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Wörterbuch

Atomkraftmüll

Die Kernenergie hat drei Hauptprobleme : Sicherheit, Wirtschaftlichkeit und Abfallentsorgung. Eine halbe Million Tonnen hochgefährlichen radioaktiven Abfälle wurde von der Nuklearindustrie produziert worden, und keine absolut sichere Lösung zur Entsorgung gefunden wurde.

  • Atommüll

    • 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.

  • Hochradioaktive 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.

  • 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

  • Nationales Entsorgungsprogramm

    • Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (Atomgesetz).

      Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (Atomgesetz)
      § 2c Nationales Entsorgungsprogramm

      (1) Die Bundesregierung legt in einem Nationalen Entsorgungsprogramm dar, wie die nationale Strategie für eine verantwortungsvolle und sichere Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle umgesetzt werden soll.
      (2) Das Nationale Entsorgungsprogramm umfasst eine Darlegung folgender Bestandteile:
      1. die Gesamtziele der nationalen Strategie in Bezug auf die Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle,
      2. die maßgeblichen Zwischenetappen und klaren Zeitpläne für die Erreichung dieser Zwischenetappen unter Beachtung der übergreifenden Ziele des Nationalen Entsorgungsprogramms,
      3. eine nationale Bestandsaufnahme sämtlicher abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle sowie Schätzungen der künftigen Mengen, auch aus der Stilllegung von Anlagen und Einrichtungen, wobei aus der Bestandsaufnahme der Standort und die Menge radioaktiver Abfälle und abgebrannter Brennelemente gemäß einer geeigneten Klassifizierung der radioaktiven Abfälle eindeutig hervorgehen müssen,
      4. die Konzepte oder Pläne und die technischen Lösungen für die Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle vom Anfall bis zur Endlagerung,
      5. die Konzepte oder Pläne für den Zeitraum nach Beendigung der Stilllegung von Anlagen zur Endlagerung radioaktiver Abfälle nach § 9a Absatz 3, einschließlich vorgesehener Angaben über Kontrollzeiträume und vorgesehener Maßnahmen, um das Wissen über die Anlagen längerfristig zu bewahren,
      6. die Forschungs-, Entwicklungs- und Erprobungstätigkeiten, die erforderlich sind, um Lösungen für die Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle umzusetzen,
      7. die Zuständigkeit für die Umsetzung des Nationalen Entsorgungsprogramms und die Leistungskennzahlen für die Überwachung der Fortschritte bei der Umsetzung,
      8. eine Abschätzung der Kosten des Nationalen Entsorgungsprogramms sowie die Grundlagen und Annahmen, auf denen diese Abschätzung beruht, einschließlich einer Darstellung des zeitlichen Profils der voraussichtlichen Kostenentwicklung,
      9. die geltenden Finanzierungsregelungen,
      10. die geltenden Transparenzregelungen
  • Grundsätze der nuklearen Entsorgung

    • Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (Atomgesetz).

      Das Nationale Entsorgungsprogramm nach § 2c berücksichtigt folgende Grundsätze:

      1. der Anfall radioaktiver Abfälle wird durch eine geeignete Auslegung sowie Betriebs- und Stilllegungsverfahren, einschließlich der Weiter- und Wiederverwendung von Material, auf das Maß beschränkt, das hinsichtlich Aktivität und Volumen der radioaktiven Abfälle vernünftigerweise realisierbar ist,
      2. die wechselseitigen Abhängigkeiten der einzelnen Schritte beim Anfall und bei der Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle werden berücksichtigt,
      3. abgebrannte Brennelemente und radioaktive Abfälle werden sicher entsorgt, wobei im Hinblick auf die langfristige Sicherheit auch die Aspekte der passiven Sicherheit zu berücksichtigen sind,
      4. die Durchführung von Maßnahmen erfolgt nach einem abgestuften Konzept,
      5. die Kosten der Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle werden von den Abfallerzeugern getragen und
      6. in Bezug auf alle Stufen der Entsorgung abgebrannter Brennelemente und radioaktiver Abfälle wird ein faktengestützter und dokumentierter Entscheidungsprozess angewendet.
  • Yucca Mountain

    • Die Yucca Mountain Nuclear Waste Depository, Nevada USA, wurde vom US-Kongress im Jahr 2002 als ein geologisches Tiefenlager für hochradioaktiver Abfälle genehmigt. Das Projekt wurde von der Öffentlichkeit und bei vielen Politikern heftig kritisiert, und wurde im Jahr 2011 abgesagt.

