Der natürliche Reaktor von Oklo hat die Phantasie von so manchen Leuten angeregt. Einer davon war der Roman-Autor Charles Stross. In seiner Romanreihe “The Merchant Princess” gibt es eine Parallelwelt zur Erde, in der die Erde noch nicht so alt ist. Es ist noch genug Uran-235 in dem natürlichen Uranerz enthalten, dass normales Wasser ausreicht um eine Kettenreaktion zu ermöglichen.

Man stelle sich eine solche Welt vor. Wahrscheinlich wäre es schon viel eher zu einer Kettenreaktion aus versehen gekommen. Das Uranerz Pechblende kennt man seit dem 16. Jahrhundert. Früher oder später wäre es wohl aus versehen zu einer Kettenreaktion gekommen. Aufgehäufte Pechblende hätte irgendwann in zu viel Wasser gestanden und das Wasser hätte angefangen zu kochen. Je nach Umständen hätte es Sekunden, Minuten oder Stunden gedauert, bis das Schauspiel zu ende gewesen wäre.

Die Umstehenden wären kurze Zeit später krank geworden und das schwarze Material hätte wohl sofort einen Ruf als dämonische oder magische Substanz bekommen.

In unserer Welt war das alles etwas schwieriger. Es brauchte planvolles Handeln und keinen Unfall, um die Kettenreaktion herzustellen. Die technischen Voraussetzungen um überhaupt einen Kernreaktor bauen zu können, waren größtenteils schon gegeben, als das Flugzeug erfunden wurde. Das Geflecht der neuen Technologien des 19. Jahrhunderts ermöglichte vieles und es war nur eine Frage der Zeit, bis es umgesetzt würde.

Die Photographie ermöglichte die Entdeckung der Radioaktivität – durch einen bloßen Zufall. Ein radioaktives Mineral lag auf einer Photoplatte, die nach der Entwicklung schwarze Flecke zeigte. Die Chemie war weit genug entwickelt um fast alle Elemente voneinander zu trennen und auch unbekannte zu entdecken. Das war der eigentliche Knackpunkt für den Bau des ersten Kernreaktors. Man musste wissen, dass es überhaupt möglich ist und was dafür zu tun ist. Der Rest der notwendigen Technik war schon längst erfunden und anderswo in Gebrauch.

Große Mengen elektrischer Strom ermöglichten die Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse von Wasser, was Anfang des 20. Jahrhunderts durchaus gebräuchlich war als Ausgangsstoff des Haber-Bosch-Verfahrens zur Herstellung von Düngemitteln und Sprengstoffen aus Ammoniak. Dabei fiel auf, dass das Wasser, das bei der Elektrolyse zurück blieb, schwerer war als gewöhnliches Wasser. Es hatte aber keine Verunreinigungen und bald fand man heraus, dass der Wasserstoff in diesem Wasser ein anderes Isotop war – Deuterium – als in gewöhnlichem Wasser. Der Strom ermöglichte auch das erreichen von hohen Temperaturen und so wurde 1897 auf der Suche nach einer Möglichkeit Diamanten herzustellen, ein Verfahren zur künstlichen Herstellung großer Mengen von reinem Graphit gefunden.

Nach der Entdeckung des Neutrons und der Untersuchung seiner Eigenschaften und der Entdeckung der  Kernspaltung von Uran, wurde bald klar, dass man eine selbst erhaltende Kettenreaktion auf einem von drei Wegen erreichen konnte. Man kann das Uranisotop 235 so weit anreichern, dass die Kettenreaktion trotz der Verluste von Neutronen bei der Moderation mit normalem Wasser stattfindet. Oder man kann das U-235 noch weiter anreichern, wenn man schon dabei ist, bis die Kettenreaktion auch ganz ohne Moderation stattfindet.

