Quelltext der Seite MOX-Brennelement

[[Datei:Brennelement-Kernkraftwerk.jpg|mini|hochkant|Kopfbereich eines [[Druckwasserreaktor|DWR]]-Brennelementes. Ausschnitt links: Uran-Tabletten (Pellets) in den Brennstäben.]]

Als '''Mischoxid-Brennelemente''', kurz: '''MOX-Brennelemente''' ([[Mischoxid|MOX]] = Mischoxid, wie (Pu, U)O<sub>x</sub>), werden in der [[Kernenergie|Kerntechnik]] [[Brennelement]]e bezeichnet, die – im Gegensatz zu Brennelementen aus reinem [[Uran(IV)-oxid|Urandioxid]] – ein weiteres [[Oxid]] enthalten. Meist handelt es sich dabei um [[Plutonium(IV)-oxid|Plutoniumdioxid]], seltener um [[Thoriumdioxid]]. Im Folgenden wird nur Uran-Plutonium-Mischoxid behandelt. Auch Mischungen aus Plutoniumoxid und Thoriumoxid ''ohne'' Uran werden als „MOX“ bezeichnet und in kleinerem Umfang in Reaktoren eingesetzt.

== Hintergrund ==
=== Entstehung von Plutonium ===
Plutonium entsteht unvermeidlich in jedem mit Uranbrennstoff betriebenen [[Kernreaktor]]. Werden die abgebrannten Brennelemente [[Wiederaufarbeitung|wiederaufgearbeitet]], was in Deutschland anfangs verboten und zwischenzeitlich in begrenzter Menge möglich war (siehe [[Atomwaffensperrvertrag]]), wird Plutonium üblicherweise speziell wegen seiner stärkeren [[Radioaktivität]] und seiner hohen biologischen Gefährlichkeit sowie aus einigen weiteren Gründen abgetrennt.

Es gibt auf der Welt einen Überschuss an Plutonium, seit die beiden Supermächte sich auf eine massive nukleare Abrüstung geeinigt haben (siehe unten). Beispielsweise hat das Vereinigte Königreich aus der Zeit der [[Magnox]]-Reaktoren, die auf die Erzeugung von Plutonium ''und'' Strom ausgelegt waren, nennenswerte Plutonium-Vorräte erzeugt.<ref>{{Internetquelle |autor=John Krzyzaniak |url=https://thebulletin.org/2020/04/britain-has-139-tons-of-plutonium-thats-a-real-problem/ |titel=Britain has 139 tons of plutonium. That’s a real problem. |werk=Bulletin of the Atomic Scientists |datum=2020-04-17 |sprache=en-US |abruf=2024-02-08}}</ref><ref>https://www.parliament.uk/globalassets/documents/post/postpn237.pdf</ref>

=== Verwendung von MOX ===
Plutonium kann in Form von MOX-Brennstoff in [[Kernreaktor]]en eingesetzt und dort zur [[Energieerzeugung]] genutzt werden. Bei [[Leichtwasserreaktor]]en ist dies eine Option, bei schnellen [[Brutreaktor]]en eine Notwendigkeit, denn die dort benötigte hohe Neutronenausbeute der [[Kernspaltung]] wird nur mit einem genügend hohen [[Plutonium]]-239-Anteil im Brennstoff (und Spaltung durch schnelle, nicht[[Moderator (Physik)|moderierte]] Neutronen) erreicht. Schnelle Brutreaktoren können auch mit hoch angereicherten Uran betrieben werden, in dem der Anteil an <sup>235</sup>U statt bei ~3–5 % (wie in Leichtwasserreaktoren) bzw. 0,72 % (wie in [[Natururanreaktor]]en) bei teilweise 80–90 % ist, jedoch ist dies aufgrund der hohen Kosten derartig hoher Urananreicherung weniger wirtschaftlich als die Verwendung von Plutonium. Im thermischen Neutronenspektrum ist eine Brutzahl >1 nur bei Verwendung von [[Thorium]] möglich. Da <sup>232</sup>Th jedoch selbst keine Kettenreaktion aufrechterhalten kann, ist es notwendig, Mischbrennstoff mit einem entsprechenden Gehalt an <sup>235</sup>U, <sup>239</sup>Pu oder <sup>233</sup>U zu verwenden, oder für den Betrieb als [[Kritikalität|subkritischer]] Reaktor eine externe [[Neutronenquelle]] zu verwenden. <sup>235</sup>U kann dabei aus natürlichem Uran gewonnen werden, während <sup>239</sup>Pu (aus <sup>238</sup>U) bzw. <sup>233</sup>U (aus <sup>232</sup>Th) „erbrütet“ und mithin aus [[abgebrannter Kernbrennstoff|abgebrannten Brennstoff]] anderer Reaktoren extrahiert werden müssen.

