Deutsch (3.6 MB) - Nagra

nagra

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, …

20

Nationale Genossenschaft

für die Lagerung

radioaktiver Abfälle

Hardstrasse 73

5430 Wettingen

Schweiz

Tel. 056 437 11 11

Fax 056 437 12 07

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Themenheft Nr. 6 / Mai 2013

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