Funktionsweise: Atomarer Kreisel

Wie in einer Gaszentrifuge spaltbares Material hergestellt wird und welche Verfahren zur Anreicherung von Uran sonst gebräuchlich sind.

Das Gaszentrifugenverfahren ist eine Technologie zur Urananreicherung – zur Herstellung ausreichender Mengen spaltbaren Urans. Natürliches Uran kommt dafür nicht infrage: Es besteht zu 99,3 Prozent aus dem nicht spaltbaren U-238 und zu nur 0,7 Prozent aus spaltbarem U-235. Für den Einsatz in einem Atomkraftwerk muss der Anteil von U-235 auf drei bis vier Prozent „angereichert“, also erhöht, werden. Chemisch ist dies nicht möglich: Die Isotope (Atome desselben Elements)
U-238 und U-235 sind chemisch ident, allerdings besteht ein geringer Massenunterschied von 0,85 Prozent.

Dennoch kann dieser mithilfe physikalischer Verfahren genutzt werden: Zunächst wird Uran durch so genannte Konversion in gasförmigen Zustand gebracht, und zwar in die flüchtige chemische Verbindung Uranhexafluorid (UF6). Für die folgende Trennung der Isotope sind vor allem zwei Methoden gebräuchlich – das Diffusionstrenn- und eben das Gaszentrifugenverfahren.

Eine Gaszentrifuge besteht üblicherweise aus einem oder mehreren dünnwandigen Zylindern in einem Vakuum, die sich, angetrieben von einem Elektromotor, mit hoher Geschwindigkeit vertikal um eine Mittel-achse drehen. Zudem ist die Apparatur mit einer Röhrenvorrichtung zum Einfüllen und Extrahieren des UF6-Gases sowie mit getrennten Kanälen ausgestattet, die wiederum mit Entnahmeeinheiten gekoppelt sind.

Im Zuge der Drehbewegung wird durch die Zentrifugalkräfte schweres UF6 aus U-238 von leichtem UF6 aus U-235 abgetrennt. Durch thermische Verfahren kann die Trennung forciert werden. Die schwereren Moleküle sammeln sich schließlich vermehrt an der Außenwand. Entlang der Rotorachse hingegen kommt es zur Anreicherung des leichteren UF6-235, das schließlich abgesaugt werden kann.
Bei der zweiten gängigen Technologie, dem Diffusionstrennverfahren, wird der Umstand genutzt, dass unterschiedlich schwere Atome aufgrund ihrer jeweiligen Molekularbewegung auch unterschiedliche Diffusionsgeschwindigkeiten durch eine Membran haben. Weitere Technologien zur Anreicherung beruhen vor allem auf dem Einsatz verschiedener Laserverfahren.