Rückbau kerntechnischer Anlagen

Weltweit sind über 450 Kernreaktoren in Betrieb und bereits 156 stillgelegt. Hinzu kommen noch zahlreiche Anreicherungsanlagen, Wiederaufbereitungsanlagen, Forschungseinrichtungen usw. Es ist daher mit einem starken Anstieg der Projekte zu rechnen: Über 250 Reaktoren sind älter als 30 Jahre und ab 2040 ist damit zu rechnen, daß der überwiegende Teil stillgelegt werden soll. Deshalb beschloß die Waste Management & Decommissioning Working Group of World Nuclear Association einen Bericht zu veröffentlichen, der die internationalen Erfahrungen weltweit nutzbar macht.

Vorbemerkungen

Damit man die Probleme richtig einordnen kann, sind vorab einige Begriffe zu erklären. Es wird hier bei stillgelegten Kernkraftwerken nicht „von strahlenden Atomruinen“ im Framing-Sprech der Zwangsgebühren-Medien gesprochen, weil es sich mitnichten um Ruinen handelt, sondern um weiterhin gepflegte, be- und überwachte technischen Anlagen. Ferner wird im Zusammenhang mit der Beseitigung das schöne deutsche Wort Rückbau verwendet, welches den Vorgang trefflich beschreibt: Es wird hier nämlich nicht mit Dynamit oder der Abrissbirne gearbeitet, sondern vorsichtig rückwärts wieder abgebaut.

Im Zusammenhang mit radioaktiven Stoffen muß sorgfältig zwischen Aktivierung und Kontaminierung unterschieden werden. Aktiviert werden können nur Stoffe, wenn sie Neutronen einfangen. Das kann deshalb nur in der Nähe des Kerns (Reaktoreinbauten, Steuerstäbe, Reaktordruckgefäß etc.) geschehen. Kontaminierung hingegen, ist lediglich eine Verschmutzung mit bereits vorhandenen radioaktiven Stoffen. Man kann solche Bauteile reinigen und damit aus „Atommüll“ ganz gewöhnlichen Abfall machen.

Von entscheidender Bedeutung ist auch der Faktor Zeit. Der radioaktive Zerfall geht immer nur in eine Richtung und ist durch nichts zu beeinflussen. Irgendwann ist jeder radioaktive Stoff verschwunden. Das Maß für diesen Zeitraum ist die Halbwertszeit. Nach zehn Halbwertszeiten kann man das Radionuklid als nicht mehr vorhanden (weniger als 1 Promille der Ausgangsmenge) betrachten. Für den Arbeitsschutz ist wichtig, daß je schneller ein Nuklid zerfällt, desto heftiger strahlt es. Es kann sich deshalb lohnen, mit dem Rückbau eine angemessene Zeit zu warten. Eine in Ländern mit viel Platz (USA, Rußland) durchaus bevorzugte Praxis. Dort hat man – um Überwachungskosten zu sparen und eine Gefährdung der Umwelt einzuschränken – Anlagenteile einfach in Gräben eingemörtelt. Eine endgültige Beseitigung – wenn überhaupt – ist erst in Jahrhunderten geplant.

Ebenso wichtig sind die Begriffe Verdünnung und Konzentration. Im Prinzip läßt sich jeder radioaktive Stoff durch Verdünnung biologisch „unschädlich“ machen. Die Dosis ist entscheidend. Demgegenüber ist die Propaganda von „Atomkraftgegnern“ – schon ein einzelnes Atom Plutonium kann Krebs auslösen – schlichtweg Unsinn. Gleichwohl gilt auch der andere Grundsatz, keine radioaktiven Stoffe unnötig in die Umwelt zu entlassen um z. B. Anreicherungen über die Nahrungskette zu vermeiden. Wie verbissen dieser Konflikt in der Praxis ausgetragen wird, kann man derzeit in Fukushima beobachten: Dort befinden sich große Abwassermengen in Tankanlagen, die bereits Trinkwasserqualität erreicht haben. Trotzdem scheut man sich diese in das Meer einzuleiten.

