SILEX-Verfahren

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Das SILEX-Verfahren (SILEX = Separation of Isotopes by Laser Excitation) ist ein Verfahren zur Uran-Anreicherung mit Hilfe der Lasertechnologie. Es beruht auf der Isotopieverschiebung der Absorptionsspektren von Atomen und Molekülen. Sind die spektroskopischen Bedingungen geeignet, d. h. überlappen die Absorptionslinien der Isotope oder Isotopenverbindungen hinreichend wenig und steht außerdem ein Laser geeigneter Wellenlänge und Schmalbandigkeit zur Verfügung, so ist eine isotopenselektive Anregung möglich.

Entwicklung[Bearbeiten]

Das Verfahren wurde bereits in den 1970er Jahren entwickelt. Dabei sollten die im gasförmigen Uranhexafluorid enthaltenden Moleküle 235U selektiv durch einen ersten Laser (zum Beispiel einen frequenzstabilisierten Kohlendioxidlaser[1]) angeregt werden, bevor durch einen zweiten Laser ein Fluor-Atom abgespalten wird. Das entstehende feste 235UF5 kann leicht aus dem Gas gefiltert werden.

Nach anfänglicher Euphorie über die Vorteile dieser Verfahren gegenüber herkömmlichen, etablierten Anreicherungsverfahren[2] stellten sich aber technische Probleme, z.B. Korrosion an den Apparaturen heraus, die unüberwindbar schienen. Die meisten Länder zogen sich, vor allem wegen der hohen Kosten, aus der weiteren Forschung wieder zurück.

In Australien wurden die Entwicklungen zur großtechnischen Anwendung dieses Verfahrens jedoch vorangetrieben.[3][4] Die Physiker Horst Struve und Michael Goldsworthy gründeten 1988 die Firma Silex Systems Limited.[5]

Im November 1996 ging die Lizenz der Silex Systems Limited für die Technologie ausschließlich auf die United States Enrichment Company (USEC) über, so dass Australien hinsichtlich der Bestimmungen des Atomwaffensperrvertrages nicht mehr betroffen war.[6] Erste Testläufe wurden in den Jahren 2005 und 2007 durchgeführt.

Im September 2010 erteilte die Aufsichtsbehörde für Kernenergie in den USA (NRC) dem Unternehmen GE Hitachi Nuclear Energy, entstanden aus einem Konsortium der Konzerne General Electric und Hitachi, die Genehmigung zum Bau der ersten Anlage, die mittels Laser-Isotopen-Trennung Uran anreichern soll, in der Nähe von Wilmington in North Carolina.[7] Im August 2011 stellte die Firma Global Laser Enrichment, die 2008 von dem Konsortium gegründet worden war, den Antrag zur Anreicherung von Uran auf 8 % 235U.[8]

Verfahrensbeschreibung[Bearbeiten]

Bei Normaldruck und einer Temperatur ab 56,5 °C geht Uranhexafluorid durch Sublimation direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Bei Abkühlung unter diesem Punkt bilden sich wieder Kristalle. Dadurch ist das Anreicherungsverfahren bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen möglich und verbraucht weniger Energie als andere Verfahren zur Uran-Anreicherung. Allerdings wurden bisher nicht alle Einzelheiten des in Australien entwickelten Verfahrens veröffentlicht. Verwendet werden ein Trägergas und CO2-Laser. CO2-Laser sind relativ effizient und kostengünstig. Der Laser hat eine Wellenlänge von 10,8 μm und wird optisch verstärkt auf 16 μm, die Pulsfrequenz beträgt 50 Hz. Damit befindet sich der Laser im Infrarotbereich. Natururan besteht zu etwa 99,3 % aus 238U und zu 0,7 % aus 235U. Es entstehen zwei Fraktionen, und zwar eine mit Uran, welches mehr 235U, und eine, welche weniger 235U als Natururan enthält. Bei einem Durchlauf werden allerdings nur 1 % des Urans entsprechend verarbeitet, so dass mehrere Prozesszyklen erforderlich sind. Die minimale elektrische Leistung für eine Anlage, die 1 kg 235U aufbereitet, wird auf 100 kW geschätzt.[9]

Uranhexafluoridkristalle in einer Glasampulle

Kritik[Bearbeiten]

Kritiker wie die Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) und das Carnegie Endowment for International Peace warnen vor den Gefahren der neuen Technologie, weil damit die Kernwaffenherstellung erleichtert und weniger kontrollierbar werde. So ist mit der neuen Technik, die wesentlich kleinere als die bisherigen Anlagen und auch weniger Energie benötigt, auch die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung einer Urananreicherungsanlage geringer.[10]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. J. W. Eerkens: Spectral Considerations in the Laser Isotope Separation of Uranium Hexafluoride, in: Applied Physics, 10/1976, S. 15–31; doi:10.1007/BF00929525.
  2. Billig-Brennstoff für Atomkraftwerke, Die Zeit, 13. Juni 1975, Nr. 25.
  3. Mit Lasern Uran anreichern – Eine neue Anlage soll 42 Millionen Haushalte in den USA kompakter, schneller und günstiger mit Strom versorgen. In: Welt am Sonntag. vom 28. August 2011.
  4. PhysikKonkret Nr. 11, März 2012: SILEX Risiko Uran-Anreicherung
  5. zeit.de. "Bei Rüstungskontrolleuren sollten alle Alarmglocken läuten"
  6. web.archive.org: Silex Systems Ltd:New Laser Technology for Uranium Enrichment, (englisch)
  7. Falsche Lehren aus dem Kalten Krieg. In: Technology Review vom 4. Januar 2012.
  8. Bericht in der New York Times vom 21. August 2011
  9. fas.org: Enrichment Separative Capacity for SILEX (PDF; 423 kB), (englisch)
  10. Bericht im australischen Fernsehen vom 1. August 2013, abgerufen am 2. August 2013 (englisch)