Können Brennstoffe mit hohem Abbrand sicher gelagert werden?
Geologische Tiefenlager stellen derzeit die bevorzugte Wahl für langfristige Entsorgung abgebrannter Kernbrennstoffe dar. Die Sicherheit solcher unterirdischen Anlagen, die mithilfe der natürlichen Geologie und künstlicher Barrieren radioaktive Abfälle isolieren sollen, wird durch die Berechnung der Leistungsbewertung quantitativ demonstriert. Im Rahmen des Projekts FIRST-NUCLIDES (Fast / instant release of safety relevant radionuclides from spent nuclear fuel) wollten EU-finanzierte Wissenschaftler das aktuelle Verständnis darüber, was mit solchen Barrieren passiert, verbessern. Das Team konzentrierte sich auf verbrauchte Uranoxid-Brennstäbe mit hohem Abbrand aus Druckwasser- und Siedewasserreaktoren. Die Nutzung von hohem Abbrand hat sich in den letzten Jahren verbreitet und Atomkraftwerken ermöglicht, mehr Leistung aus den Brennstoffen zu schöpfen, bevor sie ausgetauscht werden. Allerdings werden die abgebrannten Brennelemente durch den hohen Abbrand heißer und radioaktiver – zwei wichtige Überlegungen bei der Gestaltung von Endlagern. Wenn ein Behälter versagt, sind solche Abfälle eine Quelle großer Freisetzungen von Radionukliden. Einige der freigesetzten Radionuklide zeigen eine hohe Löslichkeit in Grundwasser, während andere auf ihrem Weg in die Biosphäre nur geringe Retention durchlaufen. Für die Sicherheitsanalyse müssen die Forscher die Halbwertzeit dieser Radionuklide quantifizieren. Im Rahmen von FIRST-NUCLIDES sammelten die Wissenschaftler wichtige Eingangsdaten mithilfe experimenteller Untersuchungen und Modellierung. Die Ergebnisse umfassen Spaltproduktverteilung in Brennstoff-Pellets, Spaltgasfreisetzung nach dem Durchstechen von abgebrannten Brennstäben und Spaltgas und nicht-gasförmige Produktfreisetzung von abgebrannten Brennelementen im Falle eines Kontakts mit Wasser. Die erstellte Datenbank enthält die weitgehend unbekannten Werte der "instant release fraction" für Jod, Chlor, Kohlenstoff und Selen. Alle diese Elemente bilden in der Regel anionische Spezies, die in Barrieresystemen von Endlagern chemisch kaum zurückgehalten werden können. Die Daten und das Wissen aus dem Projekt sollten das Vertrauen in die Prognosen der sofortigen Freisetzung von Spalt- und Aktivierungsprodukten für abgebrannte Uranoxid-Brennelemente erhöhen. Insbesondere hat das Projekt FIRST-NUCLIDES unser Verständnis seines Auflösungsverhaltens im Hinblick auf die Lizenzierung von Endlagern, die bis zum Jahr 2025 in Betrieb genommen werden sollen, verbessert.
Schlüsselbegriffe
Brennstoff mit hohem Abbrand, geologische Endlager, Kernenergie, Uranoxid, Radionuklide
