Deutsch (3.6 MB) - Nagra

wussten Sie, …
erstaunliches
zu radioaktivität
und entsorgung

wussten Sie, …
2 Impressum
Inhalt 3
Wussten Sie, …
Zu diesem Heft
Radioaktivität ist ein Teil der Natur und deshalb allgegenwärtig. Dieses Themenheft zeigt
verschiedene Aspekte der Radioaktivität in unserem Alltag und in Bezug auf die Entsorgung
radioaktiver Abfälle.
…, dass Männer rund 1,5 mal stärker
«strahlen» als Frauen?
…, dass die Maus im Keller gefährlicher
lebt als auf dem Dachboden?
4 – 5
6 – 7
www
Zum Weiterlesen
Bei verschiedenen Themen in diesem Heft wird auf
andere Veröffentlichungen hingewiesen. Nagra-
Broschüren können kostenlos bestellt oder direkt
von www.nagra.ch heruntergeladen werden.
…, dass Radioaktivität Pfeffer und
andere Gewürze haltbar macht?
8 – 9
www
Links
Weitere Informationen und eine Zusammenstellung
interessanter Links zu den aufgeführten Themen
finden Sie auf unserer Website www.nagra.ch.
..., dass man radioaktive Stoffe in der
Medizin nutzt?
10 – 11
…, dass auch Erdwärme «Kernenergie»
ist?
12 – 13
…, dass in vielen Gesteinen und
Rohstoffen radioaktive Stoffe
enthalten sind?
14 – 15
…, dass zwei Meter Gestein Strahlung
zuverlässig abschirmen?
16 – 17
Wussten Sie, … Erstaunliches zu Radioaktivität und Entsorgung
Die Nagra veröffentlicht in loser Abfolge
Themenhefte zur nuklearen Entsorgung
Mai 2013
…, was wäre, wenn bereits Napoleon ein
Tiefenlager gebaut hätte?
18 – 19

wussten Sie, …
4 5
…, dass Männer rund 1,5 mal stär ker «strahlen» als Frauen?
Die ganze Welt ist leicht radioaktiv – Luft, Gestein,
Wasser, Pflanzen, Tiere und auch wir Menschen.
Natürliche Strahlung gibt es auf unserer Erde
schon immer. Sie kommt aus dem Weltraum und
aus dem Boden und Gestein (Bild 1). In den Bergen
ist die natürliche Strahlung in der Regel höher als
im Flachland und bei Granitgesteinen höher als
bei Kalkgesteinen (Bild 2). Auch Nahrung und
Atemluft enthalten geringe Mengen natürlicher
radio aktiver Isotope.
Durch die Nahrung aufgenommene radioaktive
Isotope (z. B. Kalium, Bild 3) verbleiben zum Teil im
Körper. Daher weist ein 20 bis 30 Jahre alter
Mensch mit 70 Kilogramm Körper gewicht eine
innere Radioaktivität von rund 9000 Becquerel
auf. Ein Becquerel bezeichnet einen Zerfall pro
Sekunde. In einem menschlichen Körper zerfallen
also 9000 Atomkerne pro Se kunde und senden
dabei ionisierende Strahlung aus. Pro Tag ergibt
dies fast 800 Millionen Zerfälle.
1
Die natürliche Strahlung
stammt vor allem aus
dem Zerfall von radioaktiven
Isotopen im Gestein
(terrestrische Strahlung).
Ein weiterer Teil gelangt
kontinuierlich aus dem
Weltall auf die Erde
(kosmische Strahlung).
Radioaktive Isotope im Körper
Kalium ist ein lebenswichtiges Element für den
Stoffwechsel. Das radioaktive Isotop Kalium-40
kommt im natürlichen Kalium mit einem Anteil
von 0,012 Prozent vor und zerfällt mit einer Halbwertszeit
(Bild 4) von 1,3 Milliarden Jahren. Kalium
wird vor allem in der Muskulatur des gesamten
Körpers eingebaut (Bild 5). Bei Männern ist der
Anteil Muskelgewebe am Gesamtkörper grös ser
als bei Frauen. Deshalb haben Männer einen höheren
Kalium gehalt. Kalium trägt mit rund 4500
Becquerel bei 20 bis 30 Jahre alten Männern und
3000 Becquerel bei gleichaltrigen Frauen wesentlich
zur inneren Strahlenexposition bei. Ebenso
unterscheiden sich Sportler von Sportmuffeln.