=== Chemische Form ===
Während Uran aufgrund des hohen Schmelzpunktes (1132,2&nbsp;°C) auch als metallischer Brennstoff in Betracht kommt, ist bei nennenswerten Plutoniumgehalten die Verwendung eines Oxids ratsam, da Plutonium bereits bei 639,4&nbsp;°C schmilzt. Darüber hinaus ist Plutonium bei hinreichend großer Oberfläche leicht entzündlich was ein weiteres Argument für eine [[Urandioxid]]/[[Plutoniumdioxid]]-[[Oxidkeramik]] als chemische Form des Brennstoffs ist. Nichtsdestotrotz wurde in der Vergangenheit auch mit metallischen Brennstoffen mit signifikanten Plutoniumgehalten experimentiert, so beim [[Integral Fast Reactor]], welcher mit „Pyroprocessing“ eine neuartige Form der Wiederaufarbeitung verwendete, die nur mit metallischen Ausgangsmaterialien funktioniert. Metallischer Brennstoff enthält üblicherweise zusätzlich zu den eigentlichen spaltbaren Materialien [[Legierung]]smetalle, welche den Schmelzpunkt des Brennelements heraufsetzen und günstige Neutronenphysikalische Eigenschaften haben. Erprobt wurden zum Beispiel [[Zirconium|Zr]]-U-Pu-Legierungen.<ref>https://inl.gov/vtr/vtrfuel/</ref><ref>https://www.osti.gov/biblio/712317/</ref><ref>https://www.researchgate.net/publication/251511619_Zirconium_Alloys_Matrix_as_Innovative_Material_for_Composite_Fuel</ref> Bei den Eigenschaften entsprechender Legierungen müssen sowohl makroskopisch-physikalische wie auch neutronenphysikalische Eigenschaften berücksichtigt werden.<ref>{{Literatur |Autor=Sangjoon Ahn |Titel=Comprehensive Investigation of the Uranium-Zirconium Alloy System: Thermophysical Properties, Phase Characterization and Ion Implantation Effects |Datum=2013-07-31 |Online=[https://oaktrust.library.tamu.edu/handle/1969.1/151201 Online] |Abruf=2024-02-08 |Sprache=en}}</ref>

=== Verwendung global und in Deutschland ===
MOX-Brennelemente kamen 2011 in 21 französischen, in 10 der damals 17 deutschen [[Kernreaktor]]en und in Japan zum Einsatz.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.fr-online.de/wirtschaft/areva-stoppt-atomlieferung/-/1472780/8234926/-/index.html |wayback=20110319152915 |text=Areva stoppt Atomlieferung}}</ref> Insgesamt enthielten im Jahr 2017 rund 30 thermische Reaktoren in Europa (Belgien, Schweiz, Deutschland und Frankreich) MOX und insgesamt 40 erhielten die Erlaubnis dazu.<ref name="WNA">{{Internetquelle |url=http://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/mixed-oxide-fuel-mox.aspx |titel=MOX, Mixed Oxide Fuel |hrsg=[[World Nuclear Association]] |datum=2017-06 |sprache=en |abruf=2017-09-12}}</ref> Eine Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen zur Herstellung von MOX erfolgt in Europa ausschließlich in Frankreich, in einem geringeren Ausmaß in Russland und Japan.<ref name="WNA" /> In China gibt es Planungen für schnelle Brüter und [[Wiederaufarbeitung]]sanlagen. Die USA betreiben – mit Unterbrechungen aufgrund einer möglichen Verwendung des Plutoniums in Nuklearwaffen – seit längerem entsprechende Wiederaufbereitungsanlagen. In Russland wurde in jüngerer Zeit [[Remix Fuel]] entwickelt, welcher im Gegensatz zu „westlichem“ MOX weniger Plutonium enthält und sich daher für die Verwendung in ursprünglich nicht auf MOX ausgelegten Reaktoren eignet.

=== Fukushima ===
[[Nuklearkatastrophe von Fukushima#Aufbau des Kraftwerks|Reaktor 3 des Kernkraftwerk Fukushima&nbsp;I]] enthielt seit August 2010 auch MOX-Brennelemente. Zum Zeitpunkt der Havarie bestanden 32 der insgesamt 548 Brennelemente aus MOX-Brennstoff.<ref name="NYT1" />

== Auswirkungen auf die Reaktor-Betriebssicherheit ==
{{Siehe auch|Reaktorsicherheit}}
Der Einsatz von MOX in Leichtwasserreaktoren bewirkt eine leichte Erhöhung des [[Strahlenschaden]]s, dem der [[Reaktordruckbehälter]] ausgesetzt ist. Der Strahlenschaden wird durch den „schnellen“ Anteil des [[Neutronenfluss]]es verursacht. Dieser Anteil ist bei der Spaltung von Plutonium höher als bei Uran. Die Berechnung des Neutronenspektrums in einem ''vollständig'' mit MOX beladenen Westinghouse-Druckwasserreaktor ergab einen gegenüber reinem Uranoxid-Brennstoff um 12 % höheren schnellen Fluss;<ref>{{Literatur |Autor=Fausto Franceschini, Bojan Petrović |Titel=Core physics analysis of 100% MOX core in IRIS |Sammelwerk=Annals of Nuclear Energy |Band=35 |Nummer=9 |Datum=2008-09 |Sprache=en |Seiten=1587–1597 |DOI=10.1016/j.anucene.2008.03.006 |Online=[https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S030645490800090X Online] |Abruf=2024-02-08}}</ref> bei der üblichen Beimischung von 30 % MOX-Brennelementen entspricht dies einer Erhöhung um 4 %.

Eine weitere Auswirkung kommt vom geringeren Anteil der [[Verzögertes Neutron|verzögerten Neutronen]] bei Plutonium-239 gegenüber Uran-235. Dadurch wird der Abstand zwischen den Zuständen [[Kritikalität#Verzögert kritisch|''verzögert kritisch'']] und [[Kritikalität#Prompt kritisch|''prompt kritisch'']] etwas kleiner und erfordert eine entsprechend feine Reaktorsteuerung.

