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Wörterbuch

Abfall-Eliminierung

Atommüll ist jede radioaktive Material, das für die menschliche Gesundheit und die Umwelt gefährlich ist, und wird auf besondere Vorschriften für die Entsorgung, Transport und Lagerung unterwiesen. Eine halbe Million Tonnen hochradioaktiver Abfälle wurde bis heute in der weltweit etwa 500 Kernkraftwerken erzeugt. Nach mehr als einem halben Jahrhundert der Kernenergie, ein entsprechender Bestand an politischen, wirtschaftlichen und ökologischen Schulden zu bergigen Dimensionen angehäuft wurde.

Der Optimismus der 1950er Jahre in Kernkraft sah zwei Dinge:

  1. Die Kernkraft würde fast grenzenlos, kostengünstige Energie liefern, und
  2. Der technische Fortschritt würde das Problem der nuklearen Abfälle und andere Risiken zu lösen.

Unnötig zu sagen, keiner der beiden wurde erreicht - in der Tat stehen sie ein langer Weg hinter dem Ziel:

  1. Die Kernkraft erzeugt nie mehr als 5% der weltweiten Elektrizität, und ist einer der teuersten Energieformen,
  2. Die Technologie hat keine endgültige Lösung für die sichere Entsorgung von einer halben Million Tonnen unbenutzbaren Abfälle, so dass die Welt mit einem gefährlichen, schwer zu verwalten Vermächtnis für Zehntausende von Jahren gelassen ist.

Zwei Systeme sind für den Umgang mit Abfällen aus der Kernspaltung in Reaktoren vorgeschlagen: geologische Speicherung und Transmutations.

Lagerung

Der Brennstoff in einem Kernreaktorkern erzeugt Wärme aus dem Kettenreaktion von Spaltungsereignisse. Neutronen treffen andere Kerne zu, die wiederum Spaltung durchlaufen, erzeugen Neutronen, die andere Kerne zu Spaltung erregen, und so weiter, Millionen Mal pro Sekunde.

Wenn ein Kernreaktor abgeschaltet wird, werden die Brennstäbe entfernt und in einem temporären Speichertank unter Wasser gelegt. Das Wasser kühlt die Stäbe und absorbiert die Neutronen, die immer noch aus dem Uran oder Plutonium Kraftstoff emittiert werden. Obwohl die Kettenreaktion beendet ist, da die meisten der Neutronen vom Wasser aufgenommen werden, werde noch viel Wärme durch den Beta-Zerfall der Spaltprodukte im Brennstoff erzeugt worden. Diese Wärmeerzeugung wird fortgesetzt, bis die instabilen Isotope alle zu stabilen Isotope umgewandelt werden.

Diese Zerfallswärme ist anfänglich 7% der Kettenreaktion Energie, und innerhalb eines Tages ist nur 4%. Die Rate der Wärmeerzeugung nimmt langsam mit der Zeit ab. Obwohl diese Rate im Vergleich zum Reaktor Kettenreaktion Wärme gering ist, müssen die Brennstäbe für einige Jahren aufbewahrt werden, bevor sie bereit sind, in dauerhafte Lagerung platziert werden.

Nach Angaben der IAEA bis zum Jahr 2020 wird es weltweit insgesamt 445 kt (etwa 20 000 3) abgebrannter Brennelemente, für die die einzige langfristige Lösung ist geologische Lagerung (deep despository). Lagerung ist bisher nur in temporären Wassertanks, aber Speicherkapazität liegt in der Nähe zur Erschöpfung.

Transmutation

Transmutation ist die Umwandlung von radioaktiven Isotopen zu weniger gefährliche Isotope, in der Regel durch Beschuß mit Neutronen. Ein Beispiel von Umwandlung ist die Konversion von Technetium-99c. Das Ziel wird mit Neutronen erzeugt vom Isotop Technetium-100Tc, die eine sehr kurze Halbwertszeit aufweist, beschossen, bis es zu nicht radioaktiven Ruthenium-100 verfällt. Bisher Transmutation ist keine tragfähige Lösung für Uran und Plutonium Abfälle.