Die verschiedenen Abfallsorten

In der Kerntechnik unterteilt man die radioaktiven Abfälle grob in drei Klassen: Schwach aktiver Abfall (Very low-level waste, VLLW und Low-level waste, LLW), mittelaktiver Abfall (Intermediate-level waste, ILW) und hochaktiver Abfall (High-level waste, HLW). Diese Unterteilung beruht maßgeblich auf dem Arbeitsschutz. Mit schwach aktivem Abfall kann man ohne besonderen Schutz (man sollte jedoch stets die Inkorporation vermeiden, d. h. Mundschutz, Handschuhe etc. tragen oder sichere Gebinde verwenden) umgehen. Mittelaktiver Abfall erfordert eine zusätzliche Abschirmung, z. B. Betonabschirmung um ein Faß mit ILW. Hochaktiver Abfall erzeugt soviel Zerfallswärme, daß eine Kühlung erforderlich ist, da sonst der Abfall sich selbst physikalisch/chemisch zersetzen kann.

Eher ein Kuriosum ist die Klasse VLLW (Abfall von sehr geringer Aktivität). Hier sind schon eher Juristen als Strahlenschützer und Ingenieure am Werk. Es gibt in der Natur praktisch nichts, was nicht radioaktiv ist. Selbst jeder Mensch strahlt (etwa 8000 Bq) und gar nicht zu reden von Dünger, Baustoffen, Bohrschlämme, Aschen etc. In diese Kategorie fällt daher alles, was zwischen „strahlt gar nicht“ bis „schwach radioaktiv“ liegt, also eher in Verdacht steht, „Atommüll“ sein zu können. Solche Gegenstände (z. B. alte Armbanduhren und Meßgeräte mit selbstleuchtenden Ziffern) werden deshalb meist auf Sondermülldeponien entsorgt.

Der Arbeitsschutz ist aber nur ein Gesichtspunk. Würde man nur die Strahlung berücksichtigen, so wäre beispielsweise Plutonium lediglich schwach aktiver Abfall. Zweiter wesentlicher Faktor ist die „Lebensdauer“: Sie ist der Maßstab für eine Deponierung. Die „Lebensdauer“ bestimmt die Zeitdauer, in der die Deponie überwacht werden muß und dieses Gelände nicht frei nutzbar ist. Die Klassifizierung ist leider heute noch nicht international genormt, sondern ist von Land zu Land verschieden. In Frankreich definiert man pragmatisch den „α-freien-Abfall“ (α-Strahler sind besonders langlebig), der auf einfachen Deponien mit geringer Erdüberdeckung (Abschirmung gegen Strahlung) endgelagert wird. Nach 100 Jahren sollen solche Deponien sogar für die Bebauung mit Wohnungen wieder verwendet werden können. In Rußland nimmt man die β-Strahlung als Indikator (z. B. LLW mit bis zu 104 Bq/g). In den USA wird der schwach aktive Abfall noch in drei Klassen unterteilt. Hier zählt nicht nur die Gesamtaktivität, sondern es sind für bestimmte Nuklide noch spezielle Grenzwerte angegeben, die jeder für sich nicht überschritten werden dürfen. Ziel ist eine oberflächennahe Deponie (Klasse A) oder bestimmte geologische Erfordernisse und eine Mindestüberdeckung von mehreren Metern (Klasse B und C). Sie sollen nach 100 bis 500 Jahren wieder frei verfügbar – weil auf das Niveau der Hintergrundstrahlung abgeklungen – sein.

Wie absurd demgegenüber die Lage in Deutschland geworden ist, kann man an der Diskussion um die Asse erkennen: In diesem ehemaligen Kalibergwerk wurde weniger Radioaktivität eingelagert, als vorher in der Form von Kalisalz entnommen wurde. Der „Atommüll“ lagert nicht oberflächennah, sondern hunderte Meter darunter. Auf welcher Deponie sollte er denn anschließend sicherer gelagert werden? Wer trägt das Risiko für die Bergleute, die diese sinnlose Arbeit ausführen sollen? Grüße aus Absurdistan bzw. geht es bei der „notwendigen Rückholung“ um ganz andere Dinge.

Planung und Betrieb

Heute beginnt die Planung der Entsorgung bei kerntechnischen Anlagen bereits mit dem Entwurf. In den Anfangstagen der Kerntechnik war dies durchaus noch nicht der Fall. Dies führt heute zu einem erheblichen Aufwand bei „Altlasten“, verbunden mit extremen Kosten.