Während „frischer“ Uranbrennstoff kaum radioaktive Strahlung emittiert und im Prinzip sogar mit Händen gehalten werden kann, ohne größere Schäden am Personal auszulösen,<ref>{{Internetquelle |url=https://bravenewclimate.com/2010/04/22/ifr-fad-4/ |titel=IFR FaD 4 – a lifetime of energy in the palm of your hand |werk=Brave New Climate |datum=2010-04-21 |sprache=en |abruf=2024-02-08}}</ref> ist die Strahlendosis von MOX-Brennstoff höher. Dies liegt zum einen am zwar geringen, aber nicht vollständig vernachlässigbaren Gehalt an [[minore Actinoide|minoren Actinoiden]] und [[Spaltprodukt]]en, zum anderen enthält MOX-Brennstoff üblicherweise <sup>241</sup>Pu. Dieses Isotop ist spaltbar, [[Betazerfall|zerfällt]] jedoch mit etwa 14 Jahren Halbwertszeit zu nicht spaltbarem [[Americium]]-241. Um eine möglichst hohe Ausbeute an Energie zu erhalten, wird daher der abgebrannte Brennstoff möglichst früh wiederaufgearbeitet, damit möglichst wenig <sup>241</sup>Pu zerfallen ist. Negative Konsequenz davon sind höhere Strahlendosen – und daraus folgend größere notwendige Abschirmung – in allen Verfahrensschritten bis zur Beladung des Reaktors mit MOX-Brennelementen.

== Herstellung ==
{{Siehe auch|Brennelement|Brennelementefabrik|Brennstoffkreislauf}}
Das Herstellungsverfahren von MOX-Brennelementen ähnelt dem von Urandioxid-Brennelementen. [[Plutonium]] ist wegen der stärkeren Radioaktivität und seiner Neigung zur [[Aerosol]]bildung ein viel gefährlicherer Arbeitsstoff als Uran. Deshalb sind deutlich größere Sicherheitsvorkehrungen zu treffen. Die Verarbeitung erfolgt in abgeschirmten, luftdichten Umschließungen ([[Handschuhkasten]]technik) und ist weitgehend automatisiert. Die Zumischung an Plutonium liegt bei 7–11 %, im Durchschnitt bei 9,5 %. Wird waffenfähiges Plutonium (≥ 90 % Pu-239) verwendet, ist nur noch eine Zumischung von 5 % erforderlich.<ref name="WNA" />

Auch bei Verwendung von MOX entsteht aus dem enthaltenen <sup>238</sup>U wiederum spaltbares Plutonium. Jedoch wird gleichzeitig durch Neutroneneinfang bei dem ''keine'' Spaltung erfolgt aus spaltbarem <sup>239</sup>Pu nicht spaltbares <sup>240</sup>Pu und aus spaltbarem <sup>241</sup>Pu nicht spaltbares <sup>242</sup>Pu. Dadurch ist das Plutonium in „abgebrannten“ MOX-Brennelementen von deutlich niedrigerer Qualität als jenes, welches aus Uranbrennstoff, oder stillgelegten Kernwaffen gewonnen werden kann, und daher für Wiederaufarbeitung uninteressant. Aus diesem Grund wird „verbrauchter“ MOX-Brennstoff so gut wie nie einer Wiederaufarbeitung zugeführt. Plutonium-Thorium MOX hat hierbei zweifelsohne Vorteile, da keine neuen Transurane aus Thorium gebildet werden und der größte Teil des Plutoniums gespalten wird, ohne dass neues entsteht. Aus dem <sup>232</sup>Th, welches Neutronen einfängt, entsteht <sup>233</sup>U, welches wiederum als Brennstoff nutzbar ist. Bei einer etwaigen Wiederaufarbeitung abgebrannten Pu-Th-Mox kann durch verhältnismäßig einfache chemische Trennverfahren Uran und Thorium zurückgewonnen werden, ohne dass eine Isotopentrennung nötig wäre.

Abgebrannter MOX-Brennstoff hat üblicherweise einen geringeren Gehalt an [[Neptunium]] als Uran-Brennstoff, da <sup>237</sup>Np üblicherweise durch Neutroneneinfang in <sup>236</sup>U gefolgt von Betazerfall entsteht, und in MOX quasi kein <sup>236</sup>U bzw. <sup>235</sup>U vorhanden ist. Eine gewisse Menge <sup>237</sup>Np wird jedoch durch (n,2n) Reaktionen in <sup>238</sup>U gebildet. Alle anderen minoren Actinoide sind jedoch in größeren Mengen vorhanden, da deren Ausgangspunkt immer Neutroneneinfang in schweren Plutonium-Isotopen ist. So enthält abgebrannter MOX-Brennstoff üblicherweise mehr [[Americium]] und [[Curium]] als abgebrannter Brennstoff, der vor dem Abbrand kein Plutonium enthielt.