      Der Standort befindet sich neben der Nevada Test Site in Nye County, Nevada. Die Absage des Projekts war es offiziell aus politischen Gründen eher als technische oder Sicherheitsbedenken.

      Atommüll (70 Tausend Tonnen in den Vereinigten Staaten ab 2015) wird derzeit in Zwischenlagern im ganzen Land gehalten, vor allem in oder in der Nähe zu den Reaktoren wo den Abfall erzeugt wird.

      Der Hauptkandidat Yucca Mountain zu ersetzen ist WIPP (Waste Isolation Pilot Plant), ein geologisches Tiefenlager in New Mexico.

  • 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.

  • Kernkraft Probleme

    • Länder wie Deutschland und die Schweiz sind auf dem Weg zum Atomausstieg, für drei Hauptgründer.

      1. Radioaktive Abfall

      Wir haben immer noch nicht ein garantiertes System für langzeitige Lagerung der ausgeschöpfte Uranreste und anderer mit radioaktivität verschmutzen Abfälle. Es braucht mehrere Tausende Jahren bis die Abfälle sicher werden - eigentlich werden sie nie 'sicher' sein.

      Für Informationen über Atommüll und deren Behandlung und Entsorgung, siehe den Artikel über 'Radioaktive Sonderabfälle' (der Begriff anklicken und dem Link folgen).

      2. Kernkraftwerk Unfälle

      Viele Unfälle sind mit dem Betrieb von Reaktoren und Handlung deren Abfälle verursacht. Die radioaktiven Materialien von Reaktoren können ionisierende Strahlung erzeugen, die höchst gefährlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt ist. Radioaktiven Fall-out spielt sehr viel in unsere tief verborgenen Urangst. Es gibt auch die Probleme der nuklearen Terrorismus und der Verbreitung von Kernmaterial und Technologie, die die Welt zu einem weniger sicheren Ort macht.

      Informationen über nukleare Unfälle und Verbreitungsfragen finden Sie im Artikel zum Thema "Nukleare Sicherheit" (der Begriff anklicken und dem Link folgen).

      3. Wirtschaft

      Auf der positiven Seite, die Kernenergie hat die geringsten Flächenansprüche von allen Energieformen: 0,5 km2/TWh, im Vergleich zum Windkraft, 72 km2/TWh.

      Erntefaktor (ERoEI Energy Return on Energy Input), das Verhältnis von gewonnener zu aufgewendeter Energie: Kernenergie = 5-15 (optimierte Anlagen bis zu 24), P/V (Photovoltaik) = 3-7, Wind = 16-25, Wasser = 10-270 (standortabhängig). Einige Studien berichten, dass der Erntefaktor für die Reaktoren der neuen Generation könnten theoretisch in den Hunderten sein.

      Der Konversionseffizienz ist niedriger für Kernkraftwerke als bei fossilen Heißdampfturbinen, besonders bei den Kombiniertezyklus-Anlagen. Mit Drehzahlen von 1500 bzw. 1800 Umdrehungen pro Minute, sind die Kernkraftwerke beschränkt im Vergleich der bis zu 3600 Drehzahlen bei den anderen Heißdampfturbinen.

      Die Uranversorgung und -wirtschaftlichkeit: die Kosten der Kernkraftindustrie sind immer noch größer als bei den Kohlenwasserstoff Alternativen. Die hohen Kosten der Stilllegung alter Reaktoren wurden in der Regel in ursprünglichen Schätzungen unterschätzt, wenn sie überhaupt miteinkalkuliert wurden. Wie Deutschland erlebt, gibt es keine Möglichkeit für die Atomindustrie ihre Bücher auszugleichen, ohne die öffentliche Hand einen großen Teil der Rechnung anzunehmen.

      Thorium-232
      Thorium-232 hat eine komplexe Zerfallsreihe, bis auf stabiles Blei