Erstere besitzen mehr Muskelmasse und sind
deshalb radio aktiver als ihre trägen Zeitgenossen.
Unser Körper kann offen sichtlich mit einer gewissen
Menge Radio aktivität und den damit
verursachten Schäden gut umgehen. Die Zellen
ver fügen über Reparaturmechanismen, die solche
Strahlenschäden reparieren können.
0
Zerfallsgesetz
Radioaktive Atome
1/2
1/4
1/8
1/16
0 1 2 3 4
Halbwertszeiten
M. Tresch, Harenwilen
5
Kalium im Körper wird vor allem in Muskeln eingebaut.
Nagra, U. Frick
2
Im Gebirge aus Granitgestein (im Bild Landschaft am
Grimselpass) ist die Strahlung aus Boden und Gestein
höher als im sedimentbedeckten Flachland.
3
Diese Lebensmittel enthalten relativ viel Kalium.
Davon ist der Anteil von 0,012 Prozent radioaktiv.
Dreamstime
4
Innerhalb einer Halbwertszeit zerfallen die Hälfte der
Kerne eines radioaktiven Isotops. Die Halbwertszeit ist
von Isotop zu Isotop verschieden. Sie kann Bruchteile
von Sekunden bis Milliarden von Jahren betragen.

wussten Sie, …
6 7
…, dass die Maus im Keller gefährl icher lebt als auf dem Dachboden?
Radon ist ein radioaktives Gas, das durch den
Zerfall von Uran und Thorium im Untergrund
entsteht. In Gebäuden kommt Radon gegenüber
der Aussenluft oft in erhöhter Konzentration vor
und trägt wesentlich zur Strahlenbelastung bei.
Radon entsteht beim Zerfall von natürlichem Uran
und Thorium im Boden und Gestein. Radon-222 ist
Teil der Zerfallsreihe von Uran-238 und besitzt
eine Halbwertszeit (vgl. Seite 5) von 3,82 Tagen.
Das radioaktive Gas gelangt zunächst in Kellerräume
und von dort in höher gelegene R äum e
(Bild 1), wo es immer mehr verdünnt wird. Dabei
ist entscheidend, wie gasdurchlässig Boden und
Gestein sind und wie gut das Haus abgedichtet ist.
Die natürliche radioaktive Belastung durch Radon
nimmt in einem Gebäude von unten nach oben ab.
Regelmässiges Lüften hilft, die Radon kon zentration
in den Räumen tief zu halten. Das Eindringen
von Radon in Gebäude kann durch bauliche Mass-
nahmen, insbesondere Abdichtungen oder Bodenentlüftung,
stark reduziert werden.
Hauptstrahlungsquelle Radon
Mehr als 50 Prozent der mittleren jährlichen
Strahlendosis einer Person in der Schweiz gehen
auf Radon zurück (Bild 2). Allerdings ist die natürliche
Belastung in der Schweiz sehr unterschiedlich
und hängt von Boden und Gestein ab (Bild 3).
Im Wohnbereich stellt Radon in erhöhten Konzentrationen
den gefährlichsten Krebserreger dar. Es
sind vor allem die sehr kurzlebigen Zerfallsprodukte
des Radons, die sich an Staub partikel in
der Raumluft anlagern, in der Lunge angereichert
werden und dort grösstenteils zerfallen, bevor sie
überhaupt in andere Körperteile gelangen können.
Nach dem Rauchen ist das natürliche Radon in der
Schweiz die zweithäufig ste Ursache für Lungenkrebs.
natürlich
künstlich
1 Körperinnere Bestrahlung
a) durch Nahrung verursacht 0.35 mSv
b) durch Atemluft in Wohnräumen
verursacht (Radon und Zerfallsprodukte) 3.2 mSv
2 Strahlung aus Boden und Gestein 0.35 mSv
3 Kosmische Strahlung 0.4 mSv
4 Medizinische Anwendungen 1.2 mSv
5 Übrige: industrielle Anwendungen < 0.1 mSv
inklusive Atombombentests, Tschernobyl,
Kernanlagen, Forschung
Total
3
2
4
5 1a
5.5 mSv
Die Dosen aus medizinischen Anwendungen und bei
Radon weisen eine grosse Streubreite auf.
2
Mittlere jährliche Strahlendosis für eine Person in der
Schweiz gemäss Bundesamt für Gesundheit (2010).