== Hersteller (Beispiele) ==
{{Siehe auch|Wiederaufarbeitung}}

=== Aktive Anlagen oder in Planung ===
* In Frankreich die Anlage [[Melox]] in der [[Nuklearanlage Marcoule]]
* In Russland, verschiedene Fabriken und Anlagen heute im Portfolio von [[TWEL]] des Konzerns [[Föderale Agentur für Atomenergie Russlands|Rosatom]]; neue Fabriken befinden sich im Bau für den neuen, schnellen Reaktors [[BN-Reaktor|BN]]-800<ref>{{Internetquelle |url=https://www.world-nuclear-news.org/Articles/TVEL-starts-batch-production-of-MOX-fuel-assemblie |titel=Russia starts batch production of MOX fuel assemblies : Uranium & Fuel - World Nuclear News |werk=WNN |hrsg=WNA |datum=2018-12-13 |sprache=en |abruf=2024-03-21}}</ref> ([[Kernkraftwerk Belojarsk]]) oder den BREST/ODEK-Reaktor<ref>{{Internetquelle |url=https://rosatomnewsletter.com/2024/02/28/brest-gets-based/ |titel=BREST Gets Based |hrsg=Rosatom |datum=2024-02 |sprache=en-US |abruf=2024-03-21}}</ref>. Das [[Plutonium(IV)-oxid|Plutonium(dioxid)]] entstammt z. B. von der [[Wiederaufarbeitung]]sanlage PA [[Kerntechnische Anlage Majak|Mayak]]
* In Japan arbeitet im Jahr 2017 das Unternehmen [[Japan Nuclear Fuel Limited]] an der Fertigstellung einer Anlage namens J-MOX, die Fertigstellung ist für 2027 geplant.{{Zukunft|2027||20250318}}<ref name="jnfl.co.jp">{{Internetquelle |url=https://www.jnfl.co.jp/en/business/mox/ |titel=MOX Fuel Fabrication {{!}} Business - JNFL |abruf=2024-02-08 |sprache=en}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Tsuyoshi Sampei, Kazuhiko Hiruta, Junji Shimizu, Ko Ikegame |Titel=Current status of J-MOX safeguards design and future prospects |Hrsg=[[Internationale Atomenergie-Organisation|IAEA]] |Online=[https://www.iaea.org/safeguards/symposium/2014/home/eproceedings/sg2014-papers/000054.pdf PDF] |Sprache=en}}</ref><ref>{{Internetquelle |url=https://www.world-nuclear-news.org/articles/french-japanese-mox-fuel-recycling-studies-expanded |titel=French-Japanese MOX fuel recycling studies expanded |hrsg=World Nuclear News |datum=2025-02-13 |sprache=en |abruf=2025-03-23}}</ref> Kleine Anlagen arbeiten in der Nähe des [[Kernkraftwerk Tōkai]] (120&nbsp;km nordöstlich von Tokio).

=== Ehemalige Anlagen ===

* in Belgien die [[Franco Belge de Fabrication de Combustible]] bei [[Dessel]] (eine Tochterfirma von [[Areva NP]])
* in Großbritannien der [[Sellafield MOX Plant]] in der Nuklearanlage [[Sellafield]]
* in Deutschland, siehe ''MOX-Herstellung in Deutschland''

=== MOX-Herstellung in Deutschland ===
Auch in Deutschland wurden MOX-Brennelemente bis ca. 1990 hergestellt.<ref>{{Literatur |Autor=Jürgen Krellmann |Titel=Plutonium Processing at the Siemens Hanau Fuel Fabrication Plant |Sammelwerk=Nuclear Technology |Band=102 |Nummer=1 |Datum=1993-04 |Sprache=en |Seiten=18–28 |ISSN=0029-5450 |DOI=10.13182/NT93-A34799 |Online=[https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT93-A34799 Online] |Abruf=2025-04-16}}</ref> Eine Tochter der Siemens AG, die ALKEM GmbH in Hanau-Wolfgang, war der Hersteller. Dabei kamen folgende Verfahren zum Einsatz:

* [[Oxalat]]-Verfahren
* A(U/Pu)C-Verfahren (Amonium-[[Uranyl]]-Plutonyl-[[Carbonat]])

Ziel des Unternehmens war mit dem A(U/Pu)C-Verfahren einen sogenannten „löslichen“ Mischoxid-Brennstoff herzustellen. Das heißt, dass die Mischoxid-Pellets nach dem Aufenthalt im Kernreaktor, bei der nachfolgenden Wiederaufarbeitung, vollständig löslich sind. Bei anderen Herstellungsverfahren entsteht immer ein unlöslicher Rückstand, der noch Spaltstoff beinhaltet. Das steht der Zielsetzung eines „Geschlossenen Brennstoffkreislaufs“ im Wege. Das Projekt wurde unter dem internen Namen: „Löslicher Brennstoff“ geführt.

== MOX-Länderchronologie ==

=== Deutschland ===
{{Überarbeiten}}
1991 verbot das [[Hessisches Ministerium für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz|Hessische Umweltministerium]] unter [[Joschka Fischer]] die Fertigung in [[Hanau-Wolfgang]]. Anfang 1992 warnte ein Gutachten der [[Gesellschaft für Reaktorsicherheit]] (Köln) vor den Gefahren von MOX-Elementen und bestätigte damit Warnungen des [[Öko-Institut]]s (Darmstadt).<ref>{{Der Spiegel|ID=13680422|Titel=Leichtfertiges Spiel|Jahr=1992|Nr=7}}</ref>

1995 stellte [[Siemens]] den Neubau einer größeren Anlage ein.<ref>
{{cite web |author=Detlef Esslinger |url=https://www.sueddeutsche.de/politik/brennelementewerk-in-hanau-was-die-politik-umtrieb-ging-nie-in-betrieb-1.319148 |title=Brennelementewerk in Hanau – Was die Politik umtrieb, ging nie in Betrieb |date=2003-12-03 |publisher=sueddeutsche.de |access-date=2009-01-05 |language=de}}
</ref>

