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

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Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Isotopentabelle_Segre.svg

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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

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Spaltproduktverteilung

Quelle: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fission_product-en.svg

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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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