RP-Energie-Lexikon
fachlich fundiert, unabhängig von Lobby-Interessen
www.energie-lexikon.info

Kernbrennstoff

Definition: ein Material, welches durch Kernspaltung oder Kernfusion in einem Kernreaktor Energie liefern kann

Alternativer Begriff: Nuklearbrennstoff

Allgemeiner Begriff: Energieträger

Englisch: nuclear fuel

Kategorien: Energieträger, Kernenergie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 15.05.2011; letzte Änderung: 20.08.2023

URL: https://www.energie-lexikon.info/kernbrennstoff.html

Kernbrennstoffe (auch nukleare Brennstoffe) sind Energieträger, welche in einem Kernreaktor Energie in Form von Wärme freisetzen können. Bisher geschieht diese Energiefreisetzung immer über die Kernspaltung von schweren Atomkernen. Im Prinzip wäre auch die Kernfusion mit leichten Atomkernen wie Deuterium und Lithium möglich, aber dieser Prozess kann bis auf weiteres technisch nicht realisiert werden (außer in thermonuklearen Atomwaffen, sogenannten Wasserstoffbomben).

Meistens ist das enthaltene spaltbare Material Uran 235 (235U) oder Plutonium 239, und dies ist eingebettet in andere Materialien wie 238U. Das Material kann metallisch sein oder beispielsweise auch in oxidierter Form vorliegen. In sogenannten Mischoxidbrennelementen (MOX-Brennelementen) sind 235U und 239Pu enthalten. Das Uran 235 muss meistens wesentlich höher konzentriert sein als im Natururan, welches hauptsächlich das nicht direkt spaltbare Uran 238 enthält; das Uran muss also zunächst angereichert werden. Plutonium 239 kann bei der Wiederaufarbeitung gewonnen werden; es entsteht im Kernbrennstoff durch Neutronenbestrahlung von Uran 238, wird also aus diesem "erbrütet". Ähnlich kann das ebenfalls spaltbare Uran 233 aus Thorium erbrütet werden.

Im Betrieb wird ein Kernbrennstoff von Neutronen getroffen, die die Kernspaltungsprozesse auslösen. Bei diesen Prozessen werden wieder Neutronen freigesetzt; es handelt sich um eine Kettenreaktion. Ansonsten entstehen aus den gespaltenen Atomkernen jeweils zwei leichtere Kerne, die in der Regel instabil sind, also weiter radioaktiv zerfallen. Ebenfalls wird durch die Spaltung (und den weiteren radioaktiven Zerfall) eine große Menge von Energie in Form von Wärme frei, die in der Regel zur Stromerzeugung über eine Dampfturbine genutzt wird. Die Energiedichte von Kernbrennstoffen ist weitaus höher als die von chemischen Brennstoffen wie z. B. Kohle, so dass für die gleiche erzeugte Wärmemenge weitaus weniger Brennstoff benötigt wird.

Der Kernbrennstoff wird unbrauchbar (abgebrannt), wenn die Konzentration spaltbaren Materials zu klein wird. Er ist dann ein hochgefährlicher stark radioaktiver Abfall ("Atommüll"), welcher zunächst für einige Jahre in gut gekühlten Abklingbecken gelagert werden muss, bis die Wärmeentwicklung so weit nachlässt, dass ein Transport möglich wird. Die abgebrannten Brennelemente können dann in ein Zwischenlager und schließlich in ein Langzeit-Endlager verfrachtet werden. Es ist auch möglich, abgebrannte Kernbrennstoffe der Wiederaufarbeitung zuzuführen, um noch vorhandenes spaltbares Material in Mischoxidbrennelementen wieder nutzbar zu machen.

Kernbrennstoffe sind in der Regel feste Stoffe, da sie nur in dieser Form sicher eingeschlossen werden können. Sie werden meist in Brennstäbe eingearbeitet, in denen sie von einer stabilen metallischen Hülle umgeben sind. Viele Brennstäbe werden wiederum zu Brennelementen gebündelt, die dann als Ganzes gehandhabt werden können.

