19/01/2015  

1  

Kristalline Medien zur Entsorgung von HAA: Lehren aus der Natur

Prof. Dr. Reto Gieré Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften

2  

Australian Nuclear Science & Technology Organisation

Argonne National Laboratory, USA

Pacific Northwest National Laboratory, USA

Natural History Museum London, UK

Hiroshima University, Japan

Nagoya University, Japan

Cambridge Center for Ceramic Immobilisation, UK

SIA Radon, Moscow, Russia

Institute of Geology of Ore Deposits, Moscow, Russia

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2  

3  

Zeitachse -1

Mio

-100

,000

+100

,000

-10,

000

+10,

000

-100

0

+100

0

-100

+100

+10

-10

+1 M

io

heute

4  http://www.nagra.ch/de/fuerhaa.htm

Tiefenlager für HAA

1

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3  

5  

Glas oder Keramik?

Glas oder Keramik?

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4  

7  

100 µm Chukanov et al. (2014)

Zirkonolit

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5  

Zirkonolit

Ca Zr Ti2 O7

10  

Pyrochlor, Mozambique

1 cm 440 Ma

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6  

11  Gieré et al. (2001)

Ca U

200 µm

440 Ma

Pyrochlor, Mozambique

12  

Radioaktiver Zerfall

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Spaltprodukte (z.B. 137Cs)

Aktinide (z.B. 239Pu)

Zeit (y)

Häu

figke

it

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7  

13  

Radioaktiver Zerfall

•  238U 206Pb + 8 α + 6 β- + E

•  235U 207Pb + 7 α + 4 β- + E

•  232Th 208Pb + 6 α + 4 β- + E

  Dosis (α/mg) D = 8N238 e

t!238 !1( )+ 7N235 et!235 !1( )+ 6N232 e

t!232 !1( )

14  

α- Zerfall

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8  

15  

α- Zerfall

α-Spur (fission track) Reichweite: 10-20 µm

16  

α- Zerfall

50 µm

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9  

17  

α- Zerfall

α-Spur (fission track) Reichweite: 10-20 µm

α-Rückstoss-Spur Reichweite: 10-20 nm

18  

10 nm

10 nm

Stavern (Norwegen) 300 Ma 0.3x1016 α/mg

Bergell (Italien) 32 Ma 0.06x1016 α/mg

Zirkonolit

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10  

19  

50 µm

40 Ma

Fergusonit, Italien

Gieré et al. (2009)

20  

40 Ma 20 µm

Pyrochlor, Italien

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11  

Lumpkin et al. (2014)

107 108 1010 106 1015

1016

1017

1018

109

t (y)

Dos

is (α

/mg)

amorph

Pyrochlor

Zirkon

Zirkonolit

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Photo: J. Scovil 5 cm

Brennstäbe

Spaltprodukte (z.B. 137Cs)

Uraninit (UO2)

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12  

23  

Tiefenlager für HAA

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Cigar Lake, Canada

100 m

Gauthier-Lafaye et al. (2004)

Lagerstätte (~1.5 Ga), eingebettet in Tone

Alterierter Sandstein

Kristallin Regolith

Sandstein

Qtz

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13  

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Oklo, Gabon

Reaktor (2 Ga)

5 m

Gauthier-Lafaye et al. (1989)

Sandstein

Konglomerat

Tone

Schwarzschiefer

Sandstein

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Tongesteine

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14  

27  

Salz

National Geographic Society (February 2007)

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15  

29  

Karbonate Gips/Anhydrit Steinsalz Bittersalze

30  

Salzstock Gorleben

NW SE

Tertiär Quartär

Hauptsalz

Hutgestein

Kaliflöz Strassfurt Hauptanhydrit

Erkundungssohle

200 m

BMU (2010)

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16  

31  

Salzstöcke

Salz

Erdoberfläche

32  NASA (Visible Earth)

1 km

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17  

33  

NASA (Visible Earth) 5 km

34  

1 m

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35   BGR (2007)

Tone Salz

Untersuchungs- würdige

Wirtsgesteine

36  

Lösung des Problems

Lehren aus der Natur Materialien für HLW Technische Barrieren Wirtsgesteine Zeitachse

Herausforderungen Bevölkerung Atomsemiotik Politik

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19  

37  

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Zitierte Literatur BGR (2007) Endlagerung radioaktiver Abfälle in Deutschland: Untersuchungen und

Bewertung von Regionen mit potenziell geeigneten Wirtsgesteinsformationen. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover

BMU (2010) Weitererkundung des Salzstocks Gorleben - Broschüre zur Öffentlich-keitsarbeit. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und Bundesamt für Strahlenschutz (www.bmu.de)

Gauthier-Lafaye F., Weber F., Ohmoto H. (1989) Natural Fission Reactors of Oklo. Economic Geology 84, 2286-2295

Gauthier-Lafaye F., Stille P., Bros R. (2004) Special Cases of Natural Analogues: The Gabon and Cigar Lake U ore deposits. In: Gieré R. & Stille P.: Energy, Waste and the Environment: A Geochemical Perspective. Geological Society, London, Special Publications 236, 123-134

Gieré R., Buck E.C., Guggenheim R., Mathys D., Reusser E., Marques J. (2001): Alteration of uranium-rich microlite. Materials Research Society, Symposium Proceedings 663, 935-944

Gieré R., Williams C.T., Wirth R., Ruschel K. (2009) Metamict Fergusonite-(Y) in a spessartine-bearing granitic pegmatite from Adamello, Italy. Chemical Geology 261, 333-345

Lumpkin G.R., Gao Y., Gieré R., Williams C.T., Mariano A.N., Geisler T. (2014): The role of Th-U minerals in assessing the performance of nuclear waste forms. Mineralogical Magazine, 78, 1071-1096