, technisch schwierigen Voraussetzungen als Kernsprengstoff missbraucht werden.

Dies führt zu konträren Meinungen:

Keine Wiederaufbereitung, damit man nicht an das gereinigte Plutonium kommen kann.
Wiederaufarbeitung, um einerseits eine unnötige Inanspruchnahme der Uranreserven zu vermeiden und andererseits die Erhöhung des Langzeitrisikos durch große Halbwertszeiten zu vermindern.

Nach der im Frühjahr 1989 von den deutschen Elektrizitätsversorgungsunternehmen gefällten Entscheidung, auf eine nationale Wiederaufarbeitung - wie sie für Wackersdorf geplant war - zu verzichten, wird die Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente aus deutschen Leichtwasserreaktoren in Frankreich und in Großbritannien durchgeführt.

Mit den Betreibern der französischen Anlage in Cap de la Hague und der britischen Anlage in Sellafield wurden Verträge abgeschlossen, die die Aufarbeitung deutscher Brennelemente zunächst bis zum Jahr 2005 sicherstellen. Der dabei entstehende radioaktive Abfall muss jedoch in konditionierter Form zurückgenommen und hier endgelagert werden.

Darüber hinaus wurde im Atomgesetz vereinbart, dass die Wiederaufarbeitung und die direkte Endlagerung gleichwertige Partner sind.

WiederaufarbeitungNach dem Einsatz der Brennelemente in einem Reaktor hat sich die Zusammensetzung der Urantabletten geändert.

Der Spaltstoff U-235 wird durch Kernspaltungen verbraucht. Die bei den Kernspaltungen entstehenden Spaltprodukte sind radioaktiv. Dieser Verbrauch an Spaltstoff wird Abbrand genannt (obwohl im Reaktor keine Verbrennung stattfindet). Der Grad des Abbrandes wird in erzeugter thermischer Energie pro Masse Brennstoff angegeben. Bei Leichtwasserreaktoren werden mittlere Abbrandwerte von 40 MWd/kg erreicht (1 MWd = 24.000 kWh).
Durch Neutroneneinfang entsteht aus U-238 das Plutoniumisotop Pu-239 (sowie in geringem Umfang weitere Plutonium- und Transplutoniumisotope). Pu-239 wird durch langsame Neutronen gespalten oder es wandelt sich zu verschiedenen Aktiniden um.

Nach der Entnahme lagert man die Brennelemente in einem Wasserbecken im Kernkraftwerk. Für die Wiederaufarbeitung ist ein Eingangslager und damit die Zwischenlagerung notwendig, um die Brennelemente zu sammeln und damit eine genügend große Charge zu bekommen. Ferner ist man bestrebt, nur Kernbrennstoffe zu erhalten, die bereits eine gewisse Zeit lagern (meist mindestens 7 Jahre).

Bei der Herstellung der Brennelemente werden zwei wesentliche Sicherheitsbarrieren aufgebaut:

Der Brennstoff liegt als Keramik vor (UO₂-Pellets).
Die Brennstäbe umhüllen den Brennstoff gasdicht.

Diese Barrieren müssen bei der Wiederaufarbeitung wieder aufgelöst werden. Zunächst werden die Brennstäbe aufgesägt, der Kernbrennstoff wird in heißer Salpetersäure aufgelöst und durch weitere chemische Verfahren wird eine Trennung in drei Komponenten vorgenommen: Uran, Plutonium, Spaltprodukte.

Abgetrenntes Plutonium kann direkt als neuer Spaltstoff eingesetzt werden (U-Pu-Mischoxidbrennstäbe).
Das im Uran entstandene U-236 erschwert dagegen einen erneuten Einsatz des Urans in Leichtwasserreaktoren. In Brutreaktoren ist es dagegen besser verwendbar.
Die radioaktiven Spaltprodukte bzw. Aktiniden müssen verpackt und sicher endgelagert werden, damit sie auf Dauer aus der Biosphäre ausgeschlossen sind.
Das Hüllrohrmaterial, das durch Neutronenbestrahlung radioaktiv geworden ist, wird ebenfalls endgelagert.