Die Planung – und damit der Strahlenschutz – beginnt schon mit der Materialauswahl. Heute werden Legierungen, die Stoffe enthalten die leicht zu aktivieren sind, möglichst vermieden. Es wird auch größte Sorgfalt auf den Korrosionsschutz verwendet. „Rost“ bei aktivierten Bauteilen, wird über die gesamte Anlage verschleppt und kontaminiert andere Bereiche. Man hat auch sehr viel durch den jahrzehntelangen Betrieb hinzugelernt. Ergebnis in diesem Sinne, ist beispielsweise die komplexe Wasserchemie in Druckwasserreaktoren. Analyse von biologischen Schilden von abgebrochenen Reaktoren hat ergeben, daß die aktivierten Stoffe nicht aus dem Stahlbeton im eigentlichen Sinne stammen, sondern maßgeblich aus Verunreinigungen der Zuschlagsstoffe. Man achtet auch auf gut zu reinigende Oberflächen (keine konventionellen Isolierungen, Auskleidung von Becken mit Edelstahl usw.).

Schon während des Betriebes fällt radioaktiver Müll an: Filter, Arbeitsbekleidung, Werkzeuge, Ersatzteile etc. Diese müssen langfristig sicher verpackt und eventuell zwischengelagert werden. Auf eine sehr genaue Dokumentation ist dabei zu achten, da jede spätere Analyse oder gar ein Umpacken für die Endlagerung zu unnötigen Belastungen führt. Auch hier wurde in der Vergangenheit oft zu wenig getan.

Berücksichtigt man schon bei der Konstruktion den Rückbau, erleichtert dies die später notwendigen Arbeiten und spart enorme Kosten: Dies betrifft insbesondere die Zugänglichkeit und klare Materialgrenzen, denn selbstverständlich unterliegt ein Kernkraftwerk auch den normalen Abfallvorschriften (Hausmüll, Plastikmüll, Asbest etc.).

Beim Entwurf gilt Wiederverwendung vor Recycling vor Endlagerung. So ist es heute z. B. Standard, komplette Dampferzeuger nicht mehr als „Atommüll“ endzulagern, sondern sie zu Spezialfirmen (z. B. Cyclife in Schweden) zur Entsorgung zu transportieren. Dort werden diese mehrere hundert Tonnen schweren Objekte in Hallen möglichst automatisch zerlegt, sortenfrei getrennt und gereinigt. Alle nicht radioaktiven Teile „frei gemessen“ und über konventionelle Altmetallhändler dem Wertstoffkreislauf wieder zugeführt. Die radioaktiven Reste werden vor Ort eingeschmolzen und die radioaktiven Barren an den Auftraggeber zur Endlagerung wieder zurückgegeben. Aus einem Bauteil, so groß wie ein Mehrfamilienhaus, wird so „Atommüll“ im Volumen eines Kühlschranks. So viel nur zu den Phantasiemengen, die in Deutschland über notwendige Endlagerkapazitäten von interessierten Parteien in die Welt gesetzt werden.

Endlager und Deponien

Grundsätzlich besteht bei „Atommüll“ die gleiche Optimierungsaufgabe zwischen erforderlichem Deponieraum und Nachbehandlungskosten, wie in der gesamten Abfallwirtschaft. Früher hat man (billige) Arbeitsbekleidung und Arbeitsmittel aus dem Kontrollbereich eines Kraftwerks einfach in Fässer gesteckt und auf einer Deponie für schwach aktive Abfälle entsorgt. Man kann aber solche Abfälle – wie bei konventionellem Abfall üblich – vorher (in Spezialanlagen) verbrennen und erzielt somit eine gewaltige Volumenreduzierung. Anschließend kann man die „aufkonzentrierte Radioaktivität“ – sprich Asche – noch weiter behandeln: Ist sie nur schwach aktiv, kann man sie vor der Endlagerung zu einem Mörtel verarbeiten, ist sie hoch aktiv oder extrem langlebig in Glas einschmelzen bzw. in Synroc (künstlicher Stein auf der Basis von Titanaten) verwandeln. Endlagerkapazität ist also ein relativer Begriff, der je nach landestypischen Gegebenheiten flexibel gehandhabt werden kann. In den Weiten der USA oder Sibiriens sicher anders, als in dicht besiedelten mitteleuropäischen Ländern. Weltweit betrachtet, könnte die Frage von Endlagern damit ganz anders gestellt werden – sie ist allerdings hoch politisch und damit unbestimmbar.

