Techniklexikon

Wiederaufarbeitung

Kernphysik, Extraktion der in einem ausgedienten Brennelement eines Kernkraftwerks noch vorhandenen Menge des spaltbaren Isotops ²³⁵U sowie des während des Reaktorbetriebs aus einem Teil von ²³⁸U erzeugten Energierohstoffes Plutonium und chemische Zubereitung für eine Wiederverwendung in einem frischen Brennelement. Nach einem Einsatz von sieben Jahren sind z.B. bei Leichtwasserreaktoren etwa zwei Drittel des ²³⁵U verbraucht. Übrig bleiben ein Drittel noch verwertbares ²³⁵U sowie neu gebildetes ²³⁶U und natürlich die Spaltprodukte. Vom ebenfalls in den Brennelementen vorhandenen ²³⁸U wird gleichzeitig ein Teil in Plutonium und andere Transurane umgewandelt und vom gebildeten Plutonium ein Teil gespalten.

Bei der Wiederaufarbeitung werden die Brennelemente zunächst in etwa 5 cm lange Stücke zersägt und ihr Inhalt in siedender Salpetersäure herausgelöst. Dabei entstehen Uranylnitrat und Plutonium-IV-Nitrat sowie die Nitrate der Spaltprodukte und Actinoiden. Durch physikalisch-chemische Verfahren wird dann eine Trennung der drei Komponenten Uran, Plutonium, Spaltprodukte/Actinoiden durchgeführt. Das geschieht mit Hilfe des Extraktionsmittels Tri-n-Butyl-Phosphat, das mit Kerosin verdünnt ist. Dabei werden in Anwesenheit vom Salpetersäure die Nitrate des Urans und des Plutoniums durch Komplexbildung gelöst, während die Spaltprodukte und die anderen Actinoiden im wässrigen Teil der Lösung zurückbleiben. Da sich die wässrige Lösung wieder von dem Extraktionsmittel absetzt, können die Spaltprodukte leicht abgetrennt werden. Zur 100 %-igen Trennung wird dieser Extraktionszyklus mehrfach hintereinander durchgeführt.

Während das so extrahierte Uran und Plutonium wieder der Brennelementherstellung zugeführt wird, wird die hochaktive Lösung mit Spaltprodukten und Actinoiden in gekühlten Edelstahltanks aufbewahrt. Die konzentrierte Spaltproduktlösung hat eine spezifische Aktivität von etwa 4 × 10¹³ Bq / l. Die entstehende Zerfallswärme muss deswegen durch Kühlsysteme abgeführt werden. Nach etwa fünfjähriger Abklingzeit kann eine Volumenverminderung und eine Überführung in eine wasserunlösliche Form durch Verglasung als Konditionierung für die Endlagerung vorgenommen werden.