Nun war zunächst nicht klar, ob die Anreicherung von U-235 überhaupt mit endlichem Aufwand machbar war und so suchte man nach Alternativen. Man braucht einen Moderator, der möglichst wenig Neutronen absorbiert und dabei aus möglichst leichten Atomen besteht. (Um so leichter die Atome sind, um so mehr Energie hat das Atom nach der Kollision mit einem Neutron. Um weniger Kollisionen man braucht bis die Neutronen abgebremst sind, um so kleiner kann der Reaktor sein und um so größer darf die Wahrscheinlichkeit sein, dass bei einer Kollision doch ein Neutron absorbiert wird.)

Wie hinlänglich bekannt ist, kamen nur zwei Stoffe ernsthaft in Frage: Graphit und schweres Wasser.

Schweres Wasser ist besser, aber auch viel teurer und es muss extra dafür hergestellt werden. Zumindest muss es bei der Elektrolyse zur Seite gestellt werden. (Ich überlasse es dem geneigten Leser die Implikationen für die Nutzung der Elektrolyse als Stromspeicher zu finden.) Dafür hat man einen relativ kompakten Reaktor und kommt mit etwa 2-3 Tonnen natürlichem Uran aus.

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Kommentare (21)

  1. #1 Josef
    30. Mai 2015

    Ich habe noch zwei Fragen:

    Welche Staaten/Völker werden bedroht? Wer bedroht sie?

    • #2 wasgeht
      30. Mai 2015

      Also ich würde gerade nicht gerne in Afghanistan oder dem Irak leben wollen. Aber das gleiche gilt auch für alle anderen Länder in der Zukunft. Leider gab es in der Vergangenheit eine Tendenz einfach mal eben mit dem Militär (hauptsächlich der USA) in ein Land einzumarschieren und sich nicht um die Bevölkerung dort zu kümmern. Das mag noch ein paar Jahrzehnte so gut gehen, aber irgendwann nicht mehr.

  2. #3 Ludger
    30. Mai 2015

    Darf ich Deine Aussage so verstehen: Mit einem graphitmoderierten Kernreaktor vom Typ X-10 wäre es mit einfach verfügbaren Rohstoffen (Natururan) und allgemein zugänglichem Wissen jedem [Zitat] “halbwegs organisierte[n] Staat oder [für ein] staatsähnliches Gebilde” möglich, in wenigen Jahren ausreichend waffenfähiges Plutonium zu erzeugen und so Kernwaffen herzustellen. Deswegen sei es eventuell folgenschwer und kontraproduktiv, wenn [Zitat] “man heute ganze Staaten bedroht oder Völker von zig Millionen Menschen an den Rand der Verzweiflung und des Untergangs bringt.” Du nennst in der ersten Antwort Afghanistan und den Irak. Das sind aber nicht die eigentlichen Kandidaten. Afghanistan war ein schwererer militärischer Fehler: ein Krieg ohne Kriegsziel. Und Irak war ein schwerer politischer Fehler: ein Krieg mit nicht existentem Kriegsziel (Massenvernichtungswaffen). Deine Ausführungen muss man aber eigentlich auf Iran beziehen: [Zitat] “Der Aufwand solche Waffen von Null auf, ohne Hilfe von außen, zu bauen, ist heute bei weitem geringer. Jeder halbwegs organisierte Staat oder staatsähnliches Gebilde kann es tun.” Haben also die erheblichen Investitionen des Iran in Anreicherungstechnologie (Gas-Zentrifugen für Uranhexafluorid) Deiner Meinung nach nichts mit dem Wunsch des Iran nach Kernwaffen zu tun, weil die viel einfacher zu bauen wären?

    • #4 wasgeht
      30. Mai 2015

      Nein, absolut Iran kein derartiges Problem. Der Iran ist ein relativ souveräner Staat geworden, der dank Russland und China auch nicht im Ansatz isoliert ist. Die Wirtschaft ist in etwa auf dem heutigen Niveau von China oder Russland und über dem von Rumänien oder Bulgarien. In erster Linie geht es dort um weitere wirtschaftliche Entwicklung. Dabei wäre es hilfreich, das Öl zu verkaufen und nicht zur Stromgewinnung zu verheizen, daher auch die Kernkraftwerke. Kernkraftwerke ohne Anreicherungsanlagen hieße aber Abhängigkeit von außen, das ist der hauptsächliche Zweck dafür.

