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Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfälle
Author | Friederike Frieß, Nikolaus Arnold, Wolfgang Liebert, Nikolaus Müllner |
6-01-5-56-26.pdf | |
Date | March 2021 |
Classification | 6.01.5.56/26 (WASTE - ACTINIDES (TRANSMUTATION / BURNING) GENERAL) |
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Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu Partitionierungs- und Transmutationsanlagen für hochradioaktive Abfälle Impressum Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) Auftragnehmer: Institut für Sicherheits- und Risikowissenschaften Universität für Bodenkultur (BOKU) Wien Dr. Friederike Frieß Nikolaus Arnold Prof. Dr. Wolfgang Liebert Dr. Nikolaus Müllner Unter Mitarbeit von Dr. Ilse Tweer und Klaus Gufler www.base.bund.de Stand: März 2021 Zusammenfassung Der Umgang mit bereits vorliegenden und noch weiter anfallenden hochradioaktiven (und weiteren schwach- und mittelaktiven) Abfällen aus der Kernenergienutzung ist ein sowohl national als auch international diskutiertes und herausforderndes Thema. Weltweit wurde hauptsächlich Uranbrennstoff in Leichtwasserreaktoren eingesetzt. Die abgebrannten Brennelemente enthalten Uran, Transurane (Plutonium und sogenannte Minore Aktiniden) und sowohl stabile als auch radioaktive Spaltprodukte mit kurzer, mittlerer oder sehr langer Halbwertszeit. Von diesen Materialien geht ein hohes und langfristig bestehendes radiologisches Risiko aus. Eine sichere Abschirmung der radioaktiven Abfälle – und dabei insbesondere der hochradioaktiven – ist daher nach der Entnahme der Brennstoffe aus den Reaktoren, bei der Zwischenlagerung und der schließlich erfolgenden Endlagerung zwingend erforderlich. Für den letzten Schritt wollen die meisten Länder, in denen Kernenergieprogramme betrieben werden oder wurden, den Weg der Endlagerung in tiefen geologischen Schichten gehen. Auch Deutschland hat sich für diesen Weg der Entsorgung hochradioaktiver Abfälle aus dem jetzt auslaufenden Kernenergieprogramm entschieden. Neben der Möglichkeit der direkten tiefengeologischen Endlagerung stellt sich dabei immer wieder die Frage, ob nicht auch ein kerntechnologischer Ansatz einer vorausgehenden Abfallbehandlung eine Option wäre. Ein solcher Ansatz ist die Partitionierung und Transmutation (P&T). Von Befürwortern dieses Ansatzes wird versprochen, dass mit P&T die Anforderungen an und die Risiken durch ein, dann immer noch notwendiges, Endlager deutlich reduziert werden könnten. Solcherart technologische Versprechen müssen frühzeitig und öffentlich nachvollziehbar überprüfbar werden. Dazu liefert dieses Gutachten einen Beitrag. Partitionierung ist die verfahrenstechnische Trennung des radioaktiven Abfalls in verschiedene Abfallströme. Diese erweiterte Wiederaufarbeitung geht über die bereits in einigen Ländern praktizierte Wiederaufarbeitung hinaus, da in den meisten P&T-Konzepten zusätzliche Stoffströme wie die Minoren Aktiniden, extrahiert werden müssten und gleichzeitig hohe Effizienzen bei der Abtrennung notwendig wären. Als Minore Aktiniden werden radiologisch besonders problematische Transurane bezeichnet, die in kleineren Mengen als Plutonium in den abgebrannten Brennstoffen beim Reaktorbetrieb erzeugt werden und u. a. die Reaktorphysik beeinflussen. Dies sind insbesondere Neptunium, Americium und Curium. Bei der Transmutation werden Radionuklide durch kernphysikalische Umwandlungen, insbesondere durch Kernspaltung, in andere Nuklide überführt. P&T sieht vor, dass die entstehenden Nuklide entweder nutzbar wären (z.B. weiterhin als Kernbrennstoff) oder zumindest geringere Anforderungen an eine sichere Endlagerung als die Ausgangsnuklide stellen würden. Dies könnte, zumindest theoretisch, durch Überführung der Ausgangsnuklide in Nuklide mit geringeren Halbwertszeiten, geringerer Radiotoxizität oder sogar in stabile Nuklide erreicht werden. Dieses Gutachten wurde vom Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE) beauftragt, um den Stand von Wissenschaft und Technik dieser hypothetischen Sicherheitstechnische Analyse und Risikobewertung von Konzepten zu P&T Entsorgungsoption zu erheben. Es liefert einen Überblick über die verschiedenen diskutierten P&T-Verfahrenstechnologien und -konzepte und den diesbezüglichen Stand der internationalen Forschung und Entwicklung. Der technologische Reifegrad der für P&T notwendigen Technologien wird eingeschätzt. Dabei werden Fragen hinsichtlich der grundsätzlichen Realisierbarkeit von P&T beantwortet. Es wird untersucht, mit welchen Risiken ein hypothetischer Betrieb entsprechender Anlagen verbunden und mit welchen möglichen Auswirkungen auf die nukleare Entsorgung zu rechnen wäre. Dabei wird auch auf Entwicklungszeiträume, historische Erfahrungen, sicherheitstechnische Anforderungen, Proliferationsrisiken, Zeit- und Kostenfaktoren eingegangen. Die Entwicklung hypothetischer P&T-Szenarien soll helfen, die Auswirkungen auf in Deutschland vorliegende radioaktive Abfälle, notwendige Anlagen, und Betriebszeiträume bis zur Stilllegung einschätzen zu können. Generell gilt, dass Partitionierungs- und Transmutationsverfahren mit den bisher in Deutschland betriebenen kerntechnischen Anlagen nicht umgesetzt werden könnten. Die für P&T notwendigen kerntechnischen Anlagen stehen aber auch international nicht im großtechnischen Maßstab zur Verfügung. Es geht also nicht um heute bereits einsatzfähige Technologien. Aller Voraussicht nach wären noch viele Jahrzehnte an Forschungs- und Entwicklungsarbeit vor der Realisierung eines P&T-Programms notwendig. Die Durchführung eines P&T-Programms würde den Betrieb einer Vielzahl verschiedener und neuartiger kerntechnischer Anlagen in Deutschland erforderlich machen. Risiken, möglicherweise auch neuartige Risiken, durch den langfristigen Einsatz dieser Technologien müssten frühzeitig bedacht werden und Fragen nach ihrer gesellschaftlichen Akzeptanz geklärt werden.