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Radioaktive Abfallformen

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Querschnitt eines Kernbrennstoffpellet mit Zircaloyhüllrohr. (links) Messung von Sekundärphasen auf der Oberfläche von abgebrannten Kernbrennstoff mittels Ramanspektroskopie.(Rechts)
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Zircaloyhüllrohrprobe welches für Experimente zur Radionuklidinventarbestimmung verwendet wurde.
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Edelstahlfeder aus dem Plenum eines Brennstabes.
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Die abgeschirmte Boxenlinie des INE und ihre Mitarbeiter.

Die Endlagerung hoch radioaktiver Abfallstoffe, zu denen abgebrannter Kernbrennstoff und verglaste hoch radioaktive Flüssigabfälle gehören, in einer tiefen geologischen Formation ist eine Option, welche in vielen Ländern, darunter auch Deutschland, in Betracht gezogen wird.

Die Langzeitsicherheit eines solchen Endlagers wird durch ein sogenanntes Multibarrierenprinzip erreicht, welches aus technischen (Abfallform, Lagerbehälter) und geo-technischen Barrieren (Versatzmaterialien) sowie dem Wirtsgestein selbst besteht.

Diese Barrieren verzögern ein Vordringen von Grundwässern zu den radioaktiven Abfällen. Jedoch muss in Sicherheitsanalysen letztendlich der Kontakt von wässrigen Lösungen mit den eingebrachten Abfällen in Betracht gezogen werden.

Im Fall eines Kontakts von Grundwasser mit den hoch radioaktiven Abfallstoffen können Radionuklide aus der Abfallmatrix herausgelöst werden. Das weitere Schicksal dieser Radionuklide hängt von verschiedenen miteinander verknüpften Prozessen ab, welche durch Faktoren wie Strahlungsfeld, Grundwasserzusammensetzung und geochemisches Milieu (pH, Eh und T) gesteuert werden.

Um letztendlich einen Quellterm für die Radionuklidfreisetzung ableiten zu können, lassen sich diese Prozesse in zwei Abschnitte unterteilen: (1) eine schnelle Freisetzung durch Versagen der Abfallgebinde bzw. der Hüllrohre und (2) ein langsames Auflösen der Abfallmatrix.

Hierzu werden Auslaugexperimente mit abgebrannten Kernbrennstoffen unter geochemisch relevanten Bedingungen durchgeführt. Hieraus kann der Einfluss des pH-Wertes, der Zusammensetzung des Grundwassers und der Redoxbedingungen auf das Auflöseverhalten der untersuchten Proben sowie den Anteil an schnell freigesetzten Radionukliden abgeleitet werden.

Parallel dazu werden Radionuklide wie 14C und 36Cl, welche für Sicherheitsanalysen aufgrund ihrer Mobilität und langen Halbwertszeiten von besonderem Interesse sind, in hoch radioaktiven Abfallstoffen mittels verschiedener Analysetechniken untersucht.

Feste Proben werden mittels synchrotonbasierter Röntgenabsorptions- und Fluoreszenzspektroskopie, Röntgenphotoelektronenspektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie untersucht. Für flüssige Proben werden Alpha- und Gamma-spektroskopie, Flüssigszintillationsmessungen und hochauflösende Massenspektrometrie (MS) mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) sowie ein Quadrupol-Gasmassenspektrometer mit Batcheinlass für die Analyse von gasförmigen Proben genutzt.

 

 

Ansprechpartner:

Ernesto González-Robles Corrales     

    +49 721 608 24128