Brennelemente für Putin?

Von Hans Hofmann-Reinecke

Im atomfreien Deutschland werden jetzt Brennelemente ausgerechnet für russische Atomreaktoren hergestellt. Werden dabei nicht eine ganze Reihe politischer Tabus gebrochen? Das mag schon sein. Hier sollen aber nur die technisch-physikalischen Aspekte dieses Geschäftes betrachtet werden.

James Watt

Seit Erfindung der Dampfmaschine wissen wir, dass Muskelkraft durch Feuer ersetzt werden kann, dass sich Hitze durch entsprechende Vorrichtungen in mechanische Arbeit verwandeln lässt. Als Energiequellen dienen uns Kohle, Gas oder Holz – das sind quasi die „Brennelemente“ für unsere konventionellen Kraftwerke.

Sie alle nutzten die chemische Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft. Dabei arrangieren sich die Elektronen der beteiligten Atome – etwa des Kohlenstoffs – mit denen des Sauerstoffs in einer neuen Anordnung, die niedrigere Energie hat. Dieser Fall auf eine niedrigere Energiestufe wird dann in Form von Hitze abgegeben – stellen wir uns etwa eine Treppenstufe von 20 Zentimetern vor.

Vor knapp hundert Jahren entdeckte man dann, dass auch die winzigen Kerne der ohnehin schon winzigen Atome aus noch winzigeren Teilchen bestehen, aus unvorstellbar kleinen Legosteinchen – den „Nukleonen“. Die gibt es in zwei Ausführungen: „Protonen“ und „Neutronen“, und auch sie können sich in der einen oder anderen Form zusammenballen, die dann auf unterschiedlichen Energiestufen liegen. Die entsprechenden Treppenstufen haben dann allerdings keine 20 cm, sondern 200 Kilometer!

Das nukleare Zeitalter

Eine Anhäufung von Nukleonen kann sich aufspalten, so wie ein dicker Wassertropfen sich in zwei kleinere teilen kann. Das passiert etwa mit dem Kern aus 93 Protonen und 142 Neutronen,  wenn man ihn mit einem einzelnen Neutron beschießt. Dann spaltet er sich in zwei kleinere auf, wobei das Millionenfache der Energie frei wird, wie in dem zuvor beschriebenen Spiel der Elektronen bei der Verbrennung.

Dieser Kern kommt im natürlichen Element Uran vor, wenn auch in geringem Prozentsatz.

Bei seiner Spaltung werden also zwei kleinere Kerne, aber auch ein paar einzelne Neutronen verschleudert, die dann andere Kerne zur Spaltung anregen. Voilà – das ergibt eine Kettenreaktion, bei der sehr  viel Energie frei wird. Wenn das ungezügelt geschieht, dann haben wir eine Bombe. Für die Nutzung als Energiequelle muss man sich also überlegen, wie man diese Kernspaltung zügeln kann. Das gelang den Ingenieuren und Physikern, und sie entwickelten die Kernreaktoren. (Bei der Kernfusion ist das bisher nicht gelungen).

In den Kernreaktoren hängt das Uran in der Form von „Brennelementen“, die ihre Energie  in kontrollierter Form abgeben. (Es ist übrigens kein natürliches Uran, man muss den Anteil der spaltbaren Kerne erst künstlich „anreichern“).

Geometrisch angeordnet

Der Brennstoff wird als pulverisiertes Uranoxid UO2 in dünne Röhrchen von ca. 10 Millimeter Durchmesser gefüllt, etwa so dick wie ein Filzschreiber, aber deutlich länger: 4 bis 5 Meter. Das sind die „Brennstäbe“ (Fuel Rods). Ein paar hundert davon werden dann sauber geometrisch angeordnet, etwa in einem 17 x 17 Quadrat, mit entsprechender Armierung und Abstandshaltern; in russischen Reaktoren werden sie auch als Sechsecke angeordnet. Das ganze wiegt dann vielleicht 700 kg und nennt sich „Brennelement“ (Fuel Asssembly).

In einem typischen Reaktor hängen ein- zweihundert Brennelemente, also zigtausend Brennstäbe,  die dort 4-5 Jahre ihre Arbeit tun. Hier ein Tipp für Selfie-Fanatiker: Wenn Sie ein Bild von sich neben einem Brennelement machen möchten, dann tun Sie das, bevor es im Reaktor war. Sie können sich beruhigt daneben stellen. Wenn es nach getaner Arbeit aus dem Reaktor kommt würden Sie das keine Sekunde überleben. Die bei der Kernspaltung entstandenen Produkte sind so radioaktiv, dass das Ding erst einmal für viele Jahre in tiefes Wasser, im „Abklingbecken“, versenkt werden muss.

Die Brennelemente mit ihren unzähligen Röhrchen unterliegen also mörderischen Bedingungen und dürfen während ihres jahrelangen Einsatzes auf keinen Fall brechen oder in anderer Form versagen. Das würde zwar keine Gefahr für die Allgemeinheit verursachen, aber erhebliche Kosten für den Betreiber. Die Brennstäbe müssen daher mit extremer Sorgfalt gefertigt und gnadenlosen Qualitätskontrollen unterzogen werden. Es gibt nur wenige solcher Hersteller.

Russisch und sechseckig

Einer von ihnen ist die deutsche Advanced Nuclear Fuels GmbH (ANF) in Lingen, die heute  zu 100% der französischen Framatome gehört. Die Firma ist seit Jahrzehnten in dieser Branche tätig, sie hat den Atomausstieg überlebt und früher natürlich auch deutsche AKWs beliefert. Und sie kann auch Brennelemente für russische „V VER“ Reaktoren mit ihrer eigenwilligen sechseckigen Geometrie herstellen.

Soll Deutschland jetzt etwa Russland mit Brennelementen versorgen? Natürlich nicht, aber es gibt eine Reihe osteuropäischer Länder, wie die  Slowakei, Ungarn, Tschechien, Bulgarien und Finnland, die seit Jahren solche russischen V VER Kernkraftwerke betreiben, und die aus politischen Gründen ihre Brennelemente  heute nicht mehr bei Putin einkaufen möchten.  Und die bekommen ihre Brennelemente jetzt ausgerechnet vom atomfeindlichen Deutschland geliefert.

Was für eine Ironie  der Geschichte.

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