      Hat Iran einen Wunsch nach Kernwaffen? Ich denke nicht. Wollen sie die Option haben? Könnten sie sich gerade in einer Situation befinden, in der sie glauben, dass sie diese Option haben müssten? Sehr gut möglich. Die USA haben gestern die dritte Interkontinentalrakete in diesem Jahr “getestet”. Die USA haben den Iran zufällig zu ihrem Feind erklärt. Aber kein Problem. Was die USA macht sind natürlich immer nur Tests, nur wenn es andere Länder machen sind es Drohgebärden. Die USA, als mit Abstand aggressivster und militärisch aktivster Staat der Welt, sind natürlich völlig harmlos.

      Jedenfalls ist der Iran halbwegs gut in den alternativen Block von Russland und China eingebettet und in letzter Zeit leistet er auch gute Dienste im Irak, weshalb sich die Beziehungen zu den USA auch verbessern. Er ist genau deshalb kein Amok-Kandidat. Abgesehen davon hat der Iran das gleiche Recht auf Kernwaffen wie die USA, China, England, Frankreich, Israel, Russland, Pakistan, Indien oder wer auch immer. Das Recht wird sich genommen und dann um Verzeihung und irgendwann um Aufnahme in den UN-Sicherheitsrat gebeten.

      Der Irak dagegen wurde von den USA überrannt, mit Embargos belegt, dann nochmal überrannt, dann besetzt, dann hat man sich nicht um die Bevölkerung gekümmert und aus einem schwelenden Bürgerkrieg ist ein heißer Bürgerkrieg geworden. Die Bevölkerung wird links und rechts massakriert und jetzt hat man einen halbstaatlichen Akteur dort, der durchaus in der Region die Kontrolle übernehmen kann. Selbst wenn man es doch noch schafft, den IS zurück zu schlagen, dann dürfte demnächst eine noch besser organisierte Truppe dort entstehen, die auch aus deren Fehlern gelernt hat. Ein “nation building” findet dort nicht statt, die Menschen sind verarmt, sie hungern und weder sie selbst noch ihre Regierung ist daran schuld. Sie sind bloßer Spielball fremder Mächte und das ist genau die Art von Situation, in der blinder Hass entsteht.

      Wie weit das alles am Ende führt, weiß man nicht. Deswegen rede ich hier auch nicht von X wird mit Sicherheit Y tun, sondern warne, sich sehr genau zu überlegen was man da tut und welche Auswirkungen es in den nächsten Jahrzehnten haben wird.

  3. #5 Ludger
    30. Mai 2015

    Kernkraftwerke ohne Anreicherungsanlagen hieße aber Abhängigkeit von außen, das ist der hauptsächliche Zweck dafür.

    Dazu 2 Fragen:
    1.) Braucht man für die zivile Nutzung so viele Zentrifugen für so viel hoch angereichertes Uran, wie es der Iran betreibt?
    2.: Könnte ein Staat mit Hilfe der Technologie aus Los Alamos eine Kernwaffe bauen, ohne auf die Zentrifugentechnologie angewiesen zu sein?
    Leider hat Iran die Vertrauensbildung unter Präsident Mahmud Ahmadinedschad nicht gefördert. Wikipedia: “Zu den Hauptmerkmalen von Ahmadinedschads internationalem Auftreten gehören seit Beginn seiner Präsidentschaft im Jahr 2005 aggressive anti-israelische Äußerungen, die den Aufruf zum Kampf gegen Israel, das Absprechen des Existenzrechts Israels, Vernichtungsvorhersagen, antisemitische Verschwörungstheorien sowie Holocaustleugnungen umfassen.” Insofern ist es Pflicht von Politikern, die Aktivitäten von Iran auf Plausibilität zu überprüfen.

    • #6 wasgeht
      30. Mai 2015

      1) Ja. Braucht man, hängt natürlich von der Zahl der Kernkraftwerke ab. Der Punkt ist, dass ein normales Kernkraftwerk im Jahr so 30-40 Tonnen leicht angereichertes Material braucht. Wenn man unbedingt mit Uran eine Bombe bauen will, dann reichen 0,1t für mehrere Bomben (je nach genauem Mechanismus der Bombe). Und das kann man mit der gleichen Technik tun, man muss das Material nur öfter durch laufen lassen.