Gerade in dicht besiedelten Ländern sollten Endlagerkapazitäten als wertvolle Ressourcen behandelt werden. Insofern ist eine Reduzierung der Volumina geboten. Im Prinzip gilt hier der gleiche Ansatz wie in der konventionellen Abfallwirtschaft.

Die vorhandenen Deponien und Tiefenlager koppeln stark auf die angewendeten Strategien zurück. Spektakulär war der aufgetretene Fall der Selbstentzündung im WIPP (Endlager in einem Salzstock in New Mexico, USA). Weltweit ist es üblich, Chemikalien durch Katzenstreu auf Bentonitbasis (enorme Saugwirkung und Bindung durch Ionentausch) unschädlich zu machen. Ein übereifriger Laborant in Los Alamos hatte aber biologische Streu verwendet. Diese wurde langsam durch die aufgesaugten Chemikalien zersetzt, was letztendlich zum Platzen eines „Atommüllfasses“ geführt hat. Die Vorschriften für organische Stoffe in Endlagergebinden für das WIPP wurden daraufhin entscheidend verschärft. Solche nachträglichen Änderungen bzw. die nicht sinngemäße Einhaltung individueller Einlagerungsbestimmungen können schnell zu einer Kostenexplosion führen. Auch dieser Fall zeigt wieder, wie wichtig eine akribische Dokumentation aller Inhalte ist. Es sind dabei nicht nur die nuklearen Inhalte, sondern auch die physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erfassen und nach Möglichkeit in einer zugänglichen Datenbank abzulegen.

Angestrebter Endzustand

Sehr wichtig für die Planung und Durchführung einer Rückbaumaßnahme ist der angestrebte Endzustand.

Grüne Wiese

Wenn alle radioaktiven Stoffe entfernt und in Endlager verbracht sind, kann eine abschließende Beurteilung durch die Überwachungsbehörden durchgeführt werden und die Liegenschaft wieder dem freien Grundstückshandel übergeben werden.

Braune Wiese

In diesem Zustand ist das Grundstück nicht vollständig beräumt worden. Entweder steht noch ein Teil der radioaktiv belasteten Anlagen oder es wurden bewußt noch radioaktive Abfälle auf der Liegenschaft belassen. Dies kann aus Gründen des Arbeitsschutzes sinnvoll sein, damit die vorhandene Radioaktivität weiter abklingen kann. Oft ist auch die Verteilung der notwendigen Finanzmittel über einen längeren Zeitraum das Ziel. So wurde diese Methode durchweg bei allen Vorhaben aus der nuklearen Rüstung angewandt. Allerdings muß die Liegenschaft über den gesamten Zeitraum weiter bewacht und von den Genehmigungsbehörden betreut werden. Diese Kosten wiegen meist den erhöhten Aufwand für den Strahlenschutz bei einer sofortigen Beseitigung nicht auf.

Nur in seltenen Fällen (große Forschungseinrichtung, Kraftwerk mit vielen Reaktoren) können die Anlagen sogar für andere Zwecke umgenutzt werden.

Nuklearer Friedhof

Bei dieser Methode wird ein Teil der Anlage unterirdisch belassen und dient als „nukleare Grabstätte“. Man schließt sie nur mit einem Betondeckel als Abschirmung ab bzw. um einen unberechtigten Zugang zu verhindern. Diese Methode wurde oft als Not- und Übergangslösung bei schweren Havarien gewählt. Letztendlich handelt es sich dabei nur um eine Verschiebung der Probleme und Kosten in die Zukunft. Die Liegenschaft ist auch weiterhin als kerntechnisch Anlage zu betrachten (Überwachung, Bewachung, Wartung etc.). Sie kommt eher einem Zwischenlager für hochaktive Abfälle gleich.

Was ist eigentlich Atommüll?

Wenn man sich z.B. mit dem Thema Endlagerung beschäftigen will, ist es sinnvoll zu wissen, was „Atommüll“ eigentlich ist und wie er entsteht.

