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Über dieses Buch

Dieses Buch stellt alle Arten radioaktiver Abfälle und Rückstände gemäß der Klassifikation der IAEA vor, wie z.B. hochradioaktive Abfälle, Rückstände aus der Uranerzaufbereitung der SDAG Wismut, die Abfälle der Asse etc. Mit radiotoxischem Material assoziieren die meisten Menschen Gefahr für sich und die Umwelt, welche Abwehrmaßnahmen konkret getroffen werden wissen sie aber nicht.

So wurden Multi-Barrieren- Endlagersysteme entwickelt, welche die eingelagerten Radionuklide zurückhalten und/oder Wegsamkeiten minimieren, so dass eine Ausbreitung in die Biosphäre massiv erschwert wird und auftretende Expositionen in den Zulässigkeitsgrenzen bleiben. Inventarangaben und ein Radiotoxizitätsindex im Buch erlauben dem Leser die Langzeitsicherheit nationaler und internationaler Endlagerbauwerke abzuschätzen und die jeweiligen Gefahrenlagen und die daraus resultierende technische und soziale Umweltüberwachung nachzuvollziehen. Wie ist ein Langzeitsicherheitsnachweis aufgebaut, welchen Einfluss hat der Nachweiszeitraum.

Nachfolgende Generationen müssen Gefahrenzustände aus bestehenden Endlagerbauwerken abwehren können. Auf welche Erfahrungen und Ergebnisse der heutigen Generation dabei zurückgegriffen werden kann, ist in diesem Buch dargelegt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Meist zur Produktion von Elektrizität sind weltweit 449 Kernkraftwerke mit einer netzgebundenen Leistung von 392,116 GWe in 30 Ländern in Betrieb [7]. Es werden alte Anlagen außer Betrieb genommen, aber auch neue geplant und gebaut, siehe [6]. Deutschland, als führende Industrienation, betrieb vor dem Ausstiegsbeschluss im Jahre 2011 17 Kernkraftwerke mit einer netzgebundenen Leistung von 20,490 GWe, die ca. 23 % des produzierten elektrischen Stromes erzeugten. Im Jahr 2017 waren noch acht Kernkraftwerke am Netz [8]. Als eines der ersten entwickelten Industrieländer steigt Deutschland bis 2022, unter dem Eindruck der Ereignisse in Fukushima, aus der friedlichen Nutzung der Kernenergie aus. Der Ausstieg aus der Kernenergieerzeugung und die angestrebte Energiewende hin zu den erneuerbaren Energien veränderten die Energiepolitik der Bundesrepublik entscheidend. Andere Industrieländer wie Österreich und Australien nutzen die Kernenergie nie. Die Schweiz hat gerade (2017) den langfristigen Ausstieg per Volksentscheid beschlossen und Italien nach Fukushima den Ausstieg bereits vollzogen. Andere Länder wie Frankreich, China, USA, Russland, Südkorea, Finnland, Schweden und Großbritannien setzen weiter auf die Kernenergie.
Michael Lersow

2. Radioaktivität in Abfällen und Rückständen

Derzeit fokussiert sich die öffentliche Diskussion im Zusammenhang mit der Entsorgung radioaktiver Stoffe vor allem auf die Standortsuche für ein Endlager für wärmeentwickelnde radioaktive (hochradioaktive) Abfälle. Um die notwendige Diskussion technisch‐naturwissenschaftlicher Aspekte bei der langzeitstabilen, langzeitsicheren Verwahrung von Abfällen, die radioaktive Stoffe enthalten, von einer soliden Basis aus zu beginnen, ist es notwendig, die Ausgangsparameter wissenschaftlich abgestimmt und gesellschaftlich akzeptiert klar zu definieren.
Konsens ist u. a. zu den folgenden Fragen zu erreichen:
  • welche radioaktiven Stoffe (Quantität, Qualität) müssen entsorgt werden,
  • wo und wie sind diese angefallen,
  • welche grundsätzlichen Gefahrenpotenziale für die Biosphäre sind damit verbunden,
  • welche technischen Lösungen der Lagerung sind grundsätzlich möglich,
  • Auswahlkriterien für Standort (Wirtsformation),
  • Definition des Safety Case,
  • Erstellung der Kriterien und Verwendung von Daten (Datenbanken), Modellen und Programmen für die Langzeitsicherheitsanalyse,
  • auf welcher gesetzlichen Grundlage, die auch zukünftig von Bestand sein muss, findet die Verwahrung bzw. Lagerung (Endlagerung) statt,
  • welche Parameter müssen eingehalten werden,
  • wie erfolgt der Nachweis der Einhaltung der Parameter über große Zeiträume.
Michael Lersow