      Und ja, selbstverständlich kann man ohne jede Anreicherung (es gibt nicht nur Zentrifugen!) eine Bombe bauen.

      Zu 2) Ahmadinedschad wurde abgewählt und steht auch nicht mehr zur Wiederwahl an.

  4. #7 Karlsberg
    30. Mai 2015

    “Hat Iran einen Wunsch nach Kernwaffen? Ich denke nicht. ”

    Sie sollten sich einfach einmal informieren und sich die Anlagen (z. B. den Schwerwasserreaktor in Arak ) anschauen, die der Iran gebaut hat. Das klerikal-faschistische Mullah-Regime verfolgt nur einen Zweck mit diesen Anlagen: den Bau von Atombomben. Das Diktaturen und autoritäre Staaten, wie China und Russland den Iran dabei unterstützen, versteht sich von selbst. Als Aufhänger zum Thema: http://jungle-world.com/artikel/2013/45/48769.html

    • #8 wasgeht
      30. Mai 2015

      Das klerikal-faschistische Mullah-Regime, wie du es nennst, hat seit seinem Bestehen keinen Krieg angefangen. Es wurde aber mit amerikanischem Giftgas angegriffen, als die USA noch ein großer Freund von Saddam Hussein waren.

      Im übrigen hättest du im nächsten Absatz lesen können, dass Politik kein Wunschkonzert ist, sondern sich auch nach gewissen Zwängen richtet. Eine offen aggressive Haltung der größten Militärmacht des Planeten gegenüber dem Land gehört zu “gewissen Zwängen”.

  5. #9 Peter
    30. Mai 2015

    Ich bin kein Wissenschaftler und in dem Bereich wirklich nur Laie, deshalb eine ernstgemeinte Nachfrage: Ich habe deine Ausführungen so verstanden, dass es für einen Statt problemlos möglich ist, _ohne_ Anreicherung Atomwaffen zu bauen, aber nicht, _ohne_ Anreicherung ein Atomkraftwerk zu betreiben. Bzw. nur dann, wenn angereichertes Material im Ausland gekauft wird. Ist das wirklich korrekt? Das würde die Bewertung der Situation tatsächlich erheblich ändern, weil mein bisheriges Verständnis – entstanden im wesentlich durch (halb-verstandene?) Presseartikel dergestalt ist, dass die Anreicherung von Uran _ausschließlich_ für die Produktion von Atomwaffen nötig wäre. Und die Anreichungsanlagen im Iran somit nur vorhanden sein sollten, um atomare Waffen zu bauen. Wenn das so überhaupt nicht stimmt, würde das mein (atompolitisches) Weltbild auf den Kopf stellen (oder eher auf die Füße?).

    • #10 wasgeht
      30. Mai 2015

      Es ist nicht möglich, ohne die Anreicherung den Typ von Kraftwerk (Leichtwasserreaktoren) zu betreiben, der im Iran in Bushehr gebaut wird. Fast alle Kraftwerkstypen brauchen angereichertes Uran (weit über 90% aller Kernkraftwerke). Der einzige derzeit gebräuchliche Typ der das nicht braucht, sind die kanadischen CANDU Reaktoren. (Die auch in Südkorea, China und Rumänien stehen, wenn ich mich nicht irre. Davon abgeleitete Reaktoren wurden und werden in Indien gebaut und betrieben.)

      Aber mit diesen Reaktoren ist es um so leichter, waffenfähiges Material (Plutonium) unbemerkt zu erzeugen. Weil Uran dabei nur für kurze Zeit im Reaktor bleiben darf. Nun sind Reaktoren die natürliches Uran verwenden ohnehin dafür ausgelegt, im Betrieb Brennstäbe zu wechseln, weil relativ wenig spaltbares Material in dem Uran enthalten ist.

