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Eine '''Brennelementefabrik''' ist eine [[kerntechnische Anlage]] zur Herstellung von [[Brennelement]]en für [[Kernkraftwerk]]e. Die Brennelemente besitzen je nach dem Reaktortyp, in dem sie eingesetzt werden, unterschiedliche Zusammensetzung und Gestalt: Meist enthalten sie als [[Kernbrennstoff]] [[Uran]] in [[oxid]]ischer Form (z. B. in [[Leichtwasserreaktor|Leicht-]] und [[Schwerwasserreaktor]]en) oder in metallischer Form ([[Magnox-Reaktor]]en). Manche Brennelemente enthalten als Spaltmaterial jedoch auch [[Thorium]] (z. B. bei [[Hochtemperaturreaktor]]en) oder [[Uran-Plutonium-Mischoxid]] (siehe auch [[Mischoxid|MOX]]). Letzteres wird sowohl in [[Brutreaktor]]en als auch in Leichtwasserreaktoren eingesetzt.

In [[Flüssigsalzreaktor]]en werden keine Brennelemente benötigt, da bei diesem Reaktortyp der Kernbrennstoff in flüssiger Form durch den Reaktor strömt.

== Fertigung von Uranbrennelementen ==
Die weltweit meisten Kernkraftwerke sind Leichtwasserreaktoren. Diese benötigen für ihren Betrieb angereichertes Uran in oxidischer Form. Um dieses zu erhalten, wird angereichertes [[Uranhexafluorid]] (UF6) zunächst zu UO2 konvertiert. Zur Anwendung kommen nasse (AUC, ADU) oder trockene (IDR) Verfahren. Bei den Nassverfahren wird die Konversion durch eine chemische Reaktion mit Flüssigkeiten bewirkt. Das dabei entstehende Zwischenprodukt gibt dem Verfahren seinen Namen: Beim ADU-Verfahren entsteht als Zwischenprodukt Ammoniumdiuranat, beim AUC-Verfahren Ammoniumuranylcarbonat. Im Unterschied dazu werden beim trockenen IDR-Verfahren (Integrated Dry Route) keine Flüssigkeiten eingesetzt. Die Konversion findet in einem Ofen bei hoher Temperatur statt. Das jeweils anfallende Pulver wird zu Tabletten ([[Pellet]]s) von 2 bis 3 cm Länge und 1 cm Durchmesser gepresst. Diese werden bei etwa 1700 °C zu keramischem Material [[Sintern|gesintert]], mechanisch nachbearbeitet (geschliffen) und in 4 bis 5 m lange [[Brennstabhülle|Hüllrohr]]e aus [[Zirkaloy]] gefüllt. Die Enden der Hüllrohre werden zugeschweißt. Eine größere Anzahl von Einzelstäben (bis zu 250) werden zu einem Brennstabbündel, d. h. zu einem [[Brennelement]], zusammengefügt. Diesen Vorgang nennt man Assemblierung. In manchen Anlagen werden alle diese Teilschritte an einem Ort durchgeführt, andere Anlagen übernehmen nur bestimmte Verfahrensschritte, indem sie Zwischenprodukte weiterverarbeiten (z. B. Assemblierung von Brennstäben) oder selbst ein Zwischenprodukt (z. B. Uranpulver) herstellen, das in einer anderen Anlage weiterverarbeitet wird.

== Fertigung von MOX-Brennelementen ==
Brennelemente, die neben Urandioxid auch Plutoniumdioxid enthalten, werden Mischoxid-Brennelemente oder MOX-Brennelemente genannt. Wegen der Anwesenheit von [[Plutonium]] müssen bei der Herstellung von MOX-Brennelementen besondere Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Alle Fertigungsschritte werden in gasdichten Umschließungen und in weiten Teilen fernbedient durchgeführt. Die einzelnen Verfahrensschritte ähneln denen bei der Fertigung von Uran-Brennelementen.

