Forschung in der Kernbrennstoffproduktion: Erkenntnisse aus dem Ulba-Metallurgiewerk in Kasachstan
Kasachstan bereitet sich auf Volksabstimmung für Standort des ersten Atomkraftwerks vor
ASTANA – Kasachstan bereitet sich auf eine Volksabstimmung vor, um den Standort seines ersten Atomkraftwerks zu bestimmen. Viele Experten sind davon überzeugt, dass dieser Schritt den Weg für die Entwicklung der Atomenergie im Land ebnen wird. Wenn die Bevölkerung für den Bau eines Atomkraftwerks stimmt, stellt sich eine entscheidende Frage: Woher soll der Brennstoff kommen?
Eine mögliche Antwort liegt in Oskemen, wo das Ulba Metallurgical Plant (UMP) angesiedelt ist. Die Agentur Kazinform besuchte kürzlich diese einzigartige Anlage in Zentralasien, um mehr über ihre Betriebsabläufe zu erfahren.
Einzigartiges Gut
Das im Oktober 1949 gegründete Ulba Metallurgical Plant (UMP) hat sich zu einem der weltweit führenden Hersteller von Uran-, Beryllium-, Tantal- und Niobprodukten entwickelt. Es bedient die Bedürfnisse der Kernenergie-, Elektronik-, Metallurgie- und anderer Branchen. Seit 1997 ist UMP Teil des nationalen Atomunternehmens Kazatomprom und vertritt die Interessen Kasachstans in der Nuklearindustrie.
Im Werk Ulba-TVS, einer Anlage innerhalb der UMP, werden Uranbrennstoffkomponenten für Kernkraftwerke hergestellt. Laut Yulia Antonova, Leiterin der PR-Abteilung des Unternehmens, ist das Werk Ulba-TVS ein kasachisch-chinesisches Gemeinschaftsunternehmen, wobei 51 Prozent der Anteile der UMP und 49 Prozent dem chinesischen Unternehmen CGNPC-URC gehören.
„Die Anlage ist insofern einzigartig, als sie das einzige Unternehmen in Kasachstan und Zentralasien ist, das Brennstoff für Kernkraftwerke produziert. Die geplante Produktionskapazität beträgt 200 Tonnen schwach angereichertes Uran pro Jahr, was etwa 440 Brennelementen pro Jahr entspricht. Im Jahr 2024 soll die volle Kapazität erreicht werden. Hier werden Anlagen installiert, die in Frankreich, Deutschland, den USA, China und Kasachstan hergestellt werden“, erklärte Antonova.
Was ist ein Brennelement?
Ein Brennelement ist ein spezielles technisches Produkt, das zur Erzeugung von Wärmeenergie in einem Kernreaktor dient. Im Inneren des Brennelements befinden sich Brennstoffpellets aus Uran, die bei der Erzeugung von Kernenergie eine entscheidende Rolle spielen.
Die Produktion eines Brennelements beginnt mit natürlichem Uran, das in Kasachstan abgebaut wird. Bevor es jedoch als Kernbrennstoff verwendet werden kann, muss natürliches Uran in Hexafluorid (UHF) umgewandelt und mit dem Isotop 235 angereichert werden, normalerweise auf weniger als 5 %. Bei diesem Verfahren wird natürliches Uran zur Umwandlung und Anreicherung nach Russland geschickt. Das angereicherte Uran wird dann an UMP geliefert, um Pulver und Brennstoffpellets herzustellen.
Wie werden Brennelemente hergestellt?
Der Weg vom Uran zum Brennstoffpellets ist bei der UMP ein akribischer Prozess. Der stellvertretende Leiter der Uranproduktionsstätte Vladislav Kogai beschrieb die einzelnen Schritte.
„Zuerst fügen wir dem Uran ein trockenes poröses Mittel hinzu. Dann folgt der Form- und Sinterprozess. Dann werden die Pellets gemahlen und auf Defekte untersucht. Der gesamte Prozess, vom Pulver bis zum fertigen Pellet, dauert etwa 12 Tage“, sagte Kogai.
Das Werk ist im Dauerbetrieb und die Mitarbeiter arbeiten im Dreischichtbetrieb, um eine unterbrechungsfreie Produktion zu gewährleisten.
Wie werden Brennelemente transportiert?
Die Brennstoffpellets werden für den Export transportiert und zu Brennelementen zusammengebaut. Dieser Vorgang erfolgt auf einer speziellen Brennelement-Montagelinie, die eine Hebebühne, eine Montagedrehbühne und einen Tisch zum Ziehen der Brennstäbe umfasst.
Brennstäbe werden mit modernster Technologie hergestellt. Die Hüllrohre werden manuell auf einen Puffertisch gelegt und dann automatisch entlang der Transportlinie bewegt. Der Bediener überwacht den Prozess und stellt sicher, dass Abweichungen umgehend behoben werden. Nach Schritten wie Spülen, Reinheitskontrolle, Schweißen und Sichtprüfung werden die Rohre mithilfe eines Vibrationsladers mit Pellets gefüllt.
Damit ist der Prozess aber noch nicht beendet. Die Brennelemente werden dann an einem Skelett befestigt – einem tetraedrischen Rahmen aus Rohren und Gittern, der die Struktur des Brennelements bildet. Eine spezielle Robotermaschine schweißt diese Baugruppe und überprüft ihre Präzision mithilfe einer Koordinatenmessmaschine.
In jedem Brennelement sind 450 kg Uran enthalten. Die Kapazität der Anlage ist auf die Produktion von 440 Brennelementen pro Jahr ausgelegt. Dank der Partnerschaft mit CGNPC-URC werden diese Fertigprodukte unter strenger Kontrolle per Bahn nach China exportiert. In den letzten Jahren wurden fünf Brennelementlieferungen (bis zu 150 Tonnen schwach angereichertes Uran) an chinesische Kernkraftwerke durchgeführt. Bis Juli 2024 wurden acht Lieferungen bzw. 240 Tonnen schwach angereichertes Uran abgeschlossen.
Die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) führt regelmäßig Inspektionen des Kraftwerks durch. Seit seiner Gründung hat die UMP eine einwandfreie Sicherheitsbilanz vorzuweisen; bisher wurde kein einziger Notfall gemeldet.
Die IAEA-Bank für niedrig angereichertes Uran
Die UMP ist auch Heimat zur Low Enriched Uranium (LEU) Bank, einer von der IAEA kontrollierten Reserve an schwach angereichertem Uran in Form von Uranhexafluorid (UF6). Die LEU Bank ist eine garantierte Reserve für die IAEA-Mitgliedsstaaten im Falle von Versorgungsunterbrechungen.
Die LEU-Bank nahm im Dezember 2019 offiziell ihren Betrieb auf und verfügt derzeit über ein Volumen von 90 Tonnen schwach angereichertem Uran. Die Reserve ist noch nicht ausgeschöpft, was die Robustheit der globalen Lieferkette für Kernbrennstoffe unterstreicht.
