aus der Welt der Energie

Radioaktiver Abfall, so wie er von den Verursachern geliefert wird, kann nicht direkt und sofort in ein Endlager verbracht werden. Abgesehen davon, dass es bis heute kein Endlager für radioaktiven Abfall gibt, muss er zahlreiche Behandlungen über sich ergehen lassen um ihn in einen chemisch stabilen sowie nicht oder nur schwer wasserlöslichen Zustand zu überführen. Allgemein spricht man hier von der so genannten Konditionierung, welche Thema dieses vierten Teils der Endlagerserie sein soll.

Die Frage der Behandlungsart ist stark abhängig von der Klassifizierung des radioaktiven Abfalls. Allgemein wird zwischen wärmeerzeugenden und nichtwärmeerzeugenden Abfall gesprochen. Eine weitere Einteilung nimmt die Aktivität als Grundlage:

• hochradioaktiver Abfall mit einer Aktivität von 10¹⁴ Bq / m³ oder mehr erzeugt erhebliche Zerfallswärme (zwischen 2 bis 20 kW / m²),
• mittelradioaktiver Abfall hat eine Aktivität von 10¹⁰ bis 10¹⁵ Bq / m³, er erzeugt aber kaum bzw. keine Wärme, erfordert aber Abschirmmaßnahmen,
• schwachradioaktiver Abfall besitzt eine Aktivität von 10¹¹ Bq / m³ oder weniger und erzeugt weder Wärme noch sind Abschirmmaßnahmen erforderlich.

Pressen, Zerkleinen und Trocknen für “normalen” radioaktiven Abfall …

Allgemein wurde für die Behandlung oder auch Konditionierung ein mehrstufiges Verfahren entwickelt, welches mit einer Vorbehandlung beginnt. Dabei müssen zunächst die verschiedenen Abfallarten bestimmt werden. Gerade die nichtwärmeerzeugenden Abfälle bestehen mitunter aus verschiedensten Materialien und können beispielsweise auch Bauschutt oder Geräte umfassen. Hier sind, abhängig von den Endlagerbedingungen, im nächsten Schritt unterschiedliche Behandlungsverfahren anzuwenden: flüssige Abfälle werden im Allgemeinen entweder eingedampft oder zementiert, feste Abfälle werden zerkleinert, getrocknet, verbrannt, verpresst oder zementiert. In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Stoffströme eines KKW’s sowie zugehörige Aktivitäten und Konditionierungsmaßnahmen aufgelistet.

Am Ende dieser Behandlung steht ein Abfallprodukt (zum Beispiel Feststoffe, Presslinge oder Konzentrate) welche in zugelassenen und standardisierten Behältern verpackt werden.

Für die so genannten fixierten, also festen Abfälle werden zylindrische Betonbehälter aus Normal- oder Schwerbeton genutzt und in Fässer (Volumen: 200 bzw. 400 Liter) gefüllt. Nachdem noch vorhandene Hohlräume mit Beton ausgegossen wurden, wird der Korpus und der Deckel verschweißt. Für nichtfixierte Abfälle kommen ebenfalls zylindrische Behälter zum Einsatz, allerdings wird hier Gussmaterial in verschiedenen Abmessungen und Wandstärken verwendet. Wie auch bei den Betonbehältern wird am Ende der Deckel dauerhaft mit dem Korpus verbunden, i.d.R. verschweißt. Diese Fässer wiederum werden in Containern gesammelt. Die größte Containerbauart kann auf elf Kubikmetern bis zu 28 Zweihundert-Liter-Fässer aufnehmen und besteht aus Stahlblech, armierten Beton oder Gusswerkstoff. Auch die Container werden nach vollständiger Befüllung dauerhaft verschlossen.

Im Allgemeinen gilt bei den Verpackungen wie auch beim Abfall selber: die Gebinde sind den Bedingungen im geplanten Endlager anzupassen. Für den Schacht Konrad, der aktuell zu einem Endlager für schwach- und mittelradioaktive Abfälle ausgebaut wird, gelten beispielsweise die folgenden Endlagerungsbedingungen:

Die Abfallgebinde müssen beispielsweise drucklos angeliefert werden. Des Weiteren darf die Ortsdosisleistung an der Oberfläche eines jeden Abfallgebindes zum Zeitpunkt der Anlieferung den Maximalwert von 2 Millisievert pro Stunde nicht überschreiten.