== Brennelementfertigung in Deutschland ==

=== Brennelementfertigungsanlage Lingen ===
In Deutschland ist heute nur noch eine Brennelementfabrik, die [[Brennelementfertigungsanlage Lingen]], in Betrieb. Sie befindet sich in [[Lingen (Ems)|Lingen]] (Niedersachsen) und wird von [[Advanced Nuclear Fuels|Advanced Nuclear Fuels GmbH]] (ANF), einer Tochtergesellschaft der [[Framatome GmbH]], (vormals [[Areva NP]], jetzt [[Orano]]) betrieben.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.framatome.com/en/about/locations/germany/ |titel=Framatome in Germany |sprache=en-US |abruf=2024-01-17}}</ref> Die Brennelementefabrik hat drei Betriebsstätten: in Duisburg (Nordrhein-Westfalen) werden die Hüllrohre hergestellt, in Karlstein (Bayern) die Komponenten (Kopf und Fußteile eines Brennelementes); in Lingen werden die Brennelemente zusammengebaut. Die Fabrik fertigt Brennelemente für [[Druckwasserreaktor]]en und für [[Siedewasserreaktor]]en.

Der Bedarf in Deutschland hat sich durch [[Atomausstieg#Deutschland 2000/2011–2022|den Atomausstieg]] stark verringert; Lingen exportiert in viele Länder der Welt.<ref>[[Plusminus]] 11. September 2013: {{Webarchiv | url=http://www.daserste.de/information/wirtschaft-boerse/plusminus/sendung/ndr/2013/20130911-atomausstieg-100.html | wayback=20130915073838 | text=Von wegen Atomausstieg - In Deutschland werden auch nach Abschaltung des letzten Atomkraftwerks weiterhin Brennelemente für den Export hergestellt. Die Urananreicherungsanlage im westfälischen Gronau und die Brennelementefabrik im niedersächsischen Lingen erhielten unbefristete Betriebsgenehmigungen. Ein aktueller Antrag des Landes Nordrhein-Westfalens im Bundesrat, das Atomgesetz zu ändern, um die Urananreicherung in Deutschland zu beenden, wurde auf unbestimmte Zeit vertagt.}}</ref>

=== Heitersheimer Brennelemente ===
Im südbadischen Ort Heitersheim war ab dem Jahr 1973 der Bau einer Brennelementefabrik geplant. Die Heitersheimer Brennelemente waren für die vielen damals noch geplanten Druckwasserreaktoren des Herstellerkonsortiums [[Babcock Borsig|Babcock]]-[[Brown, Boveri & Cie.|Brown Boveri]] Reaktor GmbH (BBR) vorgesehen. Massiver örtlicher Protest verhinderte den Bau der Anlage.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.mitwelt.org/keine-brennelementefabrik-heitersheim-bbr |titel=1973-2023: 50 Jahre keine Brennelementefabrik / Plutoniumfabrik BBR in Heitersheim {{!}} Mitwelt |abruf=2023-02-03}}</ref>

=== Hanau-Wolfgang ===
Früher befand sich ein Zentrum der Brennelementfertigung in [[Hanau]] ([[Hessen]]), genauer Stadtteil [[Hanau-Wolfgang]]. In vier verschiedenen Anlagen wurden unterschiedliche Arten von Brennelementen produziert. Die Firma [[Siemens]] produzierte in getrennten Betriebsteilen Uran-Brennelemente und [[MOX-Brennelement]]e, [[NUKEM]] produzierte Brennelemente für [[Forschungsreaktor]]en und deren Tochter [[HOBEG]] betrieb eine Anlage zur Herstellung von Brennelementen für [[Hochtemperaturreaktor]]en.

Ende der 1980er Jahre, als Planungen noch eine großtechnische [[Wiederaufarbeitung]] abgebrannter Brennelemente in Deutschland annahmen, begann Siemens am Standort [[Hanau]] mit dem Bau einer neuen, deutlich größeren und moderneren Brennelementfabrik für MOX-Brennelemente; diese nahm aber nie den Betrieb auf. Die Anlage sollte das bei der Wiederaufarbeitung anfallende Plutonium zu [[MOX-Brennelement]]en verarbeiten, um diese anschließend wieder in den Reaktoren einzusetzen. Das Genehmigungsverfahren geriet in den politischen Streit über die Zukunft der Kernenergie, der nach der [[Katastrophe von Tschernobyl]] (1986) schärfer wurde.

