Zentrifuge urananreicherung

Zentrifuge für Urananreicherung?

Wie groß ist so ein Teil und wie viel U238 kann man mit einer gewinnen?
wieso braucht man mehrere 10.000 Stück um einen Brennstab zu bekommen?

Im Gaszentrifugenverfahren wird gasförmiges Uranhexafluorid in das Innere eines senkrecht stehenden, sehr schnell (> 90.000 min-1) rotierenden Zylinders geleitet. Unter dem Einfluss der hohen Geschwindigkeit und der dadurch bedingten massenabhängigen Zentrifugalkräfte konzentrieren sich die schwereren 238UF6-Moleküle an der Außenwand des zylindrischen Rotors und die leichteren 235UF6-Moleküle nahe der Rotorachse, wodurch die Isotope getrennt werden.
Isotoptrennung ist also der Grund!
Uran-Anreicherung – Wikipedia

Wieso man soviele braucht?
Es lässt sich der Gehalt an Uran-235 mit dem unter anderem werkstofftechnisch begrenzten Verfahren jeweils nur um geringe Mengen steigern. In großtechnischem Maßstab schaltet man deshalb eine Vielzahl von Gaszentrifugen hintereinander, die die erforderliche Anreicherung dann gleichsam Schritt für Schritt erledigen.
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Bild 1: Schema der Gaszentrifuge
Der Aufbau der Zentrifuge ist in Bild 1 zu erkennen. In einem vakuumdichten Gehäuse läuft mit hoher Umfangsgeschwindigkeit ein Rotor um, in dem durch ein feststehendes Rohr mittig das zu trennende UF6-Gas eingebracht wird. Der Rotor reißt die Gasmoleküle mit. Nun wird ausgenutzt, daß die hohe Rotationsgeschwindigkeit eine größere Zentrifugalkraft auf die schwereren 238U-Moleküle ausübt als auf die leichteren und sich diese so vermehrt an der Außenwand sammeln.
Um die Rotorachse kommt es so zu einer geringen Anreicherung an 235UF6, das dort abgesaugt werden kann. Zur Rotorwand hin verstärkt sich die Konzentration an 238UF6, das also als Tails-Strom entnommen werden kann. Um einen entgegenwirkenden Vermischungseffekt durch Diffusion in radialer Richtung zu vermeiden, wird eine Konvektionsbewegung in axialer Richtung überlagert, die den Konzentrationsausgleich in radialer Richtung verhindert. Die erfolgt zum einen durch geeignete Wahl der Gaseinströmungs- und -entnahmeorte, zum anderen durch ein durch Beheizung und Kühlung erzeugten Temperaturgradienten entlang der Rotorachse. Bild 8 zeigt die große axiale Erstreckung der Zentrifugen.
Die Zentrifuge ist am oberen Ende in einem Magnetlager berührungsfrei aufgehangen, am unteren Ende wird sie durch einen schnellaufenden Elektromotor angetrieben. Diese Anordnung ist völlig wartungsfrei, so daß die Zentrifugenkaskaden einmal angeworfen werden und dann über Jahrzehnte ohne Unterbrechung durchlaufen können. Fällt dennoch mal eine einzelne Zentrifuge aus, wird sie nicht repariert, sondern verbleibt im Kaskadenverbund, da es teurer wäre, die gesamte Kaskade mit mehreren hundert Zentrifugen stillzulegen, um eine einzelne zu reparieren.
Der Trennfaktor von Zentrifugen wird nicht wie bei der Diffusion vom Massenverhältnis, sondern durch die Massendifferenz bestimmt. Es sind hier deutlich höhere Werte zu erreichen, wodurch die Kaskaden kleiner ausgelegt werden können.

Die physikalische Trennung nach dem Atomgewicht ist durch die hohe dort vorliegende Teilchengeschwindigkeit erst in der Gasphase richtig effektiv. Ausgesprochen geeignet dazu ist die Verbindung Uranhexafluorid , die pro Molekül aus einem Atom Uran und sechs Atomen des Elements Fluor besteht. Fluor besitzt lediglich ein Isotop mit der Massenzahl 19. In der Verbindung UF6 existiert somit ein "schweres" UF6 aus 238U und F und ein "leichtes" UF6 aus 235U und F.
Der prozentuale Massenunterschied zwischen beiden Molekülen beträgt nur 0,85 %. Diese geringe Differenz muß nun in der tatsächlichen Anwendung ausreichen, um eine lohnenswerte Trennung durchführen zu können.
Die Anreicherung erfolgt in mehreren Stufen, da pro Prozeßstufe nur eine sehr geringe Trennung erfolgt.
ps. die Urananreicherung ist auf 5% für die Herstellung von Brennstäben beschränkt. Für die Herstellung von waffenfähigen Material sind 90% notwendig.

Grob kann man sagen, dass bei der Urananreicherung mit der Gaszentrifuge Uranhexafluoridgas in U-238 und U-235 getrennt wird. Da hier die Masseunterschiede sehr gering sind, muessen diese Zentrifugen mit sehr hoher Genauigkeit arbeiten.
Sehr Komplexes Thema, ich schlage vor du klickst dich mal bei Wikipedia durch um einen Ueberblick zu bekommen.
Uran-Anreicherung – Wikipedia
Uran – Wikipedia