Alles entsteht im Reaktor

Im Reaktor eines Kernkraftwerks werden Atomkerne gespalten. Dies ist sein Sinn. Um Wärme-Leistungen von mehreren Gigawatt (GWth.) in einem so kleinen Behälter zu erzeugen, sind gewaltige Flüsse von Neutronen notwendig. Die Neutronen entstehen überwiegend bei den Spaltungen und lösen weitere Spaltungen aus. Eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion. Sie läuft solange weiter, bis zu viel „Spaltstoff“ verbraucht wurde. Der Brennstoff muß erneuert werden, d. h. die „abgebrannten Brennelemente“ (spent fuel) müssen durch frische ersetzt werden.

Auf ihrem Weg von einer Spaltung zu einem weiteren spaltbaren Kern, treffen die meisten Neutronen auch auf andere Atomkerne. Das sind all die anderen Materialien, aus denen der Reaktor besteht: Brennstabhüllen, Wasser, Regelstäbe, Einbauten im Reaktor, das Reaktorgefäß selbst etc. Nun kann es passieren, daß sie nicht nur mit einem Atomkern zusammenstoßen und wieder abprallen – gestreut werden – sondern von diesem dauerhaft eingefangen werden. Es entsteht ein neues chemischen Element oder ein Isotop. Man nennt das Aktivierung, da diese neu erschaffene Elemente radioaktiv sind.

Bewegen sich solche radioaktiven Stoffe durch das Kernkraftwerk, können sie Bauteile, Werkzeuge etc. kontaminieren. Kontaminierung und Aktivierung werden oft miteinander verwechselt: Kontaminierte Gegenstände bleiben unverändert, sie werden nur mit radioaktiven Stoffen verunreinigt. Sie können auch wieder gereinigt werde. Die Reinigung kann aber so aufwendig und damit kostenintensiv sein, daß es billiger ist, das Teil als „Atommüll“ zu deklarieren und einfach komplett wegzuwerfen.

Unterschiedliche Formen der Strahlung

Man unterscheidet γ-Strahlung, β-Strahlung (Elektronen) und α-Strahlung (Helium-Kern). Die beiden letzten können kaum Materie durchdringen. Für γ-Strahlung gilt: Eine Abschirmung aus möglichst dichtem Material (z. B. Blei) und schlichtweg Abstand einhalten. Jedenfalls reicht in einem Brennelemente-Lagerbecken die Wassertiefe als Abschirmung vollkommen aus. Es wäre gefahrlos möglich, in einem solchen Becken zu schwimmen.

Aus vorgenannten Gründen reicht meist ganz normale Schutzkleidung – bestehend aus Atemschutz, Schutzanzug, Handschuhen und Brille – beim Umgang mit Atommüll aus. Solange man radioaktive Stoffe nicht in seinen Körper aufnimmt, ist Atommüll relativ harmlos. Umgekehrt gilt, wenn man Atommüll sicher einschließt, ist der Umgang ohne Schutzkleidung möglich. Typisches Beispiel ist der Castor-Behälter: Seine dicken Stahlwände, spezielle Neutronenabsorber und sein gasdichter Verschluß machen auch die Handhabung stark strahlender Brennelemente gefahrlos möglich.

Die Dosis macht das Gift

Wie bei allen anderen Stoffen auch, ist die biologische Wirkung von Strahlung immer von der Dosis abhängig. Schon die Erfahrung mit dem Sonnenlicht macht diesen Zusammenhang deutlich: Ein wenig Sonne ist belebend (z. B. Bildung von Vitamin D), zu viel davon, erzeugt einen Sonnenbrand mit der Zerstörung von Hautschichten. Zuviel und häufige Strahlung kann sogar Hautkrebs erzeugen.

