Endlagerforschung in Deutschland

Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft

112. Sitzung des Kompetenzverbundes KerntechnikKarlsruhe, 9. 9. 2005

Endlagerforschung in Deutschland

Thomas FanghänelForschungszentrum Karlsruhe

Institut für Nukleare Entsorgung (INE)

http://www.fzk.de/ine



Radioaktive Abfälle in Deutschland-Prognose*)-

Abfälle mit vernachlässigbarer 280.000 m³Wärmeentwicklung

Wärmeentwickelnde Abfälle 24.000 m³insgesamt

davon:Abgebrannte Brennelemente 18.000 m³Verglaste Abfälle**) 860 m³Technologische Abfälle**) 2.800 m³Abgebrannte BE aus Forschungsreakt. 130 m³Ausgediente BE aus Hochtemperaturreakt. 1975 m³

*) Quelle: BfS(2005), Basis Ausstiegsbeschluss, **) Aus der Wiederaufarbeitung bei COGEMA und BNFL

2005 2010 2015 2020 2025 2030 10

11

12

13

14

15

16

17

18

Ab

ge

bra

nn

ter

Ke

rnb

ren

ns

toff

Jahr

x 1000 tSM

Ausstiegaus der

Kernenergie

22 GWeSzenario



previous

heat producingwaste

waste withnegligible heat

production

Waste Category Waste Type

HLW-glass

Spent fuel

Claddingmaterial

Low and medium

level waste

today

3.7 E12

3.7 E14

3.7 E10

3.7 E08

Final Disposal

5% of thetotal waste

99% of the radioactivity

T >> 3°C

95 % of the total waste

1% of theradioactivity

T max. 3°C

HLW

ILW

LLW

Source: H. Nickel, atw 37 (1992)

Bq/m3

3.7 E16

Einteilung der radioaktiven Abfälle in Deutschland



Endlagerung - Randbedingungen

In Deutschland sollen alle Arten von radioaktiven Abfällenin tiefen geologischen Formationen endgelagert werden.

Dadurch soll der sichere Einschluss der Abfälle und ihre langfristige Isolierung von der Biosphäre gewährleistet werden.

Die sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle liegt in der Verantwortung des Bundes.

Die Sicherheitsforschung zur Endlagerung ist gesellschaftliche Vorsorgeforschung und langfristig angelegt.



~ 1965 Entscheidung für die Endlagerung aller Arten radio-aktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen

1967 -1978 Asse Salzbergwerk, 126 000 Fässer LAW/(MAW)

1978 - 1980 Eignungsstudie Eisenerzmine Konradseit ~1982 Planfeststellungsverfahren (längstes in Deutschland) Planfeststellungsbeschluss 2002

1977 Beginn der Erkundung des Salzstocks Gorleben für alle Arten von Abfällen (HAW, MAW, LAW)

1999 Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium

1978 Einlagerungsbetrieb von ERAM (DDR)1990 Wiedervereinigung, Weiterführung der Einlagerung1990 - 1998 Einlagerung von 20 000 m3 LAW im ERAM

Zurzeit: Verfüllung und Vorbereitung auf Verschluß

Endlagerung – Historie in Deutschland



Endlagerung – Situation

Asse (Forschungsbergwerk)Maßnahmen zur Verfüllung und zum Verschluss

MorslebenPlanfeststellungsverfahren zur Stillegung

Konrad - Planfeststellungsbeschluss 2002 (n. 20 Jahren)- Betrieb erst nach gerichtlicher Entscheidung über Einsprüche

Gorleben (Projekt)Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium



AkEnd - Auftrag

1999-2002Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens und von Kriterien für die Suche und Auswahl eines (relativ) bestmöglichen Standortes zur Endlagerung radioaktiverAbfälle unter den Gesichtspunkten Sicherheit, Akzeptanz und Einsatz von Resourcen.2002Abschlussbericht

Vorgabe vom BMU:

Alle radioaktiven Abfälle sollen in tiefen geologischen Formationen inDeutschland endgelagert werden.

Für die Endlagerung aller Arten und Mengen radioaktiver Abfälle soll ein Endlager ausreichen, das ab 2030 betriebsbereit ist.

Bundesumweltminister Trittin hat im Februar 1999 den Arbeitkreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte (AkEnd) eingerichtet.



Standortauswahl undLangzeitsicherheits-

nachweis

Geologie,Hydrogeologie,

Geotechnik

BGR

Geologie, PA

GRS

Geochemielanglebiger RN

FZK - INE

Bundesrepublik

Errichtung und Betrieb

BFS (DBE)

Bundesland

Genehmigungsbehörde

Radiochemie,Geologie,Bergbau

Universitäten

Product-charakterisierung

FZJ - ISR

Endlagerforschung in Deutschland Wer macht was?

RN im Öko-system, U-Kontam.

FZR - IRC



0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

Institutionelle Förderung Projektförderung Asse Summe

Jährliche Aufwendungen des Bundes für FuE-Arbeiten zur Endlagerung radioaktiver Abfälle

Mio €

Quelle: PTKA+WTE



Entwicklung der Fördermittel (Projektförderung)für Endlagersicherheitsforschung

0

2,5

5

7,5

10

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002

Mio

. €

/a

Salz Granit/Ton unabhängig von Wirtsgestein

~ 1,8

~2,0

Granit ~ 1,2

~3,0

Ton

Quelle: PTKA+WTE



Overburden

Host rock

Emplacement in galleries

Emplacementin drill holes

Biosphere

HostrockHostrock

SealingSealing

naturalnatural gasesgases

backfillbackfill gas volumeair, H2O

mineral phasesof the host rock

concrete, clayBitumenFe

pH, Eh

SolutionsT>100°C

Solutionstypical for the host rock

HostrockHostrock

SealingSealing





pH, Eh

SolutionsT>100°C


Standortbezogene

Standortunabhängige

Forschung

Was brauchen wir?