1b
www
Zum Weiterlesen
Bundesamt für Gesundheit: Strahlung, Radioaktivität
und Schall (Stichwort Radon)
www.ch-radon.ch
W4
Radon aus
Baumaterial
Ventilation
1
Wege für Radongas in einem Haus. Die Hauptquelle
sind in der Regel Boden und Gestein unter dem Haus.
Entlang Rissen, Fugen und Poren im Mauerwerk sowie
entlang von Leitungsrohren gelangt das radioaktive
Gas als erstes in Kellerräume und von dort in höher
gelegene Räume.
3
Radon kommt
verstärkt in Gebieten
mit hohem Uran- und
Thorium gehalt im
Boden und Gestein
vor. «Radongebiete»
finden sich vor allem
in den Alpen und im
Jura.
Risse
Fugen
Wasserzuleitung
Kanalisation
Radon aus
dem Boden

wussten Sie, …
8 9
…, dass Radioaktivität Pfeffer und andere Gewürze haltbar macht?
Radioaktivität kommt ausserhalb der Energiegewinnung
in Kernkraftwerken in verschiedenen
Bereichen unseres Alltages zum Einsatz.
Radioaktive Stoffe werden in der Industrie und
Technik, in der Medizin sowie in der Forschung genutzt.
In verschiedenen Ländern werden sie auch
bei der Bekämpfung von Krankheitserregern und
Schädlingen eingesetzt.
Behandlung von Lebensmitteln
Durch Behandlung mit ionisierenden Strahlen
(vgl. Bild 1) können Lebensmittel länger halt -
bar gemacht und Krankheitserreger abgetötet
werden. Die bestrahlten Lebensmittel müssen
entsprechend gekennzeichnet werden. Die behandelten
Stoffe werden durch die Bestrahlung nicht
radioaktiv.
In der Schweiz erteilte das Bundesamt für Gesundheit
2007 eine Bewilligung zur Bestrahlung von
getrockneten Kräutern und Gewürzen (Bild 2).
Andere Länder wenden diese Methode bei Lebensmitteln
in grösserem Umfang an (z. B. Frankreich,
Belgien, Holland, England).
2
Getrocknete Kräuter und
Gewürze können mit
ionisierenden Strahlen
behandelt werden, damit
sie besser haltbar sind.
©Pitopia, Katharina 2009
Weitere technische Anwendungen
Eine wichtige und verbreitete Anwendung ist die
Sterilisierung von medizinischem Material (vgl.
Bild 3).
Schreiber GmbH, Fridingen
3
Diese Skalpellklinge wurde mit Strahlung sterilisiert
(vgl. Hinweis «sterilized by γ-radiation» auf der
Packung).
In Industrie und Technik werden Strahlenquellen
zur zerstörungs- und berührungsfreien Materialprüfung
eingesetzt. Beispiele sind die Prüfung von
Schweissnähten, Qualitätskontrollen im Flugzeugund
Schiffsbau, aber auch Dickemessungen von
Stahlplatten und Blechen.
Verschiedene radiometrische Messtechniken werden
eingesetzt, wenn wegen spezifischer Bedingungen
(z. B. aggressive chemische Substanzen,
hohe Drucke oder Temperaturen) ein direkter Zugang
zum Messgut schwierig oder nicht möglich
ist. Die Messung erfolgt dann durch Tankwände
oder Rohrleitungen hindurch. Solche Anwendungen
(vgl. Bild 4) spielen zum Beispiel in der
chemischen Industrie, bei der Papierherstellung
oder Zementproduktion eine Rolle.
Bis vor wenigen Jahren spielten radioaktive Stoffe
in Leuchtfarben von Uhrzifferblättern eine wichtige
Rolle. Heute kommen solche Leuchtfarben nur
noch für Spezialzwecke zum Einsatz (z. B. Bild 5).
Füllstandsmessung
Strahlenquelle aus Abschirmbehälter
herausgehoben
Lebensmittel oder anderes
Material wird bestrahlt
1
Anlage zur Bestrahlung von Lebensmitteln oder zur
Sterilisierung von medizinischem Verbrauchsmaterial.
W4
γ-Quelle
Endress+Hauser GmbH
Detektor
4
Bei der Füllstandsmessung
wird die Stärke der
Absorption von Gammastrahlen
zwischen einer
γ-Quelle und einem
Detektor gemessen.
