Wiederaufarbeitung

Die Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen ist ein Teil des Brennstoffkreislaufs in der Kerntechnik. Sie dient der Trennung der in benutzten Brennelementen von Kernreaktoren enthaltenen, während des Betriebes entstandenen Stoffe in einerseits wiederverwertbare Anteile (ungenutzte Kernbrennstoffe und diverse Radionuklide) und anderseits hoch-, mittel- und schwachradioaktiven Abfall. Die hierzu eingesetzten chemisch-physikalischen Verfahren dienten ursprünglich militärischen Zwecken. So sollte das bombentaugliche Plutonium gewonnen werden, das in der Natur nicht in nutzbarer Menge vorkommt. In Kernreaktoren wird ein Teil des nicht spaltbaren Uran-238 durch Neutroneneinfang in Plutonium-239 umgewandelt. Dieses ist spaltbar, hat eine relativ geringe kritische Masse und kann auf chemischem Wege abgetrennt werden. Eine solche Produktion von Plutonium in den ersten, mit Natururan betriebenen Kernreaktoren der Welt und seine Abtrennung aus deren Brennstoff war daher eine günstige Möglichkeit zur Gewinnung von bombentauglichem Material. Dagegen war die ausreichende Anreicherung des Isotops 235U bis zur Bombentauglichkeit nach dem damaligen Stand der Technik (Gasdiffusionsverfahren) extrem aufwendig und langwierig, da sich die Isotope eines Elementes chemisch quasi nicht unterscheiden und nur auf physikalischem Wege trennen lassen. Das PUREX-Verfahren, welches aus den 1940er Jahren stammt, ist zwar großtechnisch erprobt und entsprechend optimiert, war jedoch nie für zivile Zwecke gedacht. Versuche, es durch andere Verfahren zu ersetzen, oder wenigstens die Menge und Gefährlichkeit des dabei entstehenden Mülls zu verringern, sind bisher nicht über den Status von Versuchen und Prototypen herausgekommen. Im Folgenden wird die Wiederaufarbeitung von abgebranntem Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren (LWR) und Schnellen Brütern (Brüten von Plutonium-239 aus Uran-238) mit dem PUREX-Prozess behandelt. Für Kernreaktoren, die Uran-233 aus Thorium-232 erbrüten, wurde der THOREX-Prozess entwickelt. Wenn sowohl LWR als auch Schwerwasserreaktoren (PHWR) verfügbar sind, ist in begrenztem Maße auch „DUPIC“ (direct utilization of spent pressurized water reactor fuel in CANDU) denkbar, ein Verfahren, bei dem keine Abtrennung von Uran oder Plutonium notwendig ist (gegebenenfalls werden durch Erhitzen die leichtflüchtigen Spaltprodukte entfernt), und bei dem ein gewisser Anteil des nach wie vor im Brennelement vorhandenen spaltbaren Materials zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Kanada, Indien, Argentinien, China, Pakistan, Rumänien und Südkorea betreiben Stand 2022 mindestens einen kommerziellen PHWR zur Stromerzeugung. In Indien befinden sich auch weitere PHWR im Bau. Südkorea, welches sowohl PHWR als auch LWR betreibt ist einer der Pioniere auf dem Gebiet von DUPIC.