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Fachbereichsarbeit
Physik

Gebrüder-Montgolfier Gymnasium

1-, möchte den Namen nicht Online nennen, 2016

Alexander E. ©
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ID# 64842







Die Entsorgung von radioaktiven Abfall.

Die Entsorgung eines Kernkraftwerkes.


Inhaltsverzeichnis


1.1 Was ist radioaktiver Abfall?

1.2 Wie werden radioaktive Stoffe und vor allem Atommüll transportiert?

1.3 Welche Möglichkeiten gibt es den Müll zu lagern?

1.4 Inwiefern ist es möglich ihn wieder zu verwenden bzw. zu recyceln? Notfalls auch zu zerstören.

1.5 Was kann man tun damit der Müll nicht vergessen wird?

1.6 Wie wird ein Atomkraftwerk abgebaut?


2. Schluss (Fazit)

1.1 Was ist radioaktiver Abfall?


Radioaktive Abfälle (auch Atommüll genannt) sind radioaktive Stoffe, die aufgrund politischer Vorgaben, nicht mehr genutzt werden dürfen. Er entsteht in Kernkraftwerken auf verschiedene Arten, meistens durch Abgebrannte Brennelemente, jedoch auch durch andere Abfälle, wie Rückstände von Reinigungs- und Kühlmitteln oder Filterschlamm aus dem Umfeld des Reaktors. Aber auch in der Medizin und Technik entsteht radioaktiver Müll.

Bei Atommüll wird in schwächeren, mittelaktiven und hochaktiven Abfall unterschieden. Und obwohl der hochradioaktive Müll zwar den kleinsten Teil des Abfalls aus macht ist ebendieser, wie der Name schon verraten lässt, am gefährlichsten für uns und unsere Umgebung (mehr dazu im nächsten Abschnitt). Der mittelaktive Müll muss zwar fast ebenso gut abgeschirmt werden wie der hochaktive Müll stellt jedoch nicht so eine große Gefahr dar und vor schwachaktiven Abfall müssen wir uns eigentlich sogar gar nicht schützen da die schwachen Alphastrahlen, die bei dem Zerfall des radioaktiven Materials entstehen, nicht einmal unsere Haut durch dringen.

Man sollte jedoch darauf achten das er nicht in den Körper gelangt den sollte man ihn einatmen könnte dies durchaus schwere Folgen nach sich ziehen.

Der Hauptgrund weshalb Atomabfall so gefährlich ist, hat aber auch noch mit der Zeit,wie lange er strahlt, zu tun und obwohl nicht alle radioaktiven Elemente gleichlange Strahlen und auch nicht alle solange wie Uran235 (Halbwertszeit: 704 Millionen Jahre) oder Tellur128 (Halbwertszeit: sogar 7 Quadrillionen Jahre), so braucht zum Beispiel Caesium137 nur ca. 30 Jahre bis es aufhört zu strahlen, doch auch diese Zeitspanne ist noch relativ lang.

Um das Material wirklich einschätzen zu können muss man noch andere Faktoren wie die Flüchtigkeit der Radionnuklide, was heißt das es bereits bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen beginnt und damit Gasförmig wird oder die biologischen Wirksamkeit die auf uns wirkt, also inwiefern die Strahlung uns schadet bzw. unseren Körpern schadet, dabei wird sie mit 200 kV-Röntgenstrahlung oder der Gammastrahlung von Kobalt60 verglichen und berechnet sich wie folgt:

Strahlendosis der Vergleichsstrahlung

Strahlendosis der zu testenden Strahlung

=

relative biologische Wirksamkeit (RBW)

Dabei bedeutet ein Wert von 1 das man mit der gleichen Dosis den selben biologischen Effekt erreicht und ein Wert von 2 bedeutet dann das man nur eine halb so große Dosis braucht um zum selben Ergebnis zu gelangen.

Wenn man nach beweisbaren Einschätzung zu ihrer Gefährlichkeit sucht dauert dies ziemlich lange und es braucht Jahre bis z.B. radio-epidemiologische Studien belastende Ergebnisse zur Krebsgefährdung abgeben können.

2.2 Wie werden radioaktive Stoffe und vor allem Atommüll transportiert?


Ein Atomkraftwerk benötigt natürlich Spaltbares Material und dieses ist natürlich auch radioaktiv. Doch wie schafft man die Rohstoffe ins Kraftwerk und nach ihrer Benutzung, wenn es zu radioaktiven Abfall wurde, wieder heraus? Man kann ihn ja nicht einfach in ein Päckchen stecken. Diese Frage muss sich auch Deutschland stellen, schließlich werden hierzulande ½ Millionen Versandstücke mit radioaktiven Inhalt pro Jahr verschickt, wenn auch hauptsächlich für medizinische Anwendungen oder zu Forschungszwecken.

Und obwohl es mehrere Möglichkeiten des Transportes gibt werden viele der radioaktiven Stoffe mit einem CASTOR-Transport (dies ist meist auch das Synonym für radioaktive Transporte anderer Firmen, wie das französische TN oder das britische Excellox) versandt. CASTOR steht für ,,Cask for Storage and Transport of Radioactive Meterial‘‘, auf Deutsch also ein ,,Fass zur Lagerung und zum Transport radioaktiver Stoffe‘‘.

