High-Assay Low-Enriched Uranium
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High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU) (engl. für Hochgradig schwach angereichertes Uran) ist ein neuartiger Kernbrennstoff für Kernreaktoren. HALEU soll vor allem für Brennelemente von Small Modular Reactors (SMR) eingesetzt werden. Seit einigen Jahren wird in den USA an dem Material geforscht und entwickelt.
Beschreibung
Im Gegensatz zu schwach angereichertem Uran (low-enriched uranium, LEU) ist HALEU zu 5 bis 20 Gew.-% mit dem spaltbaren Isotop Uran-235 angereichert. Im Speziellen werden 19,75 % für HALEU angegeben. Ab 20 % wird von hochangereichertem Uran (high enriched uranium, HEU) gesprochen.
Die Nuclear Regulatory Commission (NRC) in den USA unterscheidet:
- 5 bis 10 % HALEU, gedacht für operative Leichtwasserreaktoren
- 5 bis 20 % HALEU, gedacht für moderne Nichtleichtwasserreaktoren
Die Mehrzahl der kommerziellen Leistungsreaktoren verwendet mit einem Uran-235-Anteil von maximal 5 % angereichertes Uran (LEU) als Brennstoff. Im Vergleich dazu verwendeten manche Forschungs- oder Testreaktoren früher hochangereichertes Uran (HEU). Nuklearantriebe für U-Boote (Atom-U-Boote) verwenden auch HEU. Der Anreicherungsgrad von Uran beeinflusst die Reaktivität des Reaktors. Dadurch müssen die Brennelemente seltener gewechselt werden und es können auch kleinere Reaktoren gebaut werden.
Konkret soll im Fall von HALEU das hochangereicherte Uran aus US-Beständen und Kernanlagen durch neuartige, angepasste nuklearchemische Prozesse aufgearbeitet werden. Die beiden dafür vorgesehenen Prozesse sind der elektrochemische Prozess und der sogenannte Hybrid Zirconium Extraction Process (ZIRCEX). Dabei wird das bestrahlte Material, d. h. Brennelemente, die im Kernreaktor Neutronenfluss ausgesetzt waren, von seinen Spaltprodukten und anderen Bestandteilen getrennt und das hochangereicherte Uran auf einen Uran-235-Anteil von maximal 20 % abgemischt. Das Herabmischen erfolgt mit Uran geringerer Uran-235-Konzentration. Daneben soll HALEU durch Urananreicherung in neuen Gaszentrifugen angereichert werden, beispielsweise von 5 % auf 20 %. Es wird auch an dem Kernbrennstoff UO2-HALEU geforscht.[1]
HALEU soll Teil des noch im Aufbau befindlichen US-amerikanischen nuklearen Brennstoffzyklus werden. Experten schätzen den Bedarf an 19,75‑%‑igem HALEU bis 2050 auf etwa 5.000 Tonnen.[2]
Sicherheit
Ab einem Uran-235-Gehalt von 20 % besteht ein Verbreitungsrisiko. Einige Fachleute sehen in HALEU deshalb ein Sicherheitsrisiko[3], andere bestreiten diese Einschätzung.[4]