In den Jahren 2000 bis 2008 wurden in insgesamt neun (der damals 17) deutschen Kernkraftwerken Mischoxid-Brennelemente aus der Wiederaufarbeitung zusammen mit herkömmlichen Uran-Brennelementen eingesetzt.<ref name="Bundestag-17-1067">{{Internetquelle |url=https://dipbt.bundestag.de/dip21/btd/17/013/1701323.pdf |titel=Sicherheit bei Transport, Lagerung und Einsatz von MOX-Brennelementen. Antwort 17/1067 auf eine kleine Anfrage an die Bundesregierung. |hrsg=[[Deutscher Bundestag]] |datum=2010-04-08 |format=PDF; 202&nbsp;kB |abruf=2011-03-19 |sprache=de}}</ref> Die Brennelemente verbleiben im Durchschnitt für vier Jahre im Reaktorkern.<ref name="Bundestag-17-1067" /> Bislang (Stand Februar 2011) fanden aus französischen Wiederaufarbeitungsanlagen 51 [[MOX-Transporte nach Deutschland|Rücktransporte von MOX-Brennelementen nach Deutschland]] statt.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.dewezet.de/portal/lokales/aktuell-vor-ort/aerzen-emmerthal_Mox-Brennelemente-eon-ueberrascht-Genehmigungsbehoerde-_arid,308097.html |titel=Mox-Brennelemente: E.ON überrascht Genehmigungsbehörde |hrsg=dewezet.de |datum=2011-02-08 |abruf=2011-03-19 |sprache=de}}</ref> Ein Antrag für den Transport von 16 MOX-Brennelementen über den Seeweg aus dem britischen [[Sellafield]] ins [[Kernkraftwerk Grohnde]] wurde seitens E.ON im Februar 2011 zurückgezogen<ref name="eon">{{Internetquelle |url=https://archive.today/2013.01.22-044929/http://www.eon-kernkraft.com/pages/ekk_de/Presse_und_Wissenswertes/Pressemitteilungen/Aktuelle_Presse/Pressemitteilung.htm?id=1452687 |titel=E.ON Kernkraft verschiebt Transporte von Mischoxid-Brennelementen zum Gemeinschaftskernkraftwerk Grohnde |hrsg=eon-kernkraft.com |datum=2011-02-07 |abruf=2011-03-19 |sprache=de}}</ref>, aber im September und November 2012 umgesetzt.

Im Rahmen der Revisionen 2009 (?) und April 2012 wurden in Grohnde keine MOX-Brennelemente eingesetzt.

Die deutschen Kernkraftwerksbetreiber haben für den Zeitraum 2009 bis 2016 die Fertigung und Lieferung von 170 t Mischoxid, das entspricht etwa 648 Brennelementen, mit den britischen und französischen Wiederaufarbeitungsanlagen vereinbart.<ref name="Bundestag-17-1067" /> Im März 2012 genehmigte das [[Bundesamt für Strahlenschutz]] (BfS) einen Transport von MOX-Brennelementen vom britischen [[Sellafield MOX Plant]] zum AKW Grohnde.

Laut Betreiber E.ON sollen bei der Revision im April 2012 die Mischoxid-Brennelemente aber noch nicht zum Einsatz kommen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.contratom.de/2012/03/31/transport-von-mox-brennelementen-nach-grohnde-genehmigt/ |titel=Transport von Mox-Brennelementen nach Grohnde genehmigt – contrAtom |sprache=de |abruf=2025-04-16}}</ref><!--- Nach Abschluss der Anlagenrevision (5. - 22. April 2012) ging das Kernkraftwerk Grohnde wieder ans Netz. 48 der insgesamt 193 Brennelemente im Reaktorkern wurden gegen neue ausgetauscht. --->Am Morgen des 24. September 2012 erreichten acht Brennelemente aus Sellafield das KKW Grohnde.<ref>[http://www.focus.de/politik/deutschland/atom-atomtransport-nach-grohnde-endet-ohne-zwischenfaelle_aid_825418.html Atomtransport nach Grohnde endet ohne Zwischenfälle]</ref><ref>{{Literatur |Titel=Atomtransport aus Sellafield für AKW Grohnde in Nordenham angekommen |Sammelwerk=Der Spiegel |Datum=2012-09-23 |ISSN=2195-1349 |Online=[https://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/atomtransport-aus-sellafield-fuer-akw-grohnde-in-nordenham-angekommen-a-857484.html Online] |Abruf=2025-04-16 |Sprache=en}}</ref>
<!--- laut spiegel ist in den kommenden Wochen ein zweiter Transport geplant --->

{| class="wikitable" style="text-align:center; width:80%;"
|- class="hintergrundfarbe5"
! colspan="2"|
! colspan="9"| Zuladung an MOX-Brennelementen in t pro Jahr (Planungsstand 2010)<ref name="Bundestag-17-1067" />
|- class="hintergrundfarbe5"
! Kernkraftwerk
! Betreiber
! width="8%;"| 2000
! width="8%;"| 2001
! width="8%;"| 2002
! width="8%;"| 2003
! width="8%;"| 2004
! width="8%;"| 2005
! width="8%;"| 2006
! width="8%;"| 2007
! width="8%;"| 2008
|-
| [[Kernkraftwerk Emsland|Emsland]]
| [[RWE]]
| –
| –
| –
| –
| 6,5
| 6,5
| 6,5
| 6,5
| 6,5
|-
| [[Kernkraftwerk Brokdorf|Brokdorf]]
| [[E.ON]]
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 4,2
| 8,5
| –
| 8,5
| 8,5
|-
| [[Kernkraftwerk Unterweser|Unterweser]]
| E.ON
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 2,1
| 12,7
| 2,1
| 6,4
| –
| –
|-
| [[Kernkraftwerk Grohnde|Grohnde]]
| E.ON
| 6,4
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| –
| –
| –
| –
|-
| [[Kernkraftwerk Philippsburg#KKP 2|Philippsburg 2]]
| [[EnBW]]
| –
| –
| 8,5
| 10,6
| 8,5
| 10,6
| 8,5
| –
| –
|-
| [[Kernkraftwerk Neckarwestheim#GKN II|Neckarwestheim 2]]
| EnBW
| 8,6
| 4,3
| 4,3
| 6,4
| –
| –
| –
| –
| –
|-
| [[Kernkraftwerk Gundremmingen|Gundremmingen]]
| RWE
| 11,8
| 14,6
| 19,2
| 19,5
| 16,7
| 18,1
| 16,7
| –
| 10,4
|-
| [[Kernkraftwerk Isar#Block 2|Isar 2]]
| E.ON
| –
| 17,1
| 17,1
| 8,6
| –
| 6,4
| 6,4
| 6,4
| 6,4
|-
| [[Kernkraftwerk Grafenrheinfeld|Grafenrheinfeld]]
| E.ON
| –
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 8,5
| 6,4
| 6,4
|}

Zur Tabelle: Die Kernkraftwerke Unterweser und Grafenrheinfeld wurden mittlerweile im Rahmen des deutschen Atomausstiegs stillgelegt.

