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Endlagerung radioaktiver AbfälleTanja FellerAC V Hauptseminar16. Juli 2013
Gliederung
• Radioaktiver Zerfall und Kernspaltung
• Anfallender radioaktiver Abfall
• Endlagerungskonzepte
• Chemische Prozesse im Endlagersystem
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Zerfallsarten• -Zerfall:
• -Zerfall:
• -Zerfall:
Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radioaktive_Zerfallsarten_in_der_Nuklidkarte.svg
A: NukleonenzahlZ: ProtonenzahlN: Neutronenzahl
3
Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isotopentabelle_Segre.svg
4
Prozess der Kernspaltung
• und zerfallen unter Neutroneneinfang in ein leichtes und ein schweres Spaltprodukt:
• Neutronenüberschuss in Spaltprodukten -Zerfälle bis zu stabilem Nuklid
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Kernspaltung
Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kernspaltung.svg
6
Spaltproduktverteilung
Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fission_product-en.svg
7
Entstehende Abfälle
• Häufigste Spaltprodukte: Größter Teil kurzlebige Isotope wie I-131, Mittellebige Isotope wie Cs-137, Langlebige Isotope wie I-129,
Aktivierungsprodukte aus Reaktor oder Umgebung, z.B. ,
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Entstehende Abfälle
• Erbrütete Kernbrennstoffe
• Nichtverbrauchter Brennstoff
breite Mischung verschiedenster Isotope
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Klassifizierung
Low and Intermediate Level Waste (LILW) High Level Waste (HLW)
Short-lived Waste Long-lived Waste Jahre
Abfälle mit einer spezifischen Wärmeleistung aufgrund des radioaktiven Zerfalls
Jahre Jahre
Spezifische Aktivität der -Strahler (im gesamten Endlager)
Spezifische Aktivität der -Strahler (im gesamten Endlager)
Keine Wärmeproduktion Keine Wärmeproduktion
Klassifikationssystem der IAEA (International Atomic Energy Agency)
Quelle: http://www.grs.de/sites/default/files/pdf/GRS-203_0.pdf
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Wiederaufarbeitung• PUREX-Prozess (Plutonium and Uranium Recovery by
Extraction) • Großtechnische Anlagen in La Hague (F) und Sellafield (GB)
Quelle: http://www.kernfragen.de/kernfragen/lexikon/p/purex-verfahren.php
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Abfallverarbeitung• Abfall wird neutralisiert• Eindampfung in
Borosilikatglasschmelze• Umwandlung der
Metallnitrate in Oxide Auflösen in Glasschmelze
CASTOR-Behälter
Quelle: http://www.kernfragen.de/kernfragen/gesellschaft/07-Radioaktive-Abf-lle-was-machen-wir-damit/7-3-Hei-e-Fracht-die-Castor-Transporte.php#id2560359
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Endlagerkonzepte
• Endlagerung an der Erdoberfläche Meist nur für schwach- und mittelaktive Abfälle
vorgesehen
• Endlagerung in mehreren hundert Metern Tiefe Wartungs- und nachsorgefreies System Örtliche Geologie ist entscheidend Wirtsgestein-
Eigenschaften
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Quelle: Endlagerung radioaktiver Abfälle, K. Röhlig, H. Geckeis, K. Mengel, Chem. Unserer Zeit, 2012, Wiley-VHC Verlag
Eigenschaften möglicher Wirtsgesteine
Eigenschaft Salzgestein Ton/Tonstein Kristallingestein (z.B. Granit)
Temperaturleitfähigkeit +
Wasserundurchlässigkeit + +
Elastizität + -
Hohlraumstabilität + -
Lösungsresistenz - + +
Sorptionsverhalten - +
Festigkeit +
Quelle: http://www.bfs.de/de/endlager/standortfindung/wirtsgesteine.html
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Radiolyse
• Spaltung von Wasser und Grundwasserinhaltsstoffen durch ionisierende Strahlung
• Oxidation von U(IV) zu U(VI) durch Radiolyseprodukte
reduzierend oxidierend
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Quelle: Endlagerung radioaktiver Abfälle, K. Röhlig, H. Geckeis, K. Mengel, Chem. Unserer Zeit, 2012, Wiley-VHC Verlag
Radiolyse
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Quelle: Endlagerung radioaktiver Abfälle, K. Röhlig, H. Geckeis, K. Mengel, Chem. Unserer Zeit, 2012, Wiley-VHC Verlag
Sorption
• Radionuklidsorption an Mineralbestandteile
• Bindung von Radionukliden durch Elektrostatische Anziehung Komplexierung durch Hydroxy-Gruppen Einbau in Gitter- oder Zwischengitterplätze Oberflächenausfällung
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Quelle: Endlagerung radioaktiver Abfälle, K. Röhlig, H. Geckeis, K. Mengel, Chem. Unserer Zeit, 2012, Wiley-VHC Verlag
Komplexbildung
• Kann die Mobilität erhöhen• Natürliche Liganden:
Organische Liganden wie Humin- und Fulvinsäuren• Dekontaminationsmittel aus Kernanlagen:
EDTA Citrat Oxalat
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Quelle: Endlagerung radioaktiver Abfälle, K. Röhlig, H. Geckeis, K. Mengel, Chem. Unserer Zeit, 2012, Wiley-VHC Verlag
Zusammenfassung
• Chemische Prozesse (fast) nur bei Wassereintritt relevant• Endlagersicherheit hängt ab vom• radiochemischen• geochemischen• biochemischen
Milieu• Kein „perfektes“ Endlager möglich• Moderne experimentelle und theoretische Methoden zur
Analyse des Verhaltens von radioaktivem Abfall
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