Wiener Übereinkommen über radioaktive Abfälle

Das Gemeinsame Übereinkommen über die Sicherheit der Behandlung abgebrannter Brennelemente und über die Sicherheit der Behandlung radioaktiver Abfälle (Wien, 1997) ist ein IAEO globales Abkommen für den Transport und die Lagerung radioaktiver Abfälle. Sie hat derzeit 71 Vertragsstaaten.

Herunterladen: Vienna Joint Convention - English (pdf 67 kB)

Vollständiger Name: Das Gemeinsame Übereinkommen über die Sicherheit der Behandlung abgebrannter Brennelemente und über die Sicherheit der Behandlung radioaktiver Abfälle

Radioaktive Abfälle sind in drei Klassifikationen eingeteilt: Hochradioaktive (über 1015 Bq m-3), Mittelradioaktive (1010 bis 1015 Bq m-3), und Schwachradioaktive (weniger als 1010 Bq m-3). Hochradioaktive Abfälle HLW erzeugen erhebliche Zerfallswärme, etwa 2-20 kW m-3.

Es gibt 7 langlebige Radioisotope in der abgebrannten Brennelemente: Selen-79, Zirkonium-93, Technetium-99, Palladium-107, Zinn-126, Jod-129 und Cäsium-135.

IsotopHalbzeitswert /MyZerfallsmodusZerfallsenergie /MeVZerfallsproduktQuantität (U-235) /%Bemerkung
7934Se0.327 *1β-0.157935Br0.045bioakkumulierend mit Nitrat
9340Zr1.53β- γ0.0919341Nb5.46niedrige Boden Mobilität, geeignet für die geologische Speicherung
9943Tc0.211β-0.2949944Ru6.14Umwelt mobile, wesentlicher Bestandteil der nuklearen Abfälle, künstlich Transmutation möglich
10746Pd6.5β-0.03310747Ag1.25nicht möglich, durch Kernumwandlung zu entsorgen, I und Tc weniger Umwelt mobile
12650Sn0.230β- γ4.05012651Sb0.108Gamma von Zerfallsprodukt emittiert (Antinomie-126)
12953I15.7β- γ0.19412954Xe0.841hohe Langzeitrisiko, da umwelt mobil und langlebig; Potenzial für die Transmutation (Neutronenbeschuß oder Laser) wird untersucht
13555Cs2.3β-0.26913556Ba6.911Entsorgung durch Transmutation schwierig, intensive mittelfristige Strahlung

*1 Die Unsicherheit in der Halbwertszeit von Selen-79 gibt Messungen/Schätzungen im Bereich von 6.5 × 104 to 1.13 × 106 Jahren.

Halbwertszeit

Die Halbwertszeit (HWZ, T1/2) ist die Zeitspanne nach welcher die Hälfte der ursprünglichen Bevölkerung übrig bleibt. Sie ist ein Maß für die Aktivität einer radioaktiven Substanz. Da Kern-Zerfallsraten exponentiell über Zeit sinken, wird eine Masse theoretisch nie alle seine Radioaktivität verlieren.

Für jede Masse einer radioaktiven Substanz, gibt es eine exponentiell abnehmende Zahl der Zerfallsereignisse über Zeit. Nach einer Halbwertszeit, die Hälfte der Isotope zerfallen. Nach einer zweiten Halbwertszeit abgelaufen ist, die Hälfte der übrigen Isotope (das heißt ein Viertel der ursprünglichen Menge) zerfallen (so dass nur 1/4 übrig bleibt). Und nach einer dritten Halbwertszeit, bleiben ein Achtel. Viel Halbwertszeiten: 1/16, und so weiter.

Die am häufigsten vorkommende Isotop Urans ist U-238. Dieses Isotop hat 92 Protonen und 146 Neutronen, und umfassen 99,27% aller natürlich vorkommenden Uran. Das Isotop U-235 hingegen hat nur 0,720% Vorkommen. Der Unterschied in Vorkommen ist durch einen Vergleich der Halbwertszeiten zu verstehen: die Halbwertszeit von U-238 ist 4.47 x 109 Jahre, während die von U-235 beträgt 7.04 x 108 Jahre.