Im Juli 1993 hob der hessische Verwaltungsgerichtshof in Kassel drei von sechs Teilgenehmigungen für die Brennelementefabrik auf.<ref name="aaa"/> Siemens verzichtete schließlich 1995 (wohl aus wirtschaftlichen Gründen) auf die Betriebsgenehmigung für die zu 95 % fertiggestellte Anlage. Stattdessen schlossen die deutschen Kernkraftwerksbetreiber Verträge mit Brennelementherstellern in Frankreich ([[Cogema]]) und England ([[British Nuclear Fuels]]) ab. Die wichtigsten Komponenten wurden in Container verpackt.

Im Jahr 2001 scheiterte ein Verkauf nach Russland.<ref name="aaa">{{Webarchiv|url=http://www.anti-atom-aktuell.de/archiv/150/150atomdorf.html |wayback=20160304041541 |text=Zitat |archiv-bot=2023-06-18 17:21:55 InternetArchiveBot }}: ''Die Montage sollte Teil eines internationalen Programms zur Vernichtung von Waffenplutomium aus Beständen des russischen Militärs sein. Nach Informationen der Tageszeitung „taz“ genehmigte die Bundesregierung eine Vorab-Anfrage von Siemens. Doch dann erklärten sich nur wenige Staaten bereit, den Erhalt und Betrieb der Anlage mit zu finanzieren. Daraufhin erlosch das Interesse von Siemens und der Konzern beschloss im August 2001, die Fabrik abzubauen und sie in Einzelteilen zu verkaufen.''</ref> Ein Versuch, die Anlage zum Preis von 50 Mio. Euro an China zu verkaufen, endete nach heftigen politischen Kontroversen im Jahr 2004, indem China auf die Lieferung verzichtete. Die Kosten der Anlage (Planung und Herstellung) wurden 1995 (als Siemens das Projekt aufgab) auf 1,1 Milliarden D-Mark geschätzt.<ref name="aaa"/>

== Brennelementfertigung im Ausland ==
In zahlreichen Ländern sind Anlagen zur Brennelementfertigung in Betrieb. Die angewandten Verfahren hängen dabei stark von der Art der Brennelemente ab, die dort gefertigt werden.

Bei der Herstellung von Leichtwasserreaktor-Brennelementen unterscheiden sich die Prozesse hauptsächlich im Verfahren zur Umwandlung von UF6 in UO2. Unterschiede bestehen weiterhin im Umfang der von einer einzelnen Anlage durchgeführten Teilproduktionsschritte. So werden z. B. in manchen Anlagen nur UO2-Pulver oder -Pellets gefertigt, während andere den Teilschritt der Assemblierung übernehmen.

=== Uranbrennelemente ===
Die wichtigsten Anlagen zur Fertigung von Uranbrennelementen befinden sich in
* Belgien ([[Dessel]])
* Frankreich ([[Romans-sur-Isère|Romans]])
* Großbritannien (Springfields, [[Lancashire]], heute Teil der [[Westinghouse Electric Company|Westinghouse Electric Company UK Ltd]])
* Japan ([[Tōkai (Ibaraki)|Tōkai]], [[Yokosuka]], [[Kumatori]])
* Kasachstan ([[Ust-Kamenogorsk]]; Kasachstan gilt als Großexporteur in der [[Uranwirtschaft]])
* Schweden ([[Västerås]])
* Spanien ([[Juzbado]])
* Südkorea ([[Daejeon]])
* Russland ([[Elektrostal]], [[Nowosibirsk]] und andere, siehe der [[Föderale Agentur für Atomenergie Russlands|Rosatom]] Konzern [[TWEL]])
* USA (Columbia, [[Richland (Washington)|Richland]], Wilmington; auch der ehemalige Standort [[Fernald Feed Materials Production Center|Fernald]]; Verschiedene Anlagen z. B. von [[BWX Technologies|BWXT]] oder [[Framatome]]; überwacht durch die [[Nuclear Regulatory Commission|NRC]])<ref>{{Internetquelle |url=https://www.nrc.gov/info-finder/fc/index.html |titel=Locations of Fuel Cycle Facilities |hrsg=NRC |sprache=en |abruf=2024-03-18}}</ref>

