Langfristige EU-finanzierte Kernspaltungsprojekte: Die Ergebnisse sind da!
Zwei große EU-finanzierte Projekte über die Entsorgung von nuklearen Abfällen haben es Forschern ermöglicht, einen Konsens hinsichtlich mehrerer Kernprobleme um die chemische Haltbarkeit sowohl von verglasten hochradioaktiven Abfällen, als auch abgebrannten Brennstäben zu finden. Diese zwei Projekte sind GLAMOR ("Critical evaluation of the dissolution mechanisms of high level nuclear waste glasses in conditions of relevance for geological disposal") und MICADO ("Model uncertainty for the mechanism of dissolution of spent fuel in a nuclear waste repository "). Beide hatten zum Ziel, die Unsicherheiten einiger deskriptiver und prädiktiver Modellverfahren zu bewerten und die Verfallprozesse von verglasten nuklearen Abfällen und abgebrannten Brennstäben in einer Lagerstätte über mehrere geologische Zeiträume hinweg zu beschreiben. Beide Projekte schlugen in diesem Forschungsbereich neue Wege ein und verwendeten einen gemeinsamen Satz existierender experimenteller Daten und existierende Modelle. Die geologische Entsorgung - die Isolation in geologischen Tiefenlagern - wird heute für die sicherste langfristige Lösung für den Umgang mit langlebigen nuklearen Abfällen gehalten. Weltweit wird besonderes Augenmerk auf hochradioaktive Abfälle aus abgebrannten Brennelementen nach ihrer Entnahme aus Kernkraftwerken gelegt, die über 98% der in diesen Anlagen generierten Radioaktivität ausmachen. Diese hochradioaktiven Abfälle können von diesen Ländern verglast und optional wiederverwertet werden. Andererseits können auch die abgebrannten Brennelemente selbst als eine Form von Abfall betrachtet werden. Mögliche Entsorgungsorte in Europa, in Granit-, Lehm- oder Salzformationen, sind Zehnmillionen von Jahren stabil und zeichnen sich durch eine sehr langsame Grundwasserbewegung aus. Bisher haben sich die Forscher auf den Aufbau umfangreicher experimenteller Datenbanken konzentriert, um die langfristige Interaktion des Grundwassers mit unterschiedlichen Arten von verglasten nuklearen Abfällen und abgebrannten Brennstäben zu simulieren. Dazu gehört auch Glas mit ähnlichen Zusammensetzungen wie das, was bei der Aufbereitung und in den damit verbundenen Verglasungsanlagen wie z. B. in La Hague in Frankreich oder Sellafield im Vereinigten Königreich hergestellt wird. Das GLAMOR-Projekt wurde zwischen 2002 und 2006 durchgeführt und von der Europäischen Kommission mit Mitteln in Höhe von 232.351 EUR als Teil des Themenbereichs "Kernenergie unter dem Fünften Rahmenprogramm (RP5) der Europäischen Atomgemeinschaft (Euratom) gefördert. Wissenschaftler aus Belgien und Frankreich nahmen daran teil und bewerteten die Haupthypothesen und Unsicherheiten von Modellen für den Abbau von verglasten nuklearen Abfällen in Reinwassersystemen ohne Nahfeld-Aufbewahrungsmaterialien wie Bentonit oder metallische Korrosionsprodukte. Es herrschte Einigkeit, dass es für verglaste nukleare Abfälle eine residuale Abbaurate in Reinwasser gibt. Diese residuale "finale" Abbaurate kann für die Bewertung der Barrierefunktion und Lebensdauer des Glases sehr wichtig sein, weil sie nur 10.000-mal kleiner ist als die ursprüngliche Abbaurate. Verglaste hochradioaktive Abfallblöcke mit einer Lebensdauer von rund 100.000 Jahren und mehr können in diesen Umgebungen nun ins Auge gefasst werden. Die Projektwissenschaftler fanden ferner heraus, dass die residuale Abbaurate für die Kalkulation der Sicherheitsbewertung einer geologischen Deponie berücksichtigt werden sollte. Das Stadium der sinkenden Abbaurate, das der residualen Abbaurade vorausgeht, konnte durch mehrere Mechanismen in den Modellen erklärt werden. Die Modellsimulationen ließen keine Schlussfolgerungen darüber zu, welcher Mechanismus am dominantesten ist; der Vergleich jedoch lieferte einen klaren Überblick über die Hauptprobleme, die bei der Interpretation der Ergebnisse auftauchen und offenbarte mehrere Schwächen bei den unterlegenen konzeptionellen Modellen. Das darauf folgende MICADO-Projekt baute auf die von den GLAMOR-Forschern erarbeiteten Grundlagen auf. MICADO erhielt Mittel in Höhe von 1,3 Mio. EUR von der Europäischen Kommission als Teil des Themenbereichs "Behandlung radioaktiver Abfälle" unter dem Sechsten Rahmenprogramm (RP6) des Vertrags zur Gründung der Europäischen Atomgemeinschaft (Euratom) und lief von 2007 bis 2010. Wissenschaftler aus Belgien, Frankreich, Deutschland, Spanien, Schweden, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich, von europäischen Abfallmanagementagenturen, von technischen Organisationen, die Regulierungsbehörden unterstützen, von Universitäten und Forschungsorganisationen bewerteten das derzeitige Verständnis des Verhalten abgebrannter Brennstäbe unter Entsorgungsbedingungen. Das Team analysierte das aktuelle experimentelle Wissen, die hydrogeologischen Rahmenbedingungen sowie die gegenwärtigen Kenntnisse über die physikalisch-chemischen Prozesse, die die Freisetzung von Radionukliden - ein Atom mit einem unstabilen Nukleus - steuern, um die Schwerpunkte der Unsicherheit zu identifizieren. Für die Entwicklung abgebrannter Brennstäbe wurden separate Unsicherheitsanalysen durchgeführt: fFür die ersten paar tausend Jahre, wenn der Behälter noch intakt ist; sowie für die nächsten Hunderte bis Tausende von Jahren - ein Zeitraum, der vermutlich von Wasserstoff-gesättigten Bedingungen geprägt ist. Hierbei entsteht der Wasserstoff aus der Zersetzung der Container über sehr lange aufeinander folgende Zeiträume, die durch Bedingungen charakterisiert sind, in denen die Wasserstoffkonzentration zwar abnimmt, die Umgebungsbedingung sich durch Reduktion auszeichnet. Das Team fand heraus, dass Unsicherheiten über den Oberflächenbereich der abgebrannten Brennstäbe, die Lösungen ausgesetzt sind - ein sehr wichtiger Faktor bei der Berechnung der Abbaurate - erheblich reduziert werden könnten. Die Bewertung großer Versuchsdatensätze und von Modellen für die Auflösung abgebrannter Brennstäbe zeigt, dass die UO2-Matrix abgebrannter Brennstäbe als eine wirksame Isolierung für Zehntausende von Jahren dienen kann. Nur ein geringer Anteil der Iod- und Cäsium-Vorräte sind nicht in der UO2-Matrix gebunden und diese können sehr schnell durch Wasserkontakt freigesetzt werden. Diese Anteile sind allerdings geringer als bisher angenommen. Die Wissenschaftler hoffen nun, dass die Ergebnisse aus beiden Projekten zu signifikanten weiterführenden Forschungen auf diesem Gebiet führen werden.Weitere Informationen finden Sie unter: European Nuclear Society: http://www.euronuclear.org/
Länder
Belgien, Schweiz, Deutschland, Spanien, Frankreich, Schweden, Vereinigtes Königreich