• Uran ist ein Schwermetall, das seit über 60 Jahren als reichhaltige Quelle konzentrierter Energie verwendet wird.
• Uran kommt in den meisten Gesteinen in Konzentrationen von 2 bis 4 ppm vor und ist in der Erdkruste so häufig wie Zinn, Wolfram und Molybdän. Uran kommt im Meerwasser vor und kann aus den Ozeanen gewonnen werden.
• Uran wurde 1789 von Martin Klaproth, einem deutschen Chemiker, in dem Mineral Pechblende entdeckt. Er wurde nach dem acht Jahre zuvor entdeckten Planeten Uranus benannt.
• Uran ist offenbar vor etwa 6,6 Milliarden Jahren in Supernovae entstanden. Obwohl es im Sonnensystem nicht üblich ist, stellt sein langsamer radioaktiver Zerfall heute die Hauptwärmequelle im Inneren der Erde dar und verursacht Konvektion und Kontinentaldrift.
• Aufgrund der hohen Dichte von Uran findet es auch Verwendung in Kielen von Yachten und als Gegengewicht für Steuerflächen von Flugzeugen sowie zur Strahlenabschirmung.
• Uran hat einen Schmelzpunkt von 1132°C. Das chemische Symbol für Uran ist U.
Das Uranatom
Auf einer Skala, die nach der zunehmenden Masse ihrer Kerne geordnet ist, ist Uran eines der schwersten aller natürlich vorkommenden Elemente (Wasserstoff ist das leichteste). Uran hat die 18,7-fache Dichte von Wasser.
Wie andere Elemente kommt Uran in mehreren leicht unterschiedlichen Formen vor, die als „Isotope“ bekannt sind. Diese Isotope unterscheiden sich voneinander in der Anzahl der ungeladenen Teilchen (Neutronen) im Kern. Natürliches Uran, wie es in der Erdkruste vorkommt, ist eine Mischung aus größtenteils zwei Isotopen: Uran-238 (U-238) mit einem Anteil von 99,3 % und Uran-235 (U-235) mit etwa 0,7 %.
Das Isotop U-235 ist wichtig, weil es unter bestimmten Bedingungen leicht gespalten werden kann und viel Energie liefert. Es wird daher als „spaltbar“ bezeichnet und wir verwenden den Ausdruck „Kernspaltung“.
Dabei zerfallen sie, wie alle radioaktiven Isotope. U-238 zerfällt sehr langsam, seine Halbwertszeit entspricht etwa dem Alter der Erde (4500 Millionen Jahre). Das bedeutet, dass es kaum radioaktiv ist, weniger als viele andere Isotope in Gestein und Sand. Trotzdem erzeugt es 0,1 Watt/Tonne Zerfallswärme und das reicht aus, um den Erdkern zu erwärmen. U-235 zerfällt etwas schneller.
Im Inneren des Reaktors
Kernkraftwerke und fossil befeuerte Kraftwerke ähnlicher Leistung haben viele Gemeinsamkeiten. Beide benötigen Wärme, um Dampf zu erzeugen, der Turbinen und Generatoren antreibt. In einem Kernkraftwerk hingegen ersetzt die Spaltung von Uranatomen die Verbrennung von Kohle oder Gas. In einem Kernreaktor wird der Uranbrennstoff so zusammengesetzt, dass eine kontrollierte Spaltkettenreaktion erreicht werden kann. Die durch die Spaltung der U-235-Atome erzeugte Wärme wird dann verwendet, um Dampf zu erzeugen, der eine Turbine dreht, um einen Generator anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Die Kettenreaktion, die im Kern eines Kernreaktors stattfindet, wird durch Stäbe gesteuert, die Neutronen absorbieren und die eingeführt oder herausgezogen werden können, um den Reaktor auf die erforderliche Leistungsstufe einzustellen.
Die Brennelemente sind von einer Substanz umgeben, die als Moderator bezeichnet wird, um die Geschwindigkeit der emittierten Neutronen zu verlangsamen und so die Fortsetzung der Kettenreaktion zu ermöglichen. Als Moderatoren werden in verschiedenen Reaktortypen Wasser, Graphit und schweres Wasser verwendet.
Aufgrund der Art des verwendeten Brennstoffs (d. h. der Konzentration von U-235, siehe unten) kann der Brennstoff bei einer größeren, nicht behobenen Fehlfunktion in einem Reaktor überhitzen und schmelzen, aber er kann nicht wie eine Bombe explodieren.
Ein typischer 1000-Megawatt-Reaktor (MWe) kann genug Strom für eine moderne Stadt mit bis zu einer Million Einwohnern liefern.