3. Grundlagen der Endlagerung radioaktiver Abfälle und Rückstände

Die Aufgabe und gleichzeitig das Ziel der Endlagerung überwachungspflichtigen radioaktiven Materials in einem Geotechnischen Umweltbauwerk ist es, den Übertritt sowie die Ausbreitung von Radionukliden aus dem Inventar des Endlagers in der Biosphäre dauerhaft zu verhindern. Das heißt, das Geotechnische Umweltbauwerk und die Einlagerung des radioaktiven Materials müssen so erfolgen, dass dieses Ziel mit hoher Sicherheit erreicht wird. International sind Grenzwerte für die Freisetzung von radiotoxischen Nukliden in die Biosphäre, siehe [2] und [3], festgelegt, die aber national umgesetzt werden müssen. Geotechnische Umweltbauwerke, die radioaktive Abfälle zur Endlagerung aufnehmen sollen, durchlaufen verschiedene Phasen, die alle über ihre Langzeitsicherheit mitbestimmen:
Michael Lersow

4. Entsorgung von Abfällen mit sehr geringer Radioaktivität (VLLW)

Wie in Kap. 2 beschrieben, ist die Einstufung eines Stoffes als radioaktiv an die rechtliche Bewertung der Radioaktivität gebunden. Dabei gibt es zwei Basiskonzepte:
  • ohne Freigabe – institutionelle Überwachung der Abfälle ist notwendig,
  • mit Freigabe – das Konzept der Freigabe wurde von der IAEA [1] entwickelt und international etabliert. Eine Zusammenfassung nach deutschem Recht enthält [2].
Radioaktive Reststoffe aus Kernenergie, Medizin, Forschung oder Industrie werden in der Regel zunächst daraufhin überprüft, ob sie als radioaktive Stoffe weiterhin überwacht werden müssen oder ob sie nur sehr gering radioaktiv sind, welche Halbwertszeiten und Strahlungsarten sie haben und ob sie ggf. aus einer institutionellen Überwachung freigegeben werden können. Solche freigegebenen Reststoffe sind im Sinne des deutschen Atomrechts im Bereich der natürlichen Hintergrundradioaktivität (AtG). Zumeist handelt es sich dabei um Bauschutt, Metallschrott und sonstige feste und flüssige Stoffe aus dem Rückbau von Kernkraftwerken und Forschungsreinrichtungen, aus Industrieanlagen oder der Medizin, siehe auch Abb. 4.1.
Michael Lersow

5. Überwachungsbedürftige radioaktive Rückstände des Uranerzbergbaus

Radioaktive Rückstände sind Materialien, die in industriellen und bergbaulichen Prozessen anfallen, und die in der StrlSchV in Anlage XII Teil A genannt werden, sowie Materialien, die die in der StrlSchV in Anlage XII Teil A genannten Voraussetzungen erfüllen. Deren Verwertung oder Beseitigung wird im Teil 3 der Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) geregelt. Diese Materialien sind dabei Stoffe, die natürlich vorkommende Radionuklide enthalten oder mit solchen Stoffen kontaminiert sind. Bergbauliche oder industrielle Prozesse führen in vielen Fällen zu Rückständen mit natürlich vorkommenden Radionukliden („NORM“), wobei durch die Richtlinie 2013/59/Euratom [44] der Bergbau zur Uran‐(Thorium‑)Gewinnung und die Verarbeitung der gewonnenen Erze als besonderer Teil der Kernenergienutzung eine Sonderrolle erhält, siehe Kap. 2. Dabei sind die Rückstände in überwachungsbedürftige und nicht überwachungsbedürftige Rückstände zu unterteilen. Hier werden nachfolgend nur die überwachungsbedürftigen Rückstände behandelt, für die nicht überwachungsbedürftigen Rückstände wird auf Kap. 4 verwiesen. Weiterführende Ausführungen wie zur Klassifizierung, zum Auftreten, zu Verwahrungsmethoden etc. finden sich in Kap. 2 und 3.
Michael Lersow