Eine weitere Forderung ist, dass die über eine Fläche von 100 Quadratzentimetern gemittelte, nicht festhaftende Flächenkontamination an keiner Stelle der Gebinde-Oberfläche folgende Grenzwerte überschreiten darf: 0,5 Bequerel pro Quadratzentimeter für Alphastrahler, 50 Bequerel pro Quadratzentimeter für Betastrahler und Elektroneneinfangstrahler und 5 Bequerel pro Quadratzentimeter für sonstige Radionuklide.

Für alle Interessierten verweise ich auf die Anforderungen an endzulagernde Abfälle im Schacht Konrad.

… Glas für hochradioaktiven Abfall

Anders liegt der Sachverhalt bei den hochradioaktiven, also wärmeentwickelnden Abfällen welche verglast werden. Dabei werden die hochaktiven Abfälle, die in der Regel im flüssigen Zustand vorliegen, zunächst aufkonzentriert. Anschließend erfolgt eine Umwandlung der enthaltenen Nitrate in Oxide welche dann mit dem Glas chemisch reagieren, also nach Erkalten eine feste Matrix bilden (ich muss ehrlich zugeben, dass gerade diese chemischen Prozesse von mir nur ansatzweise verstanden sind, ich also an dieser Stelle nicht weiter in’s Detail gehen kann). Für diesen Prozess wird auf Borosilikatglas zurückgegriffen. Dieses ist beständig gegenüber Wärme und auch sonst chemisch sehr stabil.

Das Endresultat ist eine so genannte Glaskokille. Diese gibt es in verschiedenen Abmessungen mit Durchmessern von 30 bzw. 43 cm sowie Höhen von 120 bis 145 cm. Die entsprechenden Volumina liegen zwischen 55 und 150 Liter. Hierzu wurden verschiedene Untersuchungen durchgeführt, welchem Typ der Vorzug zu geben wäre. So benötigen die 43 cm Kokillen im Vergleich zur 30-Zentimeter-Variante aufgrund des größeren Volumens eine höhere Wärmeleistung was eine Zwischenlagerung von 30 Jahren sowie einen erhöhten Platzbedarf im Endlager erfordert (dieser kommt zustande, weil die Abstände zwischen den Bohrlöchern, in denen die Kokillen gelagert werden, mindestens 57 Meter betragen muss). Allerdings ergeben sich eben aus dem erhöhtem Volumen deutliche Vorteile im Betrieb und Umgang. Auch gebirgsmechanische Auswirkungen werden untersucht, aktuell läuft diesbezüglich ein Projekt seitens des BGR.

Kontrolle und Verantwortlichkeiten

Sind alle Abfälle verpackt und in den Containern verpackt, werden noch einmal umfangreiche Kontrollen und Maßnahmen durchgeführt: Oberflächenmessungen an den Gebinden gehören hier ebenso dazu wie auch Sichtprüfungen. Eine sehr umfangreiche Liste dieser Maßnahmen sind im Katalog zur Produktkontrolle radioaktiver Abfälle im Schacht Konrad angegeben. Allerdings wird hier lediglich auf schwach- und mittelradioaktive Abfälle eingegangen da ja nur diese in Konrad eingelagert werden sollen. Sind auch diese Kontrollen abgeschlossen, können dann endlich die Abfälle in den Schacht gefahren werden. Kokillen werden im Allgemeinen senkrecht in Bohrlöchern gelagert, andere Abfälle können auch waagerecht in Stollen gelagert werden. Hierzu laufen aber noch Untersuchungen, welcher Variante der Vorzug zu geben ist. Etwas Zeit ist ja auch noch, Schacht Konrad wird voraussichtlich nicht vor 2020 seinen Betrieb aufnehmen, ein Endlager für hochaktiven Abfall muss erst gefunden werden. Bedenkt man, dass bei Schacht Konrad 1984 mit den ersten Planungen begonnen wurde, bekommt man eine Vorstellung, wann ein Endlager für hochaktiven Abfall in Betrieb gehen könnte.

Kurz noch zu den Verantwortlichkeiten: verantwortlich für die Konditionierung sind die Verursacher selbst – also die Kernkraftwerke, Forschungseinrichtungen oder Betriebe aus der kerntechnischen Industrie. Ihnen obliegt es auch, welche Form der Verpackung sie wählen. Erst wenn die Abfälle dann verpackt als Gebinde vorliegen und dem Bund übergeben werden, wechseln auch die Verantwortlichkeiten. Denn für die Endlagerung selber ist dieser zuständig. Die Kosten trägt übrigens auch hier der Verursacher, auch wenn in einigen, sonst recht vertrauensvollen Quellen anderes behauptet wird.

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