      Mit einem Druckwasserreaktor wie in Bushehr geht das ohnehin nur schwer und auf keinen Fall unbemerkt. Weil man den Reaktor mehrfach kurzzeitig Anfahren, abschalten, öffnen, Brennstäbe wechseln, Reaktor schließen und wieder anfahren müsste.

      Wenn der Eindruck entstanden ist, dass Anreicherungsanlagen nur für Waffenproduktion gebraucht werden, dann ist der völlig falsch. Sie werden heute fast nur für die Herstellung von Brennstäben benutzt.

      Unbenommen ist natürlich, dass man unter großem Aufwand mit einer Anreicherungsanlage auch Material für Atombomben herstellen kann. Aber die Herstellung ist aufwändiger als mit Plutonium. Für den primären Sprengkopf ist Uran immer bestenfalls zweite Wahl gewesen, weil damit mehr Material für die kritische Masse gebraucht wird und die Waffen (und der ganze Zündmechanismus) damit um ein mehrfaches größer und schwerer werden und trotzdem ineffizienter sind. Was dann auch heißt, dass die Trägerraketen um ein mehrfaches größer sein müssen etc. pp.

      Jedes Land das ernsthafte Ambitionen hat, wird mit waffenfähigem Plutonium anfangen.

      Um die Sache noch komplizierter zu machen: Ein großer Teil der Medizin, gerade der Krebsdiagnose und Behandlung, ist auf Material aus Kernreaktoren angewiesen. Dazu werden Proben (z.B. Molybdän-98) in den Reaktorkern gegeben, mit den Neutronen dort bestrahlt und wieder heraus genommen, um das gewünschte Material (Molybdän-99) zu erhalten. Dafür werden sie auch benutzt. Aber dem Reaktor wäre es völlig egal, wenn die Probe aus Uran-238 besteht und Plutonium-239 dabei heraus kommt.

      Andererseits dient der Haber-Bosch-Prozess genauso der Herstellung von Stickstoffdünger, wie von Sprengstoffen. Motoren können LKWs antreiben oder Panzer. Ein Düsenantrieb kann Passagieremaschinen genauso betreiben wie einen Bomber. Und so weiter.

      Am Ende ist man immer darauf angewiesen, dass die Menschen sich möglichst nicht gegenseitig umbringen wollen sollten. Denn wenn der Wille da ist, findet sich ein Weg. In Rwanda sind 10mal so viele Menschen durch Macheten gestorben, wie in Japan durch den Einsatz von Kernwaffen.

  6. #11 Ludger
    30. Mai 2015

    @Karlsberg
    Um die Liebenswürdigkeit unserer Freunde im nahen Osten zu prüfen, empfehle ich folgenden Test: Man setze ich in Teheran und später in Riad in eine Hotel-Lobby und lese in einer Bibel. Dann weiß man’s. Vorsicht: Reihenfolge einhalten, sonst klappt’s nicht!
    @ Frank

    “Und ja, selbstverständlich kann man ohne jede Anreicherung (es gibt nicht nur Zentrifugen!) eine Bombe bauen. ”

    Meinst Du “Die Urananreicherung ist einer von zwei Wegen zum Bau von Kernwaffen. Der andere Weg ist das Erbrüten von Plutonium in einem Kernreaktor und seine anschließende Abtrennung vom gebrauchten Kernbrennstoff durch Wiederaufarbeitung.” ( http://de.wikipedia.org/wiki/Uran-Anreicherung#Bedeutung_der_Urananreicherung_f.C3.BCr_den_Bau_von_Kernwaffen )?

    • #12 wasgeht
      30. Mai 2015

      Jein.

      “Gebrauchter Kernbrennstoff” ist hier meistens falsch und erzeugt immer den falschen Eindruck.

      Normale Brennstäbe bleiben viel länger im Reaktor und haben dann kein waffenfähiges Plutonium mehr. (Zu viel Pu-240.) Um das herzustellen, nimmt man Stäbe die nur dafür gedacht sind und nur kurz im Reaktor bleiben. (Stunden, 1-2 Tage, je nach Reaktor und Anspruch an das Plutonium)

      Vorzugsweise benutzt man dafür dann auch abgereichertes Uran, dann werden in dem Stab weniger Atome gespalten und man hat bei der Aufbereitung weniger Probleme mit der Radioaktivität der Spaltprodukte. (Wir unterstellen ja ohnehin, dass man möglichst schnell, möglichst viel herstellen will. Dann spielt das eine wichtige Rolle.)