6. Entsorgung von radioaktiven Abfällen geringer und mittlerer Radioaktivität

Nach vorliegender Klassifikation, siehe Kap. 2, werden schwach radioaktive Abfälle (Low Active Waste – LAW) durch eine Aktivität A* < 1 E+11 Bq/m3 und einer mittleren Zerfallswärme Qmittel ≅ 200 W/m3 und mittelradioaktive Abfälle (Medium Active Waste – MAW) durch eine Aktivität A* = (1 E+10 bis 1 E+15) Bq/m3 und Zerfallswärme Q < 2 kW/m3 gekennzeichnet. Daneben soll die Wärmeentwicklung bei Einlagerung des Inventars in untertägigen Hohlräumen vernachlässigbar sein, sodass nur eine geringe Erwärmung des umgebenden Gebirges zu erwarten ist. In Deutschland entfallen auf die schwach‐ und mittelradioaktiven Abfälle rund 90 % des Volumens radioaktiver Abfälle. Sie stammen aus dem Betrieb und der Stilllegung von Kernkraftwerken, aus der Forschung und Industrie sowie aus der Medizin, siehe Kap. 4, Abb. 4.1. Es handelt sich beispielsweise um kontaminierte Anlagenteile, Werkzeuge oder Laborgeräte, Schutzkleidung aus Kernkraftwerken, verbrauchte Filter, Strahlenquellen aus der Medizin und anderen technischen Anwendungen oder radioaktive Chemikalien und möglicherweise überwachungsbedürftige Rückstände aus Industrieprozessen. Für diese Abfälle prognostiziert das Bundesumweltministerium (BMU) bis zum Jahr 2080 ein Volumen von etwas über 300.000 m3. Schwach- und mittelradioaktive Abfälle, LAW und MAW oder durch die Begrenzung der Wärmeentwicklung (Negligible Heat-Generating Waste – NHGW), werden weltweit überwiegend in oberflächennahen, d.h. wenige Meter unter der Geländeoberfläche, abgelegt. Ein mögliches künftiges Abfallvolumen aus der Rückholung und Konditionierung von Abfällen aus Asse II ist darin nicht enthalten, siehe 6.4.3.
Michael Lersow

7. Entsorgung von radioaktiven Abfällen mit hoher Radioaktivität

In diesem Kapitel wird neben der Beschreibung der radioaktiven Inventare auf die vorhandenen Endlagerlösungen für hochradioaktive Abfälle eingegangen. Nach Angaben der World Nuclear Association (WNA) entstehen weltweit Jahr für Jahr 12.000 Tonnen hochradioaktiver Abfälle. Zu den hochradioaktiven Abfällen in Deutschland zählen in erster Linie Brennelemente aus deutschen Kernkraftwerken sowie Abfälle aus der Wiederaufbereitung von Brennelementen aus deutschen Kernkraftwerken. International kommen noch die hochradioaktiven Abfälle aus der militärischen Verwendung der Kernenergie. Kapitel 2 Bild II-1 zeigt in der dort dargestellten Klassifizierung, dass hochradioaktive Abfälle (High Active Waste – HAW) eine Zerfallswärme von (2 – 20) kW/m3 entwickeln und durch eine spezifische Radioaktivität von > 1,0∙E+14 Bq/m3 gekennzeichnet sind, siehe [36] und [10]. International und für die Endlagerung wesentlich ist die Unterscheidung weiter in: SL – short lived (kurzlebig); ML – medium lived (mittellebig) und LL – long lived (langlebig). Mit der Wahl des Endlagerstandorts kommt der Endlagerkonzeption und dem Zusammenwirken der geologischen, geotechnischen und technischen Barrieren die Aufgabe zu, die Langzeitsicherheit dauerhafte unter den verschiedenen Szenarien zu gewährleisten. Auch auf die besondere Bedeutung des Monitorings mit Umwelt- und Gesundheitsmonitoring wird verwiesen.
Michael Lersow