Standortbezogene UntersuchungenAuswahl Wirtsgestein und Standort

Erkundung (Wirtsgestein und Deckgebirge)

Mechanik, Bergbau, Geochemie, Hydraulik

Endlagerkonzept- Tiefe- Temperatur- Behälter, Versatz, Verschluss- Lagergeometrie- Technik (Bergbau, Transport,...)

Host rock

Emplacement in galleries

Emplacementin drill holes

Sicherheitsanalyse (PA)- FEPs- Szenarien- Konzeptionelle Modelle- Optimierung

Sicherheitsnachweis

Overburden

Biosphere



HostrockHostrock

SealingSealing





pH, Eh

SolutionsT>100°C


HostrockHostrock

SealingSealing





pH, Eh

SolutionsT>100°C


Standortunabhängige Untersuchungen

Grundlagen

Fundamental Chemistryof Actinides:• Solids• Aqueous• Interfaces• Reactions• Interactions

Ac Th Pa U Np Pu Am Cm

f0 f1

f2

f3 f4

f5

f6 f7

+7

+3

+4

+5

+6

Grundlagen

Fundamental Chemistryof Actinides:• Solids• Aqueous• Interfaces• Reactions• Interactions


f0 f1

f2

f3 f4

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+7

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f0 f1

f2

f3 f4

f5

f6 f7

+7

+3

+4

+5

+6

Waste form

Engineered barriers

EDZ

Nahbereich Fernbereich

Porous Media,Rocks, minerals,Fracture zone,Fracture filling, ..

Waste form

Engineered barriers

EDZ

Waste form

Engineered barriers

EDZ

Nahbereich Fernbereich

Porous Media,Rocks, minerals,Fracture zone,Fracture filling, ..



Paradigmenwechsel

makroskopische(integrale) Betrachtung

(KD-Konzept)1 Parameter Ansatz

Prozessverständnisauf molekularer Ebene

Quantifizierung Übertragung in makroskopische Systeme



Endlagersicherheitsforschung am INE

Konzentration auf hochradioaktive, wärmeentwickelnde Abfälle: - abgebrannter Kernbrennstoff, - HAW-Glas

ca. 5% der Abfälleca. 99% der Aktivität

Konzentration auf die Actiniden,wegen ihre Langlebigkeitund Radiotoxizität

Generische Forschung zu allen drei Wirtsformationen: Salz, Ton, Granit

101 102 103 104 105 106102

103

104

105

106

107

108

109

Summe Plutonium Minore Actiniden Spaltprodukte

Rad

ioto

xizi

tät

(Sv/

tSM

)Jahre nach Entladung aus Reaktor

Verlauf der Radiotoxizität von 1Tonne abgebranntem Kernbrennstoff



Was brauchen wir?Endlagersicherheitsforschung

Geochemisch geführter LangzeitsicherheitsnachweisG

rund

lage

n

Anw

endu

ng

Granit Ton

generischeForschung

Vernetzung

Salz



GrundlegendeUntersuchungen

Prozessverständnis aufmolekularem Niveau

AnwendungsorientierteUntersuchungen

Radionuklid-Rückhaltungim Multibarrierensystem

Entwicklung und Anpassung von

Speziationsmethoden

Strukturinformation im Spurenbereich

FuE-Programm des INEGeochemisch geführter Langzeitsicherheitsnachweis

• Aquatische Chemie/ Thermodynamik der Actiniden

• Wechselwirkung von Actiniden mit Mineralober-flächen

• Einbau von Actiniden in Sekundärphasen

• Genese und Stabilität von Kolloiden

• Technische,geotechnischeund geologische Bariere: (abgebrannter Kernbrenn-stoff, HAW-Glas, Behälter, Versatz, Deckgebirge)

• Strahlenchemische Effekte

• Naturnahe Systeme(Untertagelabors)

• Gekoppelte Transport/Speziationsmodelle

• Laserspektroskopie TRLFS, LPAS, LIBS, LIBD

• Summenfrequenz- IR-Spektroskopie

• Röntgenspektroskopie (Synchrotronstrahlung) EXAFS, XANES, GIXAFS



Endlagersicherheitsforschung - wissenschaftl. Herausforderung Voraussagen für extrem lange Zeiten notwendig

Zeithorizont fürStandortfindung, Errichtung und Betrieb einesEndlagers reicht bis über die Mitte des Jahrhunderts

Die Forschung ist Basis für die Bewertung und Erkundung von Standorten

Mit der Auswahl des Endlagerstandortes erfolgt die konsequenteFokusierung auf standortbezogene Untersuchungen

Die Errichtung und der Betrieb werden wissenschaftlich begleitet



Erhalt und weiterer Ausbau der KompetenzNotwendig:

Sicherstellung der Ausbildung- Enge Zusammenarbeit mit den Hochschulen

Motivierung des wissenschaftlichen Nachwuchses zur Mitarbeit auf dem Gebiet der Endlagersicherheitsforschung- nur durch attraktive Forschung

Großer Bedarf an Fachleuten bei- Forschung, - Genehmigung,- Begutachtung



Sicherheit der Nuklearen Entsorgung muss unabhängigvon der weiteren Nutzung der Kernenergie gewährleistet sein

Eine Renaissance der Kernenergie wird es nicht ohne den Nachweis der sicheren Entsorgung geben.



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