Daraus lässt sich die
Spiegelhöhe des Messgutes
bestimmen. Nach
dem selben Prinzip
funktionieren zum
Beispiel auch Dichtemessungen
oder Überfüllsicherungen.
5
Tritiumlichtquellen verlieren erst in
12,3 Jahren (Halbwertszeit von Tritium)
die Hälfte ihrer Leuchtkraft.

wussten Sie, …
10 11
…, dass man radioaktive Stoffe in der Medizin nutzt?
Vor der Strahlung radioaktiver Stoffe muss man
sich schützen, da sie unsere Organe schädigen
und die Körperfunktionen beeinträchtigen kann.
In der Medizin gibt es Anwendungen von radioaktiven
Stoffen (ionisierender Strahlung), die
posi tive Auswirkungen haben und die häufig zum
Einsatz kommen.
Ionisierende Strahlung kann zum Schutz der
Gesund heit beitragen, heilen und Leben retten. In
der Medizin werden radioaktive Stoffe in Untersuchungen
(Diagnose) und bei Behandlungen
(Therapie) eingesetzt. Bei der Abtötung von Krebszellen
(Tumoren) oder bei der Sterilisierung von
medizinischem Material werden starke Quellen
verwendet.
Einsatz radioaktiver Stoffe bei Untersuchungen
Praktisch alle Organe können mit radioaktiven
Markierstoffen untersucht werden. Dazu ver abreicht
man radioaktive Stoffe mit kurzer Halbwerts
zeit, die Gammastrahlung aus senden, welche
den Körper durchdringt und von aussen gemessen
werden kann. Es werden bis einige Hundert Millionen
Becquerel Aktivität pro Untersuchung eingesetzt
(vgl. mit Werten in Tabelle Seite 14). Mit
Gammakameras wird die austretende Strahlung
als Szintigramme aufgezeichnet.
Eine sehr häufige Anwendung ist die Unter suchung
der Schilddrüse. Radioaktives Iod wird dem Patienten
verabreicht. Es sammelt sich in der Schilddrüse
an. Die Strahlung bildet das Organ ab. Eine
weitere häufig eingesetzte Methode ist die Positronen-Emissions-Tomografie
(PET). Man wendet
sie vor allem in der Krebsdiagnose an. Dem Patient
wird eine radioaktiv markierte Substanz
(z. B. Traubenzucker) verabreicht, die sich über
den ganzen Körper verteilt. Lage und Struktur der
Orga ne werden mit dem PET-Scanner aufgenommen
und in Schnittbildern abgebildet.
Mit Radioaktivität Krebs behandeln
In der Behandlung wendet man starke externe
Strahlenquellen an, welche die Krebszellen in
Tumoren gezielt abtöten. Oder man setzt Strahlenquellen
direkt in den Körper ein; dabei
kommen vor allem Betastrahler zum Einsatz, die
nur das unmittelbar benachbarte Gewebe bestrahlen.
Als Beispiel ist hier die sogenannte Radioembolisation
von Lebertumoren dargestellt (vgl. Bild 1).
Radioaktive Kunstharzkügelchen mit Yttrium-90
von einer Grösse von rund 0,03 Millimeter werden
in die Blutbahn der Leber gespritzt und bleiben
dort hängen. Über mehrere Tage wird dadurch
Krebsgewebe abgetötet.
W4
Früher versprach man sich von der Anwendung
von Radioaktivität (im Bild Werbung für radio akti ve
Unterwäsche!) zum Teil Hilfe und Schutz gegen
unterschiedlichste Leiden. Dabei wurden in Kuren
sogar grosse Mengen Radioaktivität eingenommen
oder eingeatmet. Heute kennt man die Gefahren
der Anwendung radioaktiver Stoffe und
wendet diese nur unter grossen Sicherheitsvorkehrungen
an, und nur wenn die Vorteile mögliche
Nachteile deutlich überwiegen.
www.paratonnerres-radioactifs.fr
Ionisierende Strahlung
Beim «radioaktiven Zerfall» entstehen Gammastrahlung,
Betastrahlung und Alphastrahlung.
Während Gammastrahlung den Körper durchdringt,
wird Beta- und Alphastrahlung vom unmittelbar
benachbarten Gewebe absorbiert.
Weiter gehört auch die Röntgenstrahlung und die
Neutronenstrahlung zur ionisierenden Strahlung.