Aus der 'Länderumfrage zur Entsorgung abgebrannter Brennelemente aus den Kernkraftwerken in der Bundesrepublik Deutschland' zum '''Stand 31. Dezember 2010''' teilte die Bundesregierung die Vertragsmengen für die Fertigung von MOX-Brennelementen mit, die von den Betreibern zu diesem Zeitpunkt abgeschlossen waren (Pu<sub>fiss</sub> = spaltbares Plutonium-239 und -241):<ref> Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Sylvia Kotting-Uhl, Hans-Josef Fell, Bärbel Höhn, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN: Schließung der Brennelemente-Fabrik in Sellafield ({{BT-Drs|17|7137}}), S. 2.</ref>

* Neckarwestheim, Block 2: 28 Brennelemente, ab 2016, 660 kg Pu<sub>fiss</sub>
* Isar, Block 2: 48 Brennelemente, 2011–2014, 1176 kg Pu<sub>fiss</sub>
* Gundremmingen, Blöcke B und C: 112 Brennelemente, 2018, 865 kg Pu<sub>fiss</sub>
* Grohnde: 16 Brennelemente, 2012, 264 kg Pu<sub>fiss</sub>
* Emsland: 12 Brennelemente, 2011, 298 kg Pu<sub>fiss</sub> sowie 28 Brennelemente 2017–2019, 693&nbsp;kg Pu<sub>fiss</sub>
* Brokdorf: 36 Brennelemente, 2013–2015, 750 kg Pu<sub>fiss</sub>
* Summe: 4.706 kg Pu<sub>fiss</sub>

In der gleichen Antwort teilte die Bundesregierung auch mit, wie viele MOX-Brennelemente von 2001 bis zum 5. August 2011 nach Deutschland importiert wurden.<ref> Antwort der Bundesregierung auf die Kleine Anfrage der Abgeordneten Sylvia Kotting-Uhl, Hans-Josef Fell, Bärbel Höhn, weiterer Abgeordneter und der Fraktion BÜNDNIS 90/DIE GRÜNEN: Schließung der Brennelemente-Fabrik in Sellafield ({{BT-Drs|17|7137}}), S. 3–6.</ref>

=== Großbritannien ===
Im August 2011, wenige Monate nach dem Beginn der [[Nuklearkatastrophe von Fukushima]], gab die [[Office for Nuclear Regulation|britische Atomaufsichts-Behörde]] (ONR) bekannt, dass die Sellafield MOX Plant 2011 stillgelegt werden würde. Seit der Katastrophe in Fukushima habe sich die Marktsituation verändert, weil die künftige Nachfrage aus Japan unsicher sei. Außerdem sollten die Kosten für die britischen Steuerzahler –&nbsp;bisher 1,4&nbsp;Milliarden Euro&nbsp;– minimiert werden.<ref>{{Literatur |Titel=Nach Fukushima: Großbritannien macht Brennelementefabrik dicht |Sammelwerk=Der Spiegel |Datum=2011-08-03 |ISSN=2195-1349 |Online=[https://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/nach-fukushima-grossbritannien-macht-brennelementefabrik-dicht-a-778238.html Online] |Abruf=2024-02-08 |Sprache=de}}</ref>

=== Japan ===
Der weltweit erste Einsatz von MOX-Brennelementen erfolgte in einem japanischen Prototyp, und zwar im [[Kernkraftwerk Fugen]] seit März 1978. Im Jahre 1995 beschloss die Regierung, keine Reaktoren dieses Typs mehr zu bauen, da die Kosten im Vergleich zu Leichtwasserreaktoren zu hoch waren. Im März 2003 wurde dieser Reaktor stillgelegt.

Im November 2009 wurden zum ersten Mal in Japan MOX-Elemente in einem kommerziellen Kernkraftwerk eingesetzt, nämlich im Reaktor 3 des [[Kernkraftwerk Genkai]]. „Endlich haben wir diesen Punkt erreicht“, äußerte Shojiro Matsuura, Präsident der [[Nuclear Safety Commission of Japan]].<ref name="sp">{{Literatur |Autor=Cinthia Briseño |Titel=Fukushima: Plutonium-Spuren enthüllen Ausmaß der Katastrophe |Sammelwerk=Der Spiegel |Datum=2011-03-29 |ISSN=2195-1349 |Online=[https://www.spiegel.de/wissenschaft/technik/fukushima-plutonium-spuren-enthuellen-ausmass-der-katastrophe-a-753770.html Online] |Abruf=2024-02-08 |Sprache=de}}</ref>

Davor hatten zahlreiche Pannen, Unfälle und Erdbebenschäden das Misstrauen gegenüber der Atomindustrie vergrößert und den ersten MOX-Einsatz um viele Jahre verzögert.<ref name="taz">{{Internetquelle |url=https://taz.de/Japan-produziert-erstmals-Atomstrom-mit-Plutonium/!543033/ |titel=Japan produziert erstmals Atomstrom mit Plutonium |hrsg=taz |datum=2009-11-10 |sprache=de |abruf=2025-04-16}}</ref>