  7. #13 Ludger
    30. Mai 2015

    Um das herzustellen, nimmt man Stäbe die nur dafür gedacht sind und nur kurz im Reaktor bleiben. (Stunden, 1-2 Tage, je nach Reaktor und Anspruch an das Plutonium)

    Und das ginge auch bei üblichen Druckwasser-Reaktoren?

    • #14 wasgeht
      30. Mai 2015

      Ja. Aber da muss man jedes mal den ganzen Reaktor herunter fahren, aufmachen etc. pp.

  8. #15 wereatheist
    31. Mai 2015

    Ich frage mich, warum Iran auf 20% angereichertes Uran brauchte. Wollten die die Entstehung von Plutonium behindern? Und Teile des Reaktorraums mit Thorium füllen?

    • #16 wasgeht
      31. Mai 2015

      Das war lange Zeit weltweit üblich für Forschungreaktoren (die auch zur Produktion von medizinischen Isotopen dienen). Da braucht man teilweise sehr hohe Neutronendichten um die Stoffe effizient herzustellen.

      Diese Reaktoren werden zur Zeit alle auf 5% umgestellt. Wie genau man das macht und wie gut das hinterher funktioniert, habe ich noch nicht nachgeschaut.

      Fakt ist aber: Das war weltweit absolut üblich so. Teilweise wurden solche Reaktoren auch mit waffenfähigem Uran betrieben. Aber die standen halt nicht im Iran und deswegen hat man in den Medien nie etwas davon gehört.

  9. #17 Ludger
    31. Mai 2015

    Guten Morgen erstmal!
    Hast Du eine Aufstellung, wie die anderen nicht klassischen Kernwaffenmächte (Nordkorea, Pakistan, Indien, Südafrika) an ihr Waffenmaterial gekommen sind: Anreicherung oder Erbrüten?

    • #18 wasgeht
      31. Mai 2015

      Bis auf Südafrika benutzten alle Plutonium.

  10. #19 Achim Duwentäster
    31. Mai 2015

    Molybdän-99 wird doch in nur weltweit wenigen Forschungsreaktoren, wie z.B. in Garching, produziert und nicht in Reaktoren, die zur Stromproduktion verwendet werden.

  11. #20 Achim Duwentäster
    31. Mai 2015

    Pakistan kam durch Anreicherung zu atomwaffenfäigen Material und zwar durch Abdul Kadir Khan, „Vater des pakistanischen Atomwaffenprogramms“, arbeitete von 1972 bis 1976 für das Physical Dynamics Research Laboratory (FDO), ein Unterauftragnehmer der niederländischen Niederlassung der Urenco-Gruppe, der Ultra-Centrifuge Nederland (UCN), in der UCN-Anlage in Almelo und hatte dank laxer Sicherheitsmaßnahmen Zugang zu den fortschrittlichsten Zentrifugenentwürfen, welche ihm den Aufbau einer pakistanischen Urananreicherung ermöglichte.
    (…)
    “Vor 1998 verkaufte Khan Anleitungen und Ausrüstungen für den Bau nuklearer Sprengsätze. Libyens Diktator Muammar al-Gaddafi kaufte das Komplettprogramm, der Iran interessierte sich vor allem für Uran-Zentrifugen. Mit Nordkorea tauschte er Atomtechnologie gegen Baupläne für Langstreckenraketen. 2004 wurden diese Deals bekannt.”

    Inzwischen ist belegbar, dass Abdul Kadir Khan dies mit Wissen und passiver Unterstützung der CIA durchführen konnte.
    http://www.zeit.de/2005/32/qadirkhan_lubbers

  12. #21 DasKleineTeilchen
    31. Mai 2015

    extrem interessanter artikel und thread. ich staune durchaus. ich bin gerade zum stammleser geworden.