Die bei Untersuchungen häufig eingesetzte Röntgenstrahlung
wird mit ein- und ausschaltbaren
Röntgenröhren erzeugt, dabei werden keine radioaktiven
Stoffe benötigt.
1
Behandlung von Lebertumoren: Vor der eigentlichen
Behandlung wird mit einem radioaktiven Kontrastmittel
die Leber untersucht (Bild oben). Später werden
radioaktive Kunstharzkügelchen (Bild unten) in die
Leber gespritzt. Die Kügelchen enthalten radioaktives
Yttrium-90 (Halbwertszeit 64 Stunden). Das Yttrium
sendet Betastrahlung aus, die das benachbarte Gewebe
(Eindringtiefe wenige Millimeter) während einiger Tage
bestrahlt und abtötet.
imago/Sabine Gudath

wussten Sie, …
12 13
…, dass auch Erdwärme «Kernen ergie» ist?
Unter der Erdoberfläche steckt viel Wärme.
Diese wird zunehmend zur Energieversorgung
genutzt.
Radioaktive Zerfallsprozesse in der Erdkruste
sor gen für rund zwei Drittel der Erdwärme. In
Mine ralen eingebaute radioaktive Isotope von
Uran, Thorium oder Kalium sind vor allem dafür
verantwortlich. Die angenehmen Lebensbedingungen
an der Erdoberfläche sind damit auch eine
Folge der Radioaktivität.
Das letzte Drittel der Erdwärme stammt aus der
Zeit der Erd entstehung. Als sich Materie im All zur
Erde zusammenballte, wurde potenzielle Energie
in Wärme umgewandelt. Weil Gesteine Wärme
schlecht leiten, ist ein Rest dieser Wärmeenergie
immer noch im Erdkern vorhanden und wird nur
sehr langsam zur Erdoberfläche hin abgegeben.
Im Durchschnitt nimmt die Temperatur in der Erdkruste
gegen die Tiefe mit rund 30 Grad Celsius
pro Kilometer zu. 99 Prozent der Erdkugel sind
heisser als 1000 Grad Celsius. Der Temperatur-
unterschied zwischen Sommer und Winter wirkt
sich nur 10 bis 20 Meter in die Tiefe aus. Darunter
bleibt die Temperatur des Untergrunds im Jahresverlauf
weitgehend stabil.
Nutzung gestern und heute
Der Gebrauch von heissem Quellwasser gilt als
älteste Form der Erdwärmenutzung. Thermal bäder
profitieren von solchem Wasser, das natürlich an
der Oberfläche austritt oder aus Bohrungen gefördert
wird.
In der Schweiz ist die Nutzung von Erdwärme zur
Heizung von Wohn- und Bürogebäuden mit Erdwärmesonden
(Bild 1) über Wärmepumpen weit
verbreitet und wird weiterhin ausgebaut.
www
Zum Weiterlesen
Schweizerische Vereinigung für Geothermie
www.geothermie.ch
www.tropenhaus-frutigen.ch
W4
Schweizer Kaviar und Tropenfrüchte
Erdwärme wird auch in Form von Bergwässern
genutzt. Warme Abwässer aus Tunnels dürfen aus
Umweltschutzgründen nicht direkt in Flüsse eingeleitet
werden. Sie können aber zum Heizen von
nahe gelegenen Siedlungen oder Treibhäusern
genutzt werden. Dies geschieht beispielsweise in
Frutigen (BE), wo auf diese Weise tro pische Früchte
und Störe (Bild 2) gezüchtet werden.
Nutzung der Geothermie in Island
In Island werden rund 90 Prozent aller Haushalte
durch Erdwärme geheizt und mit Warmwasser
versorgt. Fünf grosse geothermische Kraftwerke
(Bild 3) produzieren rund 20 Prozent der elektrischen
Energie für die Insel. Es ist zudem so viel
warmes Wasser vorhanden, dass damit im Winter
sogar Strassen geheizt werden können.
Nagra
1
In der Schweiz sind derzeit schon über 160 000 Wärmepumpen
installiert. Die Bohrungen für die
Erdwärmesonden reichen meist 50 bis 300 Meter in die
Tiefe. Bei der Nutzung der Geothermie in Form von
Niedertemperaturwärme nimmt die Schweiz international
einen Spitzenplatz ein.
Nagra
2
Das Tropenhaus Frutigen wird mit Berg wasser aus
dem Lötschbergtunnel beheizt. Dadurch können in
einem Gewächshaus tropische Früchte angebaut und
eine Fischzucht betrieben werden.
