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Uran ist nicht gleich Uran

Nur das richtige Isotop lässt sich spalten

Pechblende oder Uraninit ist eines der verbreiteten Uranerze. © Rob Lavinsky, iRocks.com (CC BY-SA 3.0)

Abbauen lässt sich Uran an vielen Orten auf der Erde. In der Liste der häufigsten Elemente in der Erdkruste liegt es auf Platz 48 und kommt 40 Mal so häufig vor wie Silber. Die Vorräte, die noch im Boden lagern, sind allerdings nicht unbegrenzt.

Die weltweit bedeutendsten uranfördernden Staaten sind heute Kasachstan, Kanada und Australien. Auch in Deutschland gab es bis 1991 noch Uranbergwerke im Erzgebirge und im Schwarzwald. Im Erzgebirge liegt auch der Ort Wittigsthal, wo der Apotheker Martin Klaproth das Uran im Jahr 1789 erstmals entdeckte. Aus dem dort gefundenen Uran-Mineral Pechblende isolierte er ein schwarzes Pulver, das schließlich den Namen Uran erhielt.

Grünliches Uranglas fluoresziert unter UV-Licht. © Wikimedia Commons: Z Vesoulis (CC BY-SA 2.5)

Im 19. Jahrhundert wusste man jedoch noch lange nichts von Kernspaltung und elektrischer Energie. Uran hatte damals vor allem einen Verwendungszweck: Es verlieh dem „Uranglas“ seine typische gelbgrüne Farbe. Es waren aber Uransalze, die im Jahr 1896 eine verpackte Fotoplatte des Physikers Henri Becquerel schwärzten und ihn damit das Phänomen der Radioaktivität entdecken ließen.

Atomares Schwergewicht

Uran hatte lange eine Sonderstellung unter den chemischen Elementen inne: Es galt als das schwerste natürlich vorkommende Element. 1971 entdeckten Wissenschaftler jedoch, dass auch Spuren des schwereren Plutoniums noch natürlich im Gestein vorkommen. Sowohl Uran als auch Plutonium sind radioaktiv und beide gehören zu den sogenannten „primordialen Nukliden“.

Dies sind Elemente, die schon seit der Entstehung des Sonnensystems vorhanden sind. Dadurch existieren heute nur noch solche Nuklide, deren Halbwertszeiten im Verhältnis zum Alter der Erde relativ lang sind. Besonders die noch schwereren Elemente mit noch größeren Atomkernen sind instabil und haben daher kürzere Halbwertszeiten. Auf der jungen Erde gab es wesentlich mehr Plutonium als heute und auch Uran war noch mehr als doppelt so häufig.

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Uran lässt sich aber nicht einfach ausgraben, in einen Reaktor setzen und zur Energiegewinnung spalten: Auf der Erde kommt es hauptsächlich in zwei verschiedenen sogenannten Isotopen vor – und nur eins davon taugt zur Kettenreaktion.

Uran-235: Die spaltbare Minderheit

Isotopen sind Atome eines Elements, die eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen in ihrem Kern enthalten. Die Anzahl der Protonen dagegen entscheidet darüber, um welches chemische Element es sich handelt. Beim Uran sind das genau 92 Protonen. Die Zahl der Neutronen kann jedoch variieren und damit das Verhalten des Atomkerns stark beeinflussen. Um die Isotope zu unterscheiden, fügt man zum Namen des Elements die Gesamtzahl der Teilchen im Atomkern hinzu: Ein Kern des Isotops Uran-235 besteht also insgesamt aus 235 Teilchen, 92 davon sind Protonen.

Und dieses Uran-235 ist für die Atomenergie so wichtig: Es ist nicht nur das einzige Uran-Isotop, das zu einer nuklearen Kettenreaktion fähig ist. Es ist auch das einzige derartige Material überhaupt, das in ausreichender Menge in der Natur vorkommt. Und selbst beim natürlich vorkommenden Uran ist die Fähigkeit zur Kernspaltung selten: In Uranerzen herrscht vor allem das nicht-spaltbare Isotop Uran-238 vor. Das Isotop Uran-235 hat bloß einen Anteil von etwa 0,72 Prozent am Gesamt-Uran im Erz.

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Ansgar Kretschmer
Stand: 20.02.2015

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Uran
Wichtiger Rohstoff – strahlende Gefahr

Warum Uran?
Die Energie gespaltener Atomkerne

Atomkerne mit Dominoeffekt
Die Kettenreaktion der Kernspaltung

Uran ist nicht gleich Uran
Nur das richtige Isotop lässt sich spalten

Das Problem der Anreicherung
Vom Yellow Cake zum Kernbrennstoff

Naturreaktor Oklo
Kernspaltung vor zwei Milliarden Jahren

Nicht nur strahlend…
…auch noch giftig

Cäsium, Strontium, Iod & Co.
Was beim Spalten übrig bleibt

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