Der menschliche Körper verfügt über zahlreiche Reparaturmechanismen. Wäre das nicht so, hätte es überhaupt kein Leben auf der Erde geben können, denn die Strahlung war vor Millionen von Jahren noch wesentlich höher als heute. Jedenfalls ist die Vorstellung, schon ein einziges Plutonium-Atom könnte Krebs auslösen oder gar vererbbare Genveränderungen, ein Hirngespinst, das nur zur Erzeugung von Angst dienen soll. Wäre Radioaktivität tatsächlich so gefährlich, dürften wir nichts essen und trinken. Es gibt Mineralwässer, die enthalten mehr radioaktive Stoffe, als das Wasser in einem Brennelemente-Lagerbecken oder gar das Kondensat in einem Kernkraftwerk. Wir dürften keine Bananen oder Tomatenmark essen, denn die enthalten radioaktives Kalium. Unsere Bauern dürften vor allem keinen mineralischen Dünger aufs Land streuen, denn der enthält beträchtliche Mengen Uran, der ihre Felder im Laufe der Zeit zu „Atommüll-Deponien“ macht.

Es gibt heute umfangreiche Tabellen, die angeben, wieviel man von einem Stoff ohne Krankheitsrisiko zu sich nehmen kann. In diesen Tabellen ist noch ein weiterer Zusammenhang berücksichtigt, die sog. biologische Halbwertszeit. Es ist z. B. ein Unterschied, ob man radioaktives Wasser trinkt, welches ständig aus dem Körper ausgeschieden wird und durch frisches Wasser ersetzt wird oder radioaktives Strontium, welches gern in Knochen eingelagert wird und dort für Jahrzehnte verbleiben kann.

Konzentration oder Verdünnung

Beim Umgang mit „Atommüll“ spielen die Begriffe Verdünnung und Konzentration eine große Rolle. Im Sinne einer biologischen Wirksamkeit ist eine Verdünnung – wie bei jedem anderen Gift auch – eine bedeutende Schutzmaßnahme. Im Prinzip kann man jeden Stoff soweit verdünnen und damit unschädlich machen, daß er Trinkwasser oder Nahrungsmittelqualität besitzt. Deshalb besitzt z. B. jedes Kernkraftwerk einen hohen Abluftkamin. Radioaktive Abgase werden ordentlich verdünnt, bevor sie aus großer Höhe wieder auf den Boden gelangen oder von Menschen eingeatmet werden können.

Das Prinzip der Verdünnung, war bis in die 1960er Jahre der bestimmende Gedanke bei der Abgabe radioaktiver Stoffe ins Meer. Allerdings war von Anfang an klar, daß man durch die beständige Abgabe ins Meer, die Konzentration radioaktiver Stoffe dort erhöhen würde. Man vollzog deshalb eine 180-Grad-Wende: Von nun an war die Aufkonzentrierung das Mittel der Wahl. Bis aktuell in Fukushima. Dort dampft man radioaktives Wasser ein, welches nahezu Trinkwasserqualität hat, um auch geringste Mengen radioaktiver Stoffe vom Meer fern zu halten. Vom naturwissenschaftlichen Standpunkt aus betrachtet, schlicht Irrsinn. Aber zugegeben ein Irrsinn, mit dem sich trefflich Geld verdienen läßt und man am Ende auch noch behaupten kann, Kernenergie sei schlicht zu teuer.

Allerdings muß man an dieser Stelle festhalten, daß die Kerntechnik der erste Industriezweig ist, der versucht, Schadstoffe konsequent aus der Umwelt fern zu halten. Gleiches kann man von der Chemie oder den fossilen Energieverwendern (international) noch lange nicht behaupten.

Spent fuel

Nach einiger Zeit im Reaktor, ist jedes Brennelement „abgebrannt“. Es muß deshalb entfernt werden und durch ein neues ersetzt werden. Die frisch entnommenen Brennelemente strahlen so stark, daß man sie nur unter Wasser handhaben kann. Würde man sie nicht kühlen, könnten sie sogar schmelzen oder zumindest glühen. Dies hat zwei Ursachen:

  • Alle Spaltprodukte sind radioaktiv. Die Strahlung wandelt sich beim Kontakt mit Materie in Wärmeenergie um. Letztendlich wandeln sich die Spaltprodukte in stabile (nicht radioaktive) Kerne um. Dies geschieht jedoch meist nicht in einem Schritt, sondern in mehreren Schritten. Dabei können sogar chemisch unterschiedliche Elemente entstehen. Jede Stufe sendet die ihr eigene Strahlung mit ihrer charakteristischen Energie aus.
  • Der radioaktive Zerfall ist im Einzelfall rein zufällig und durch nichts zu beeinflussen. Betrachtet man aber eine sehr große Anzahl von Atomen eines bestimmten Stoffes, kann man sehr wohl eine sog. Zerfallskonstante ermitteln. Für den praktischen Gebrauch hat sich die sog. Halbwertszeit eingebürgert: Das ist die Zeitdauer, nach der genau die Hälfte der ursprünglichen Menge zerfallen ist. Für den Umgang mit Atommüll ergibt das eine wichtige Konsequenz: Stoffe, die eine geringe Halbwertszeit haben, sind schnell zerfallen. Wegen ihrer hohen Zerfallsrate senden sie aber auch sehr viel Strahlung pro Zeiteinheit aus.