Prisma
3
Geothermisches Kraftwerk Nesjavellir im Südwesten
von Island.

wussten Sie, …
14 15
…, dass in vielen Gesteinen und Rohstoffen radioaktive
Stoffe enthalten sind?
Radioaktivität ist etwas Natürliches und es gibt
sie eigentlich überall – in der Luft, im Wasser, im
Boden und Gestein. Die Konzentration an radioaktiven
Stoffen ist in diesen Medien aber sehr
unter schiedlich.
Während in der Biosphäre in Luft und Wasser nur
wenige Becquerel Aktivität pro Liter oder Kilogramm
vorhanden sind, findet man in Böden und
im Gestein bis um tausendfach höhere Werte
(Bilder 1 und 2). Die höhere Strahlung in den
Gesteinen wird vor allem durch natürliches Uran
und Thorium (mit ihren radioaktiven Zerfallsprodukten)
sowie Kalium verursacht.
Die unterschiedliche Konzentration von radioaktiven
Stoffen im Untergrund zeigt sich auch im Profil
der Tiefbohrung Weiach (vgl. Bild 4). Die oben liegenden
Sand- und Siltsteine der Tertiär-Schichten
sind viel radioaktiver als die tiefer folgenden Kalksteine
(Meeresablagerungen). Im Meer gebildete
Kalksteine enthalten kaum radioaktive Stoffe, da
sie meist wenig vom Land her eingeschwemmte
Gesteinsteilchen enthalten. Die noch tiefer folgen-
Granit
1220 Bq/kg
Kalkstein
120 Bq/kg
Ton
1100 Bq/kg
Bergsee
1 Bq/l
1
Radioaktivität in unserer Umwelt (gemittelt). Luft und
Wasser enthalten im Vergleich zu Böden und Gestein
nur wenig Aktivität.
Aktivität natürlicher radioaktiver Stoffe in
1 kg Braunkohle 40 Bq
1 kg Kalkstein/Marmor 120 Bq
1 kg Steinkohle 280 Bq
1 kg Basalt 325 Bq
1 kg Sandstein/Quarzit 545 Bq
1 kg Flugasche (nicht spezifiziert) 900 Bq
1 kg Ton/Lehm 1 100 Bq
1 kg Granit 1 220 Bq
1 kg Phosphat-Kali-Dünger (Deutschland) 6 300 Bq
1 kg Uranerz (0,3 %) 1) 500 000 Bq
1 kg Uranerz (15 %) 25 000 000 Bq
Bq = Becquerel (1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde)
1) Angabe aus www.nucleonica.net; alle anderen Angaben (gerundet) aus: BMU
Bonn «Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung, Jahresbericht 2009»
2
Beispiele typischer Radioaktivitätsgehalte (Mittelwerte).
den Tonsteine und tonig-kalkigen Gesteine (v. a.
Opalinuston, 'Brauner Dogger' und Lias) sind
gegen oben und unten von schwächer aktiven
Kalksteinen eingeschlossen. Die höchste Aktivität
zeigen die in rund 2400 Meter Tiefe liegenden
Gneise (granitähnliche Gesteine).
Rhein (Basel)

wussten Sie, …
16 17
…, dass zwei Meter Gestein Strah lung zuverlässig abschirmen?
Zwei Meter Gestein schirmen die Strahlung aus
einem geologischen Tiefenlager zuverlässig ab.
Der Einschluss der radioaktiven Stoffe ist durch
ein Barrierensystem gewährleistet.
In einem geologischen Tiefenlager für radioaktive
Abfälle schirmen Behälter, Stollenverfüllung und
angrenzendes Gestein die Strahlung aus dem Abfall
vollständig ab. Schon zwei Meter tief in der
Stollenwand ist die natürliche Strahlung aus dem
Gestein höher als die Strahlung aus den hochaktiven
Abfällen. Die natürliche Strahlung stammt vor
allem aus dem Zerfall von natürlich vorhandenem
Uran und Thorium im Gestein.
Einschluss funktioniert in der Natur
Der langfristige Einschluss von radioaktiven Stoffen
funktioniert auch in der Natur, wie beispielsweise
ein Uranerzvorkommen in Kanada zeigt. Beim 1,3
Milliarden Jahre alten Erzvorkommen von Cigar
Lake ist das Uranerz von einer 10 bis 50 Meter
dicken Tonschicht wirksam eingeschlossen. Deshalb
gilt es als Naturanalogon – das heisst als
natürliches Beispiel – für den Einschluss von
radio aktiven Stoffen in einem geologischen Tiefenlager.
