High-Assay Low-Enriched Uranium

Mit der Bezeichnung englisch High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU) ‚Hochgradig schwach angereichertes Uran (HALEU)‘[1][2] ist ein neuartiger Kernbrennstoff für Kernreaktoren gemeint. HALEU soll beispielsweise für englisch Small Modular Reactor (SMR) ‚kleine modulare Kernreaktoren‘ eingesetzt werden. Genauer gesagt soll HALEU für Brennelemente verwendet werden. Es wird seit einigen Jahren in den USA an dem Material geforscht und entwickelt.

Beschreibung

Im Gegensatz zu englisch low-enriched uranium (LEU) ‚schwachangereichertem Uran‘, ist HALEU zwischen 5 und 20 Gew.-%[3] in dem spaltbaren Isotop Uran-235 angereichert. Genaugenommen wird die Prozentzahl 19,75 % für HALEU angegeben. Ab 20 % spricht man auch von englisch high enriched uranium (HEU) ‚hochangereichertem Uran‘.

Die U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) unterscheidet:

  • 5 bis 10 % HALEU, gedacht für operative Leichtwasserreaktoren
  • 5 bis 20 % HALEU, gedacht für moderne Nichtleichtwasserreaktoren

Die Mehrzahl der kommerziellen Leistungsreaktoren verwendet mit einem Uran-235-Anteil von maximal 5 % angereichertes Uran (LEU) als Brennstoff. Im Vergleich dazu verwendeten manche Forschungs- oder Testreaktoren früher hochangereichertes Uran (HEU). Nuklearantriebe für U-Boote (Atom-U-Boote) verwenden auch HEU. Der Anreicherungsgrad von Uran beeinflusst die Reaktivität des Reaktors. Dadurch müssen die Brennelemente seltener gewechselt werden und es können auch kleinere Reaktoren gebaut werden.

Konkret möchte man im Falle von HALEU das hochangereicherte Uran aus den US-Beständen und Kernanlagen durch neuartige, angepasste nuklearchemische Prozesse aufarbeiten. Die beiden dafür vorgesehenen Prozesse sind der elektrochemische Prozess und der sogenannte Hybrid Zirconium Extraction Process (ZIRCEX). Dabei wird das bestrahlte Material, d. h. Brennelemente, die im Kernreaktor Neutronenfluss ausgesetzt waren, von seinen Spaltprodukten und anderen Bestandteilen getrennt und das hochangereicherte Uran auf einen Uran-235-Anteil von maximal 20 % abgemischt. Das Herabmischen erfolgt mit Uran geringerer Uran-235-Konzentration. Ebenfalls soll HALEU durch Urananreicherung in neuen Gaszentrifugen angereichert werden, beispielsweise von 5 % auf 20 %. Es wird auch an dem Kernbrennstoff UO2-HALEU geforscht.[4]

HALEU soll Teil des sich noch im Aufbau befindlichen US-amerikanischen nuklearen Brennstoffzyklus werden. Experten schätzen den Bedarf bis 2050 auf etwa 5.000 metrische Tonnen (MT) @ 19,75 % HALEU.[5]

Sicherheit

Ab einem Uran-235-Gehalt von 20 % besteht ein Verbreitungsrisiko. Einige Fachleute sehen in HALEU ein Sicherheitsrisiko[6], andere widerlegen diese Einschätzung.[7]

Einzelnachweise

  1. ↑ What is High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU)? In: Office of Nuclear Energy. DOE, abgerufen am 10. Juli 2025 (englisch).
  2. ↑ Liam Carlson, James Miller, Zeyun Wu: Implications of HALEU fuel on the design of SMRs and micro-reactors. In: Nuclear Engineering and Design. Band 389, April 2022, S. 111648, doi:10.1016/j.nucengdes.2022.111648 (englisch, elsevier.com [abgerufen am 10. Juli 2025]).
  3. ↑ High-Assay Low-Enriched Uranium (HALEU). NRC, 8. Oktober 2024, abgerufen am 10. Juli 2025 (amerikanisches Englisch).
  4. ↑ Cory Hatch: U.S. researchers fabricate commercial grade uranium dioxide HALEU fuel. In: Idaho National Laboratory. 20. November 2023, abgerufen am 10. Juli 2025 (amerikanisches Englisch).
  5. ↑ Brent Dixon et al.: Estimated HALEU Requirements for a Net-Zero Economy. In: Department of Energy’s Office of Nuclear Energy ; Idaho National Laboratory (INL). INL, 1. Dezember 2021, abgerufen am 10. Juli 2025 (amerikanisches Englisch).
  6. ↑ R. Scott Kemp et al.: The weapons potential of high-assay low-enriched uranium. In: Science. Band 384, Nr. 6700, 7. Juni 2024, ISSN 0036-8075, S. 1071–1073, doi:10.1126/science.ado8693 (englisch, science.org [abgerufen am 10. Juli 2025]).
  7. ↑ P. Cosgrove, N. Read: On the practicalities of producing a nuclear weapon using high-assay low-enriched uranium. In: Annals of Nuclear Energy. Band 215, Juni 2025, S. 111235, doi:10.1016/j.anucene.2025.111235 (englisch, elsevier.com [abgerufen am 10. Juli 2025]).
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