Am 8. März 2010 begann Reaktor 3 des [[Kernkraftwerk Ikata]] (Präfektur Ehime), zusammen mit Reaktor&nbsp;3 des Kernkraftwerk Fukushima I, die Stromerzeugung mit MOX-Brennelementen.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.yourindustrynews.com/news_item.php?newsID=46339 |titel=Ikata nuclear plant starts power generation with AREVA’s* MOX fuel |sprache=en |archiv-url=http://web.archive.org/web/20170912191545/http://www.yourindustrynews.com/news_item.php?newsID=46339 |archiv-datum=2017-09-12 |abruf=2025-04-16}}</ref> Letzterer erhielt im August 2010 32 MOX-Brennelemente (von insgesamt 548 Brennelementen).<ref name="NYT1">{{Internetquelle |autor=Keth Bradsher, Hiroko Tabuchi |url=http://www.nytimes.com/2011/03/18/world/asia/18spent.html?pagewanted=1&_r=1 |titel=Greater Danger Lies in Spent Fuel Than in Reactors |werk=[[New York Times]] |datum=2011-03-17 |sprache=en |abruf=2017-09-12}}</ref>

Bei der [[Nuklearkatastrophe von Fukushima]] kam es im März 2011 zu [[Kernschmelze]]n in den Reaktorblöcken 1, 2 und 3 der Anlage, sowie zu einer Explosion im Reaktorgebäude von Block 3.<ref>{{Internetquelle |url=http://www.kernfragen.de/sites/default/files/media/publication/file/024reaktorunfall_fukushima.pdf |titel=Der Reaktorunfall in Fukushima Daiichi |hrsg=[[Deutsches Atomforum]] |datum=2015-03 |seiten=4–6 |format=PDF; 477&nbsp;kB |abruf=2017-09-12 |sprache=de}}</ref> Bei diesem Vorfall wurde auch Plutonium freigesetzt.<ref name="sp" />

Vor dem Unglück war geplant, MOX-Elemente bis 2015 landesweit in 16 bis 18 [[Kernreaktor]]en einzusetzen. Als Nächstes wollten die Stromversorger [[Shikoku Denryoku]] und [[Chūbu Denryoku]] MOX benutzen.<ref name="taz" />

=== Russland ===
„Belojarsk-4 war im Oktober 2016 mit einem Hybridkern aus experimentellen MOX-Brennelementen und Uranbrennstoff in Betrieb genommen worden. Im Januar 2020 wurden die ersten 18 MOX-Brennelemente aus Serienproduktion in den Reaktorkern von Belojarsk-4 eingesetzt. Der verbliebene Brennstoff auf Uranbasis wurde nach und nach ersetzt. Laut der russischen Kernbrennstoffherstellerin Tvel JSC wird Belojarsk-4 nun vollständig mit MOX-Brennstoff betrieben. «Die vollständige Umstellung von BN-800 auf MOX-Brennstoff ist ein lang erwarteter Meilenstein für die Nuklearindustrie»“.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nuklearforum.ch/de/news/russland-belojarsk-4-vollstaendig-mit-mox-brennelementen-beladen/ |titel=Russland: Belojarsk-4 vollständig mit MOX-Brennelementen beladen |werk=Nuklearforum Schweiz |datum=2022-09-15 |sprache=de |abruf=2024-12-05}}</ref>

=== Schweiz ===
In der Schweiz wird MOX seit 1978 im [[Kernkraftwerk Beznau]] und seit 1997 im [[Kernkraftwerk Gösgen]] eingesetzt.<ref>[https://www.nuklearforum.ch/ Faktenblatt August 2002.] nuklearforum.ch</ref> Im KKG wird aber seit einiger Zeit kein MOX-Brennstoff mehr eingesetzt, weil die Vertragsmenge verbraucht ist.

=== Vereinigte Staaten ===
Die Vereinigten Staaten bauten für 4,86 Milliarden US-Dollar eine neue MOX-Anlage am [[Savannah River]] in [[South Carolina]]. Die Produktion sollte zwischen 2016 und 2018 beginnen und 43 Tonnen Plutonium aus dem Atomwaffenarsenal verwerten.<ref>[http://chronicle.augusta.com/stories/2009/06/10/met_527123.shtml ''TVA might use MOX fuels from SRS''.] In: ''The Augusta Chronicle'', 10. Juni 2009</ref> Obwohl die [[Tennessee Valley Authority]] (TVA) und [[Duke Energy]] Interesse an der Nutzung von MOX-Brennelementen aus der Umwandlung von Waffenplutonium haben, erklärte TVA im April 2011, dass sie bis zu einer Entscheidung abwarten wolle, welche Erkenntnisse es zu dem Zusammenhang zwischen dem Einsatz von MOX-Brennstoff und dem Reaktorunfall von Fukushima Daiichi gebe.<ref>[https://www.nytimes.com/2011/04/11/us/11mox.html?_r=2 ''New Doubts About Turning Plutonium Into a Fuel''.] In: ''New York Times'', 11. April 2011</ref>
Im Mai 2018 teilte der Energieminister [[Rick Perry]] dem Kongress mit, dass er das zu rund 70 % abgeschlossene Projekt (Savannah River Site) definitiv beendet habe. Perry erklärte, dass die Kosten für einen verdünnten und entsorgten Ansatz für das Plutonium weniger als die Hälfte der verbleibenden Lebenszykluskosten des MOX-Anlagenprogramms betragen werden.<ref name=wnn-20180516>{{cite news |url=http://www.world-nuclear-news.org/UF-Perry-scraps-completion-of-US-MOX-facility-1605184.html |title=Perry scraps completion of US MOX facility |publisher=World Nuclear News |date=2018-05-16 |access-date=2018-05-17 |language=en}}</ref>