Gestein schirmt ab,
Barrieren schliessen ein
Ein gestaffeltes Barrierensystem (Bild 2) soll den
dauerhaften Einschluss gewährleisten. Die hochaktiven
Abfälle sowie der einschliessende Metallbehälter
sind beide nicht wasser löslich. Das
quellfähige Verfüllmaterial und das Wirt gestein
dichten zudem gegen eindringendes Wasser ab.
Keine flüssigen Abfälle
Schwach- und mittelaktive Rohabfälle werden in
eine chemisch und physikalisch langfristig stabile
Form gebracht. Flüssige Abfälle werden verfestigt
und genauso wie radioaktive Feststoffe in ein
schwer lösliches Bindemittel eingebunden (Bild 3).
Für die Einlagerung werden jeweils mehrere
Fässer mit schwach- und mittelaktiven Abfällen in
einen Betoncontainer (Bild 4) einzementiert.
Rückstände als radioaktive Abfälle entsorgt werden.
Dazu werden sie in der Regel mit Glasschmelze
vermischt, erkalten gelassen und in
Stahlfässer einzementiert.
Anspruchsvoller als die Abschirmung der Strahlung
(vgl. Bild 1) ist der Einschluss der radioaktiven
Substanzen in einem Tiefenlager, damit diese
auch nach langen Zeiten nicht in die Biosphäre und
die Nahrungskette gelangen.
Brennbare schwachaktive Abfälle können in einem
Plasmaofen mineralisiert werden. Dabei werden
organische Stoffe vernichtet und gleichzeitig das
Abfallvolumen deutlich verringert. Die Radioaktivität
bleibt aber bestehen. Deshalb müssen die
Nagra
Comet Photoshopping
1
Hochaktive Abfälle werden in dickwandigen Behältern
zwischengelagert, welche die Strahlung effizient
abschirmen, so dass man sich neben den Behältern im
Zwischenlager aufhalten kann.
2
Gestaffelte Sicherheitsbarrieren in einem Lager für
hochaktive Abfälle. Ein Metallbehälter mit verbrauchten
Brennelementen oder Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung
ruht auf einem Sockel aus
Bentonitelementen. Der Stollenraum wird mit
Bentonitgranulat verfüllt. Das Wirtgestein bildet
abschliessend die geologische Barriere.
Hochaktive Abfälle
Verfüllmaterial
Wirtgestein
Metallbehälter
Schwach- und mittelaktive Abfälle
Nagra
3
Abfallfässer mit schwach- und mittelaktiven Abfällen.
Metall teile (links) werden in einem 100-Liter-Fass in
Mörtel eingegossen und dann zusätzlich in einem
200-Liter-Fass einbetoniert. Andere Abfälle werden
nach der Verarbeitung im Zwilag in Würenlingen als
erstarrte Schlacke (rechts) einzementiert und
zwischengelagert.
4
Teilweise verfüllter Betoncontainer mit Fässern für schwachund
mittelaktive Abfälle. Solche Container werden in Lagerkavernen
gestapelt. Am Ende werden die Hohlräume zwischen
den Containern mit einem Spezialmörtel verfüllt.

wussten Sie, …
18 19
…, was wäre, wenn bereits Napol eon ein Tiefenlager gebaut hätte?
Der grösste Teil der radioaktiven Abfälle zerfällt
rasch. Der Rest muss für sehr lange Zeit sicher
von der Biosphäre fern ge halten werden.
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische
Zerfallszeit, während der die Hälfte der vorhandenen
radioaktiven Isotope zerfallen (Halbwertszeit).
Natürliches Uran-238 hat zum Beispiel eine Halbwertszeit
von 4,5 Milliarden Jahren. Radioaktive
Messlatte Natur
In 30 000 Jahren sind die
schwach- und mittelaktiven
Abfälle so radioaktiv wie
Granit.
Abfälle enthalten ein Gemisch verschiedener radioaktiver
Isotope, deren Halbwertszeiten sehr unterschiedlich
sind.