=== MOX-Brennelemente ===
MOX-Brennelemente werden/wurden/sind geplant in folgenden Ländern hergestellt:
* Belgien ([[Belgonucleaire]]<ref>{{Internetquelle |url=http://www.belgonucleaire.be |titel=Belgonucleaire |sprache=en |archiv-url=https://web.archive.org/web/20101227194138fw_/http://www.belgonucleaire.be |archiv-datum=2010-12-27 |abruf=2024-01-17}}</ref>, Dessel), Herstellung bis 2006, in Dekommissionierung<ref>{{Internetquelle |url=https://www.world-nuclear-news.org/WR-Studsvik_to_decommission_Belgian_MOX_plant-050309.html |titel=Studsvik to decommission Dessel |werk=World Nuclear News |hrsg=World Nuclear Association |datum=2009 |sprache=en |abruf=2024-01-17}}</ref>
* Frankreich ([[Melox]] betrieben von [[Orano]] auf der [[Nuklearanlage Marcoule]])
* Großbritannien ([[Sellafield]]), in Dekommissionierung<ref>{{Internetquelle |url=https://www.world-nuclear-news.org/WR_Sellafield_MOX_plant_to_close_0308111.html |titel=Sellafield MOX plant to close |werk=World Nuclear News |hrsg=[[World Nuclear Association]] |datum=2001 |sprache=en |abruf=2024-01-17}}</ref>
* Japan ([[Wiederaufarbeitungsanlage Rokkasho|Tōkai]])
* Russland (Am Standort [[Schelesnogorsk (Krasnojarsk)|Krasnojarsk]] durch [[TWEL]] für den [[BN-Reaktor|BN]]-800 Reaktor)<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=World Nuclear News |hrsg=World Nuclear Association |datum=2018-12-13 |abruf=2024-03-18}}</ref>

== Literatur ==
{{Siehe auch|Brennstoffkreislauf|MOX-Brennelement}}

* {{Literatur |Autor=Deutsches Atomforum |Titel=Brennelemente und Brennstoffe für Reaktoren |Verlag=Dt. Atomforum |Ort=Berlin |Datum=1963}}
* {{Literatur |Titel=Handbuch Kernenergie |Hrsg=Hans Michaelis, Carsten Salander |Auflage=4. |Verlag=VWEW-Verlag |Ort=Frankfurt am Main |Datum=1995 |ISBN=3-8022-0426-3}}
* {{Literatur |Titel=The Nuclear Fuel Cycle: From Ore to Wastes |Hrsg=P. D. Wilson |Verlag=Oxford University Press |Ort=Oxford ; New York |Datum=1996 |Reihe=Oxford Science Publications |ISBN=978-0-19-856540-6}}
* {{Literatur |Autor=Bertrand Barré |Titel=Front End of the Fuel Cycle |Hrsg=Dan Gabriel Cacuci |Sammelwerk=Handbook of Nuclear Engineering |Verlag=Springer US |Ort=Boston, MA |Datum=2010 |Sprache=en |ISBN=978-0-387-98130-7 |DOI=10.1007/978-0-387-98149-9_25 |Seiten=2895–2933}}
* {{Literatur |Autor=David A. Andersson, Christopher R. Stanek, Christopher Matthews, Blas P. Uberuaga |Titel=The past, present, and future of nuclear fuel |Sammelwerk=MRS Bulletin |Datum=2023-12-06 |Sprache=en |DOI=10.1557/s43577-023-00631-3}}

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Nukleare Wiederaufarbeitungsanlage]]
[[Kategorie:Nuklearanlage]]

Brennelementefabrik - Versionsgeschichte

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