Ein nur sehr selten gewählter Ansatz ist die Verwendung eines flüssigen Kernbrennstoffs, meist eines geschmolzenen Salzes. Dies hat mehrere interessante Vorteile, insbesondere die Möglichkeit einer kontinuierlichen Regeneration des Kernbrennstoffs im Betrieb (mit Entfernung von Spaltprodukten und Zufügen weiteren spaltbaren Materials). Auf der anderen Seite gibt es auch erhebliche Nachteile, beispielsweise die hohe chemische Aggressivität geschmolzener Salze, weswegen sich die Verwendung flüssiger Kernbrennstoffe trotz diverser Versuche nicht durchsetzen konnte.

Die deutsche Bundesregierung hat eine von 2011 bis 2016 erhobene sogenannte Kernbrennstoffsteuer eingeführt, die auch als Brennelementesteuer bezeichnet wird. Sie hat sich als verfassungswidrig erwiesen, weswegen die eingenommenen Gelder zurückgezahlt werden mussten.

Siehe auch: Kernbrennstoffsteuer, Kernreaktor, Uran, Urananreicherung, Wiederaufarbeitung, Plutonium, Mischoxidbrennelement, Brennstab, Brennelement, Kernspaltung, Kernenergie, Energieträger, radioaktiver Abfall

Fragen und Kommentare von Lesern

Hier können Sie Fragen und Kommentare zur Veröffentlichung und Beantwortung vorschlagen. Über die Annahme wird der Autor des RP-Energie-Lexikons nach gewissen Kriterien entscheiden. Im Kern geht es darum, dass die Sache von breitem Interesse ist.

Wegen starker Arbeitsbelastung bitten wir um Verständnis dafür, dass nicht gut passende Kommentare und Fragen nicht bearbeitet werden können, und dass die Bearbeitung oft einige Wochen benötigt.

Wenn Ihnen hier geholfen wird, möchten Sie sich vielleicht mit einer Spende revanchieren, mit der Sie die weitere Entwicklung des Energielexikons unterstützen.

Datenschutz: Bitte geben Sie hier keine personenbezogenen Daten ein. Wir würden solche allerdings ohnehin nicht veröffentlichen und bei uns bald löschen. Siehe auch unsere Datenschutzerklärung.

Wenn Sie eine persönliche Rückmeldung oder eine Beratung vom Autor wünschen, schreiben Sie ihm bitte per E-Mail.

Ihre Frage oder Ihr Kommentar:

Ihr Hintergrund (freiwillige Angabe, z. B. "Handwerker", "Journalist" oder "Schüler"):

Spam-Prüfung:

  (Bitte die Summe von fünf und zwölf hier als Ziffern eintragen!)

Mit dem Abschicken geben Sie Ihre Einwilligung, Ihre Eingaben gemäß unseren Regeln hier zu veröffentlichen.

preview

Wenn Ihnen diese Website gefällt, teilen Sie das doch auch Ihren Freunden und Kollegen mit – z. B. über Social Media durch einen Klick hier:

Diese Sharing-Buttons sind datenschutzfreundlich eingerichtet!

Code für Links auf anderen Webseiten

Wenn Sie einen Link auf diesen Artikel anderswo platzieren möchten (z. B. auf Ihrer Website, Social Media, Diskussionsforen oder in der Wikipedia), finden Sie hier den benötigten Code. Solche Links können z. B. für Worterklärungen sehr nützlich sein.

HTML-Link auf diesen Artikel:

<a href="https://www.energie-lexikon.info/kernbrennstoff.html">
Artikel über Kernbrennstoff</a>
im <a href="https://www.energie-lexikon.info/">RP-Energie-Lexikon</a>

Mit Vorschaubild (siehe den Kasten direkt über diesem):

<a href="https://www.energie-lexikon.info/kernbrennstoff.html">
<img src="https://www.energie-lexikon.info/previews/kernbrennstoff.png"
alt="Artikel" style="width:400px"></a>

Falls Sie es für angemessen halten, einen Link in der Wikipedia zu setzen, z. B. unter "==Weblinks==":

* [https://www.energie-lexikon.info/kernbrennstoff.html
Artikel über 'Kernbrennstoff' im RP-Energie-Lexikon]