Gaszentrifuge

Eine Gaszentrifuge, oder auch Gas-Ultrazentrifuge genannt, ist eine Zentrifuge, die der physikalischen Trennung verschieden schwerer Gase mit Hilfe der Trägheit dient.

Verwendung

Sie wird unter anderem bei der Uran-Anreicherung eingesetzt, um gasförmiges Uranhexafluorid in Fraktionen mit höherem Anteil an ²³⁸U auf der einen sowie einem höheren Anteil am etwas leichteren ²³⁵U auf der anderen Seite zu trennen. Zur nennenswerten Anreicherung muss eine große Anzahl von Gaszentrifugen hintereinandergeschaltet werden. Das in Spuren vorhandene ²³⁴U, welches aus ²³⁸U entsteht (Alphazerfall des ²³⁸U gefolgt von zwei Betazerfällen), wird dabei sogar verhältnismäßig noch stärker angereichert als ²³⁵U, was zum „Fingerprinting“ von Uran aus Wiederaufarbeitung genutzt werden kann.

Die physikalische Trennung der Isotope anhand ihrer Atommassen ist erforderlich, da ihre chemischen Eigenschaften so gut wie identisch sind und daher chemische Verfahren wie Reduktion oder Ausfällung nicht anwendbar sind.

Aufgrund der sehr geringen Masseunterschiede der verschiedenen Isotope muss eine Gaszentrifuge mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten und aus hochfesten Werkstoffen bestehen. Laut dem „Lexikon für Physik“^[1] hat eine Zentrifuge mit einer Drehzahl von 76.000/min und einem Radius von 6,5 cm einen Anreicherungsgrad von 1,16.

Gegenüber anderen Anreicherungsverfahren erfordern Gaszentrifugen einen geringeren Energieeinsatz. Er beträgt etwa 200 kWh/kg angereichertem Uran^[1] und ist im Vergleich zu dessen bei der Spaltung freiwerdender Energie vernachlässigbar.

Geschichte

Die Konstruktion der Zentrifugen ist technisch anspruchsvoll und spielte in der Zeit des Kalten Krieges eine große Rolle im Wettlauf zur Entwicklung immer stärkerer Kernwaffen. Die USA hielten nach dem Krieg die Dual Use Technologie sogar vor Verbündeten geheim, so dass Kanada als zweites Land, dessen (Forschungs-)Kernreaktoren Kritikalität erreichten, sich gezwungen sah, den Schwerwasserreaktor vom Typ CANDU zu entwickeln, welcher mit Natururan betrieben werden kann.

Gaszentrifugen wurden ab 1945 in der Sowjetunion maßgeblich durch den nach Sochumi verbrachten deutschen Wissenschaftler Max Steenbeck bis zur technischen Anwendbarkeit entwickelt und sind heute das Standardverfahren zur Urananreicherung.

In 2010 wurden iranische Anlagen mit Gaszentrifugen durch den Computerwurm Stuxnet angegriffen. Durch die von außen veränderte Drehzahl wurden zahlreiche Zentrifugen destabilisiert und zerstört.^[2]

Siehe auch

• Uran-Anreicherung – ausführliche Beschreibung des Verfahrens

Weblinks

Commons: Gaszentrifuge – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• George Washington University: Zeichnung einer westdeutschen Gaszentrifuge im Union Carbide Report vom 26. Februar 1960 (englisch, PDF-Datei; 65 kB)

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b} https://www.spektrum.de/lexikon/physik/gaszentrifuge/5591 Stichwort Gaszentrifuge bei Spektrum.de, abgerufen am 26. Juni 2021
2. ↑ Stuxnet - Software gegen Atome. Heinz Nixdorf MuseumsForum, 16. Juni 2020, abgerufen am 30. Juli 2021: „Das Schadprogramm ließ die Zentrifugen abwechselnd schneller und langsamer rotieren, ohne dass es die iranischen Ingenieure bemerkten. Nach einiger Zeit fielen die Geräte irreparabel aus.“