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Anreicherung


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Unter dem Begriff Anreicherung fasst man physikalische und chemische Methoden zusammen die den Anteil eines Isotopes in einem Isotopengemisch erhöhen. Die Anreicherung vor allem im Bereich der Energiegewinnung durch Kernspaltung und Kernfusion Anwendung also für Kernreaktoren und Kernwaffen.

Die relativen Massenunterschiede zwischen den Isotopen schweren Elemente sind sehr klein so dass chemischen sondern physikalische Methoden zum Einsatz kommen. wichtigste und wahrscheinlich einzige schwere Element für Isotopentrennung im technischen Maßstab durchgeführt wird ist Uran . Natururan besteht zu etwa 99.3% aus 238 U zu 0.7% aus 235 U und zu einem geringen Anteil aus 234 U. Für die Spaltung in Kernreaktoren und wird 235 U benötigt in Kernwaffen in hoher Anreicherung mindestens 90%). Kernreaktoren werden meistens mit Uran das eine Anreicherung von 3.5% 235 U hat. In Schwerwasser - und Graphit -moderierten Reaktoren kann auch Natururan zum Einsatz

Als Abfallprodukt der Urananreicherung entsteht abgereichertes mit einem 235 U-Gehalt von ca 0.3% das u.a. in Uranmunition verwendet wird.

Inhaltsverzeichnis

Diffusionsmethoden

Bei der Gasdiffusionsmethode lässt man gasförmiges Uranhexafluorid (UF 6 ) durch eine poröse Membran diffundieren. Die Kraft hierbei ist der Druckunterschied auf beiden der Membran. Moleküle die 235 U enthalten sind leichter als die 238 U-enthaltenden und diffundieren schneller. Die Anreicherung die einem einzelnen Schritt erreicht werden kann ist gering so dass dieser Vorgang einige tausend wiederholt werden muss.

Anstelle des Druckunterschiedes kann auch ein zur Isotopentrennung mittels Diffusion ausgenutzt werden. Bei thermischen Diffusionsmethode wird ein Gas oder eine Flüssigkeit einem engen Raumbereich zwischen zwei vertikalen Platten einer dieser Platten erhitzt und von der gekühlt. Moleküle die das leichtere Isotop enthalten bevorzugt zur kälteren Platte die anderen zur Platte. Darüber hinaus bildet sich an der Platte eine leichte aufwärtsgerichtete Konvektion so dass im oberen Bereich der Zelle die Moleküle den schwerereren Isotopen konzentrieren und die anderen unteren Bereich.

Gaszentrifugen

Unter dem Einfluss der hohen Beschleunigung einer Gaszentrifuge sammeln sich die schwereren 238 UF 6 -Moleküle im äußeren Bereich des zylindrischen Rotors die leichteren 235 UF 6 -Moleküle weiter innen.

Elektromagnetische Anreicherung

Wie in einem Massenspektrometer werden bei der elektromagnetischen Anreicherung Uranatome ionisiert dann in einem elektrischen Feld beschleunigt anschließend in einem magnetischen Feld nach der getrennt. Dieser Aufbau zur Isotopentrennung wird auch Calutron genannt.

Laser-Anreicherung

Laser können sehr schmalbandiges Licht produzieren und sich daher dafür selektiv Atome eines Isotopengemisches ionisieren denn die geringen Massenunterschiede der Atomkerne eine leichte Verschiebung der Energienieveaus der Atome. der Ionisation eines Isotopes ( 235 U) kann es leicht von den nichtionisierten des anderen Isotopes ( 238 U) durch Beschleunigung in einem elektrischen Feld werden.

In leicht modifizierter Form kann dieses auch auf UF 6 -Moleküle angewendet werden. Hierbei wird das 235 U enthaltende Molekül zunächst durch einen ersten Laser angeregt und dann durch einen zweiten zur Abspaltung eines Flour-Atoms gebracht. Das entstehende 235 UF 5 kann leicht aus dem Gas gefiltert

Bedeutung der Anreicherung für den Bau Kernwaffen

Anreicherung ist keine Voraussetzung für den von Kernwaffen denn auch in einem mit betriebenen Graphit-moderierten Reaktor bildet sich waffenfähiges Plutonium durch Neutroneneinfang von 238 U. Der Bau einer Anreicherungsanlage lässt sich jedoch besser verheimlichen als der Bau eines der für eine 235 U-Kernwaffe nicht erforderlich ist.

Siehe auch: Deuterium (Die Anreicherung von Deuterium ist dort



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