8. Langzeitsicherheit Geotechnischer Umweltbauwerke

In den vorangegangenen Kapiteln wurden verschiedene Geotechnische Umweltbauwerke vorgestellt, die definierte radioaktive Inventare dauerhaft sicher aufnehmen oder aufnehmen sollen, und welchen Nachweis es dazu gibt, dies glaubhaft zu belegen und auf dessen Grundlage die Geotechnischen Umweltbauwerke zugelassen und genehmigt werden. Für Tailings ponds ist das allgemeine Verfahren für einen Langzeitsicherheitsnachweis in Kap. 5 vorgestellt worden, aber insbesondere für die Endlagerung von hochradioaktiven Abfällen soll dies hier nachgeholt werden. Ein verbindliches Verfahren wurde in Deutschland bisher nicht vorgelegt, ist vielleicht auch nicht wünschenswert, weil der Langzeitsicherheitsnachweis standortabhängig geführt werden muss, damit das Endlagerbauwerk für hochradioaktive, wärmeentwickelnde Abfälle auch genehmigungsfähig wird. Der Rahmen für den Langzeitsicherheitsnachweis sollte allerdings verbindlich formuliert werden. Nachfolgend soll dieser auf der Grundlage der derzeit vorliegenden Erkenntnisse vorgestellt werden.
Michael Lersow

9. Umwelt-Monitoring

Das Umwelt‐Monitoring ist für alle für die Endlagerung radioaktiver Rückstände und Abfälle zur Anwendung kommenden Geotechnischen Umweltbauwerke integraler Bestandteil eines Endlagerkonzeptes. Dabei kann auf die Ausführungen von Kap. 5 verwiesen werden, in welchem ein solches für die langzeitsichere Verwahrung von Uran‐Tailings ponds vorgestellt ist. Die Darlegungen hier beschränken sich deshalb zunächst auf die Endlagerung von radioaktiven Abfällen, insbesondere von hochradioaktiven, wärmeerzeugenden Abfällen (HAW‐HGT). Das Monitoring gewährleistet in einem Endlager die sicherheitsrelevanten Anforderungen. Dies betrifft sowohl die Betriebsphase als auch die Nachverschlussphase. In den nachfolgenden Ausführungen sollen die Anforderungen an ein Monitoring‐Programm als integraler Bestandteil eines Endlagerkonzeptes herausgearbeitet werden.
Michael Lersow

10. Zusammenfassung

In den vorangegangenen Kapiteln ist der Versuch unternommen worden, die Problemstellungen der Endlagerung von radioaktiven Rückständen und Abfällen in unterschiedlichen Geotechnischen Umweltbauwerken (Endlagerbauwerken) mit notwendigem Tiefgang zu erörtern, ohne den Anspruch zu erheben, einer Genehmigungspraxis zu genügend. Dem Autor ging es auch darum, eine breite interessierte Leserschaft anzusprechen und dabei nicht zu verschweigen, dass einerseits eine ganze Reihe von Problemstellungen noch offen ist, dies betrifft insbesondere die Endlagerung von hochradioaktiven, wärmeerzeugenden Abfällen, und dass andererseits die Sicherheitsstrukturen der vorhandenen Geotechnischen Umweltbauwerke sich nicht mit eingelagerten radioaktiven Inventaren begründen lassen, sondern eher damit, ob das Bergrecht oder das Atomgesetz als Grundlage für das Geotechnische Umweltbauwerk und die Langzeitsicherheitsbetrachtungen gesetzt wurde. Dazu wurden die in die verschiedenen Geotechnischen Umweltbauwerken eingelagerten oder einzulagernden radioaktiven Inventare auf der Grundlage eines dimensionslosen Aktivitätsindex, mit dem die Aktivität des jeweiligen Radionuklids auf dessen Freigrenze laut StrlSchV (Anlage III Tabelle 1 Spalte 2) bezogen wird, siehe Kap. 7, verglichen.
Michael Lersow

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