Die meisten Stoffe verlieren ihre Strahlung
bereits vor der Tiefenlagerung
Bei der Spaltung von Uran-235 in einem Kernreaktor
entstehen radioaktive Spaltprodukte. Sie
beginnen sofort zu zerfallen. In den Ab kling becken
und Zwischenlagern müssen die ver brau chten
Brenn elemente wegen der hohen Strahlung isoliert
und ihre Strahlung muss abgeschirmt werden.
Diese Auf gabe erfüllen unsere Kernanlagen mit
höchster Zuverlässigkeit. Mit dem Abfall gelangt
wegen des raschen Zerfalls letztlich weniger als
ein Hundertstel der anfänglichen Radioaktivität in
ein Tiefen lager.
Wenn Napoleon ein Tiefenlager
gebaut hätte ...
In einem Tiefenlager zerfallen die Abfälle im Vergleich
zum Einlagerungszeitpunkt rasch weiter.
Hätte Napoleon vor rund zwei hundert Jahren
bereits ein Tiefenlager gebaut, so betrüge die
Strahlung der Abfälle heute nur noch wenige
Prozent im Vergleich zum Einlagerungszeitpunkt.
Im Jahr 2250 beträgt die Strahlung der Ab fälle
eines Lagers für hochaktive Abfälle nur noch 3,3
Prozent im Vergleich zum Referenzjahr 2050 (Bild
1). Diese Tatsache hat damit zu tun, dass in den
radioaktiven Abfällen die Anteile mit kurzer
Zerfallszeit und hoher Aktivität zu Beginn extrem
dominieren. Die Abfälle enthalten aber auch einen
kleinen Anteil an strahlenden Stoffen, die über
sehr lange Zeit mit geringer Aktivität strahlen.
Messlatte Natur
In 200 000 Jahren sind die
hochaktiven Abfälle so radioaktiv
wie die äquivalente Menge
Uranerz, die zur Herstellung
der Brennelemente abgebaut wurde.
W4
Abfälle in Tiefenlager
Abfälle in Zwischenlagern
Abfälle in Tiefenlager (Einlagerung ab 2050)
Aktivität (Bq)
3,0 . 10 19
2,5 . 10 19
2,0 . 10 19
1,5 . 10 19
1,0 . 10 19
0,5 . 10 19
Zerfall des schwach- und mittelaktiven Abfalls
SMA
Die Aktivität der SMA beträgt nur rund 1 Prozent
der Aktivität aller radioaktiven Abfälle.
0
2050 +100 Jahre +200 Jahre +300 Jahre +1000 J.
100% 24,2% 6,4% 0,4%
Restaktivität SMA
1
Rechts: Rund 99
Prozent der Aktivität
wird durch die
hochaktiven Abfälle
(Brennelemente)
verur sacht (Stichjahr
2050).
Links: Die schwachund
mittelaktiven
Abfälle dominieren
zwar volumenmässig,
ihre Aktivität
ist aber gering.
Aufsummierte Aktivität
sämtlicher Brennelemente
1 Monat
nach Entnahme aus
Reaktor.
Im Jahr 2050.
Bei Einlagerungsbeginn
noch vorhandene
Aktivität.
Aktivität (Bq)
3,0 . 10 19
2,5 . 10 19
2,0 . 10 19
1,5 . 10 19
1,0 . 10 19
0,5 . 10 19
0
Caesium-137
Barium-137M
Strontium-90
Yttrium-90
Diverse
Zerfall des hochaktiven Abfalls
HAA
Radionuklide mit kurzer Halbwertszeit verursachen
den Hauptanteil der Aktivität der HAA. Sie sind in den
ersten 100 bis 200 Jahren für die hohe Strahlung
verantwortlich. Diese nimmt aber rasch ab.
Die Anteile mit langer Halbwertszeit strahlen
mit geringer Aktivität, aber über lange Zeit.
2050 +100 Jahre +200 Jahre +300 Jahre +1000 J. +10 000 J. +100 000 J. +1 000 000 J.
100% 11,1% 3,3% 2,2% 1,0% 0,3% 0,03% 0,003%
Restaktivität HAA im Vergleich zum Einlagerungsbeginn
100% 0,15% 0,15% 0,017% 0,005% 0,003% 0,0015% 0,0005% 0,00005% 0,000005%
Restaktivität HAA im Vergleich zur aufsummierten Aktivität

wussten Sie, …
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Nationale Genossenschaft
für die Lagerung
radioaktiver Abfälle
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Schweiz
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Themenheft Nr. 6 / Mai 2013