== Nicht-Proliferation ==
Für [[Atommacht|Atommächte]], die [[Kernwaffe]]n mit Plutonium besitzen und sie vernichten wollen, ist das Herstellen von MOX-Elementen eine Möglichkeit, das Plutonium mit seiner langen [[Halbwertszeit]] zu entsorgen. Die einzigen Möglichkeiten, Plutonium zu entsorgen, sind die Vermischung mit atomaren Abfällen mit anschließender [[Endlagerung]] oder die Umarbeitung in MOX-Brennstoff, was den Plutonium-Anteil bei der Endlagerung reduziert, dafür aber den Anteil anderer langlebiger Alpha-Strahler diesbezüglich erhöht.<ref name="ru">{{Internetquelle |url=https://www.aktuell.ru/russland/politik/waffenplutonium_reaktor_nach_46_jahren_stillgelegt_3939.html |titel=Russland-Aktuell - Waffenplutonium-Reaktor nach 46 Jahren stillgelegt |abruf=2024-02-08 |sprache=de}}</ref>

=== Plutonium Management and Disposition Agreement ===
Die USA und Russland einigten sich 2010 im [[Plutonium Management and Disposition Agreement]] (PMDA) darauf, ihre Bestände an [[Waffenplutonium]] um je 34 Tonnen zu verringern. Diese Menge ist für den Bau von bis zu 17.000 Bomben ausreichend. Das Protokoll wurde im April 2010 durch die Außenminister [[Hillary Clinton]] und [[Sergei Wiktorowitsch Lawrow|Sergei Lawrow]] in Washington unterzeichnet; der Vertrag wurde am 20. Mai 2011 von Russland ratifiziert.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.hna.de/politik/russland-ratifiziert-vertrag-plutonium-vernichtung-zr-1252349.html |titel=Russland ratifiziert Vertrag zur Plutonium-Vernichtung |datum=2011-05-20 |sprache=de |abruf=2024-02-08}}</ref> Die 2010 geschätzten Kosten würden 2,5 Milliarden Dollar betragen; davon übernehmen die USA 400 Mio. Dollar und andere [[G-8]]-Staaten weitere Millionen.<ref name="ru" />

Aus Kostengründen plant die US-amerikanische Seite, das eigene Plutonium nicht wie vereinbart in MOX-Brennelemente umzuwandeln, sondern mit nicht-radioaktivem Material zu verdünnen.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.world-nuclear-news.org/UF-Obama-seeks-to-terminate-MOX-project-at-Savannah-River-10021601.html |titel=Obama seeks to terminate MOX project at Savannah River - World Nuclear News |sprache=en |abruf=2024-02-08}}</ref> Die Verdünnung kann jedoch (mit großem Aufwand) rückgängig gemacht werden.<ref name="bulletin">Pavel Podvig: [http://thebulletin.org/can-us-russia-plutonium-disposition-agreement-be-saved9389 ''Can the US-Russia plutonium disposition agreement be saved?''] Bulletin of the Atomic Scientists, 28. April 2016.</ref> Am 3. Oktober 2016 ordnete der russische Präsident [[Wladimir Wladimirowitsch Putin|Putin]] an, das Abkommen zu suspendieren, da die US-amerikanische Seite ihren Verpflichtungen nicht nachgekommen sei.<ref>[http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001201610030004 Указ Президента Российской Федерации от 03.10.2016 № 511]</ref>

== Literatur ==
{{Siehe auch|Kernbrennstoff|Uran|Plutonium}}

* {{Literatur |Titel=Plutonium Fuel: An Assessment |Hrsg=OECD |Verlag=OECD Publications and Information Centre |Ort=Paris |Datum=1989 |Sprache=en |ISBN=978-92-64-13265-8 |Online=[https://www.oecd-nea.org/upload/docs/application/pdf/2019-12/nea6519-plutonium-fuel.pdf Online]}}
* {{Literatur |Autor=N. N. Egorov et al. |Titel=Management of Plutonium in Russia |Hrsg=Erich R. Merz, Carl E. Walter, Gennady M. Pshakin |Sammelwerk=Mixed Oxide Fuel (Mox) Exploitation and Destruction in Power Reactors |Verlag=Springer Netherlands |Ort=Dordrecht |Datum=1995 |Sprache=en |ISBN=978-90-481-4549-2 |Seiten=1–15 |DOI=10.1007/978-94-017-2288-9_1}}
* {{Literatur |Autor=Jürgen Krellmann |Titel=MOX Fuel Technology and MOX Performance in Germany; Plutonium Handling Experience |Hrsg=Erich R. Merz, Carl E. Walter, Gennady M. Pshakin |Sammelwerk=Mixed Oxide Fuel (Mox) Exploitation and Destruction in Power Reactors |Verlag=Springer Netherlands |Ort=Dordrecht |Datum=1995 |Sprache=en |ISBN=978-90-481-4549-2 |Seiten=225–233 |DOI=10.1007/978-94-017-2288-9_22}}
* {{Literatur |Autor=Patrice Bernard |Titel=French experiences and perspectives on plutonium recycling in the existing power fleet |Sammelwerk=Progress in Nuclear Energy |Band=49 |Nummer=8 |Datum=2007-11 |Sprache=en |Seiten=583–588 |DOI=10.1016/j.pnucene.2007.08.005}}
* {{Literatur |Autor=Masato Kato, Masahiko Machida |Titel=Materials Science and Fuel Technologies of Uranium and Plutonium Mixed Oxide |Auflage=1 |Verlag=CRC Press |Ort=Boca Raton |Datum=2022 |Sprache=en |ISBN=978-1-003-29820-5 |DOI=10.1201/9781003298205}}

== Weblinks ==
{{Internetquelle |autor=WN |url=https://www.world-nuclear.org/information-library/nuclear-fuel-cycle/fuel-recycling/mixed-oxide-fuel-mox.aspx |titel=MOX, Mixed Oxide Fuel - World Nuclear Association |hrsg=WNA |sprache=en |abruf=2023-07-23}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Kernbrennstoff]]