Für abgebrannte Brennelemente ergibt sich daraus der übliche Zyklus: Erst werden sie in ein tiefes Becken mit Wasser gestellt. Das Wasser dient dabei zur Abschirmung der Strahlung und als Kühlmittel. Nach ein paar Jahren ist bereits so viel radioaktives Material zerfallen, daß man die Brennelemente in trockene Behälter (z. B. Castoren) umlagern kann. Es beginnt die beliebig ausdehnbare Phase der „Zwischenlagerung“.

Wiederaufbereitung

Ein abgebranntes – und damit nicht mehr nutzbares – Brennelement eines Leichtwasserreaktors, besteht nur zu rund 4% aus Spaltprodukten – quasi der nuklearen Asche – aber immer noch aus dem Uran und einigem neu gebildeten Plutonium. Uran und Plutonium können weiterhin zur Energieerzeugung genutzt werden.

Vom Standpunkt der Abfallbehandlung ergibt eine Wiederaufbereitung deshalb eine Verringerung des hochaktiven Abfalls (gemeint ist damit das abgebrannte Brennelement) um den Faktor Zwanzig, wenn man die Spaltprodukte abtrennt.

Man dreht aber damit auch gleichzeitig an der Stellschraube „Zeitdauer der Gefahr“. Der radioaktive Zerfall verläuft nach einer e-Funktion. D. h. zu Anfang nimmt die Menge stark ab, schleicht sich aber nur sehr langsam dem Grenzwert „alles-ist-weg“ an. In diesem Sinne tritt die Halbwertszeit wieder hervor. Plutonium-239 z. B., hat eine Halbwertszeit von über 24.000 Jahren. Man muß also mehr als 250.000 Jahre warten, bis nur noch ein Tausendstel der ursprünglichen Menge vorhanden wäre. Geht man von einem Anfangsgehalt von 1% Plutonium in den Brennstäben aus, sind das immer noch 10 Gramm pro Tonne. Nach den berühmten eine Million Jahren, beträgt die Konzentration etwa zwei Nanogramm pro Tonne. Auch nicht die Welt. Gleichwohl senkt das Abscheiden von Uran und Plutonium den Gefährdungszeitraum ganz beträchtlich.

Die Spaltprodukte sind im Wesentlichen nach maximal 300 Jahren zerfallen. Das „radioaktive Glas“ für die Endlagerung strahlt dann nur wenig mehr als ein gehaltvolles Uranerz wie z. B. Pechblende, aus dem Madame Curie einst das Radium chemisch extrahiert hat.

Eine Wiederaufbereitung erzeugt keinen zusätzlichen Atommüll, sondern ist ein rein chemisches Verfahren. Atommüll wird nur in Reaktoren „erzeugt“. Richtig ist allerdings, daß die Anlage und alle verwendeten Hilfsstoffe mit Spaltprodukten etc. verschmutzt werden. Heute wirft man solche kontaminierten Teile nicht mehr einfach weg, sondern reinigt bzw. verbrennt sie.

Die minoren Aktinoide

Heute werden die minoren Aktinoide (Neptunium, Americium, Curium, Berkelium, Californium) ebenfalls noch als Abfall betrachtet und in der Spaltproduktlösung belassen. Sie sind für die Strahlung nach 300 Jahren wesentlich verantwortlich. Dies ist eine Kostenfrage, da sie sich nur sehr aufwendig aus einer Spaltproduktlösung abtrennen lassen.

Sie bilden sich im Reaktor, weil nicht jedes eingefangene Neutron auch zu einer Spaltung führt. Je länger der Brennstoff im Reaktor verbleibt, um so weiter kann der Aufbau fortschreiten: aus Uran-235 wird Uran-236 und daraus Uran-237 gebildet bzw. aus Plutonium-239, Plutonium-240 usw.

Setzt man Uran und Plutonium aus der Wiederaufbereitung erneut in Leichtwasserreaktoren ein, verlängert sich quasi die Verweilzeit und die Menge der minoren Aktinoide im Abfall nimmt entsprechend zu. So geht man heute davon aus, Mischoxide aus Uran und Plutonium nur einmal in Leichtwasserreaktoren zu verwenden.

Grundlegend Abhilfe können hier nur Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum leisten. Will man ganz bewußt Plutonium „verbrennen“, um den ständig wachsenden Bestand auf der Welt zu verringern, bleibt nur der Einsatz solcher Reaktoren (z. B. der Typ PRISM) übrig. Reaktoren mit Wasser als Moderator sind viel zu gute „Brüter“. Handelsübliche Leichtwasserreaktoren haben eine sog. Konversionsrate von 0,6. Mit anderen Worten: Wenn man zehn Kerne spaltet, erzeugt man dabei automatisch sechs neue spaltbare Kerne – hauptsächlich durch Umwandlung von Uran-238 in Plutonium-239. Wenn man also reines Mischoxid einsetzt, hat man immer noch 0,6 x 0,6 = 36% der ursprünglichen Plutonium-Menge. Zum Überdruss auch noch in einer unangenehmeren Isotopenzusammensetzung. Keine besonders wirksame Methode, wenn man die Plutoniumvorräte auf der Welt drastisch verringern will. Völlig absurd in diesem Sinne, ist die Endlagerung kompletter Brennelemente, wie das in Deutschland geschehen soll. Bei dieser Methode sind die Anforderungen an ein Endlager am höchsten.

An dieser Stelle soll Thorium nicht unerwähnt bleiben. Thorium erzeugt den kurzlebigsten Abfall, da der Weg ausgehend von Uran-233 sehr viel länger als von Uran-238 ist und über das gut spaltbare Uran-235 führt. Ein Thorium-Reaktor erzeugt kaum minore Aktinoide, sondern hauptsächlich kurzlebige Spaltprodukte.

Der deutsche Sonderweg

Ursprünglich sind wir in Deutschland auch von einer Wiederaufbereitung der Brennelemente ausgegangen. Wir haben sogar rund 7.000 to in Frankreich und England aufbereiten lassen. Der hochaktive Müll – bestehend aus in Glas gelösten Spaltprodukten und minoren Aktinoiden – wird und wurde bereits nach Deutschland zurückgeliefert. Es werden etwa 3.600 solcher Kokillen in Deutschland in ungefähr 130 Castoren (28 Kokillen pro Castor ) „zwischengelagert“. Bis zum geplanten Ausstieg im Jahre 2022 werden noch etwa 10.000 to Brennelemente hinzugekommen sein.

Die Umstellung von Wiederaufbereitung zu direkter Endlagerung ist ein politischer Geniestreich Rot/Grüner-Ideologen gewesen: Deutschland hat nun das künstlich erschaffene Problem, ein – oder gar zwei – Endlager für zwei verschiedene hochaktive Abfallsorten zu erfinden. Beide von (wirtschaftlich) geringer Menge. Die verglasten Abfälle aus der Wiederaufbereitung sind ziemlich unempfindlich gegenüber Wasser (lediglich Auslaugung) und erfordern einen sicheren Einschluß für lediglich ca. 10.000 Jahre. Direkt eingelagerte Brennelemente müssen wegen ihres Gehalts an Spaltstoff (Uran und Plutonium) sicher vor Wassereinbrüchen geschützt sein, um einen Kritikalitätsunfall zu verhindern. Die schwedische Methode der Kupferbehälter mag ein Hinweis in diese Richtung sein. Teuerer geht nimmer, aber das ist ja auch Programm, damit die Behauptung der „teueren Kernenergie“ erfüllt werden kann. Zu allem Überdruss muß der sichere Einschluß auf diesem Weg für mindestens 200.000 Jahre erfolgen (Faktor 20!), um auf eine gleiche Gefährdung zu kommen. Aber auch das ist ja ausdrücklich gewollt, um die Angstindustrie kräftig anzuheizen.