Diese ,,Fässer‘‘ werden von der Deutschen GNS (der Gesellschaft für Nuklear-Service), gebaut, die dabei hauptsächlich Schmiedestahl oder Gusseisen mit Kugelgraphit, welches Stahl ähnliche Eigenschaften besitzt, verbauen, dazu kommen zwei Dichtdeckel die mit Schrauben am Behälter montiert und mit Metall verdichtet werden. Zudem gibt es noch axiale oder radiale Kühlrippen (Verschiedene Bauarten bei Lüftern und Ventilatoren, Axiallüfter pressen Luft nach vorne und Radiallüfter blasen eingesaugte Luft um 90° versetzt wieder aus), die bei Transport von Hochaktiven Stoffen benötigt werden, da diese beim Zerfall zu einer äußerst starken Wärmeerzeugung führen und es ohne Kühlmittel oder ähnliches zu einer Kernschmelze kommen könnte.

Die meistgenutzten Typen dieser Baureihe können bis zu 10t von Atommüll oder ähnlichen transportieren.

Zum eigentlichen Transport kommt es in Deutschland meistens mittels Güterzüge, die gleich mehrere Behälter gleichzeitig transportieren können. Doch an nicht mit Zügen erreichbaren Orten erfolgen auch Straßentransporte. Beide müssen aber vom BfS (Bundesamt für Strahlenschutz) genehmigt und vom BAM (der Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung) überwacht werden.

Beide stellen sicher, dass alle Anforderungen der Regierung diesbezüglich erfüllt werden, so sollten die Transporte beispielsweise einen Aufprall aus 9 m Höheoder aus 1 m Höhe auf einen 15 cm dicken Stahldorn überleben. Zudem müssen sie min. 30 Minuten bei 800 °CFeuerresistent sein und den Druck von 20 m Wassertiefe über acht Stunden sowie den Druck von 200 m Wassertiefe über eine Stunde aushalten.

2.3 Welche Möglichkeiten gibt es den Müll zu lagern?


Da radioaktiver Abfall natürlich außerordentlich gefährlich ist, kann man ihn nicht einfach in die Tonne hauen und warten bis er abgeholt wird. Man muss also einen Ort finden an dem man den Atommüll, bei dem die Wiederaufarbeitung nichts mehr bringt, lagern kann, ohne dass er Menschen schadet. Er sollte den Müll aber auch vor Diebstahl schützen. Einen solchen Ort nennt man Endlager, doch da radioaktiver Abfall für viele Jahrzehnte, wenn nicht sogar weit darüber hinaus, dort sicher gelagert werden muss sind die Anforderungen an einen solchen Ort auch entsprechend hoch.

So dürfen sie zum Beispiel nicht in der Nähe von Ballungsgebieten liegen und weder den Zugriff auf Rohstofflagerstätten behindern noch unser Grundwasser verunreinigen. Die tektonische Aktivität des Standortes soll auch so gering wie nur möglich sein, heißt das es weitab von Erdbeben gefährdeten Gebieten bzw. sich die Erdkruste an diesem Ort nicht übermäßig viel bewegt, denn sollten Risse in die Ummantelung der Anlage kommen, könnte man diese aufgeben.

Dazu kommt noch das man auch die Gesteinsarten der Gegend zu überprüfen hat, da diese keinen Einfluss auf die einzulagernden Stoffe haben dürfen. In Deutschland sucht man noch immer nach einem Endlager für unseren hochradioaktiven Atommüll der letzte Vorschlag der geprüft wurde war der ehemalige Salzstock Gorleben in den man bereits mehrere Milliarden Euro gesteckt hatte, bis dieser 2012 wieder aus dem Mittelpunkt rückte und man sich nach weiteren Optionen umschauen wollte, so zumindest das BfS.

Und so existieren bisher nur Zwischenlager für hochaktiven Abfall, wie das in Gorleben. Doch für den weniger gefährlichen mittel- bzw. schwachradioaktiven Müll gibt es auch jetzt schon Endlager in Morsleben und in der Schachtanlage Asse 2 bei Wolfenbüttel, diese sollen, jedoch da sie nicht mehr sämtlichen Anforderungen entsprechen und zum Beispiel in der Anlage Asse Einsturzgefahr besteht, beide geschlossen werden sobald man eine andere Lagerstätte, die beide ersetzen kann und eine Möglichkeit den Müll aus ihnen zu entfernen gefunden hat, dies kann jedoch noch einige Jahre dauern, denn das neue Endlager in Salzgitter wird frühestens 2019 in Betrieb genommen.

Auch den Müll ins Weltall zu schießen, ist eine Variante die man sicher schon einmal gehört hat und auch dabei gibt es verschiedene Optionen, so könnte man denn Atomabfall auf der Rückseite des Mondes oder auf bzw. auf der Umlaufbahn des Mars lagern. Aber auch einfach direkt in die Sonne schießen, wodurch der Müll sofort verbrennen würde und von da aus hätte dies auch keinerlei Konsequenzen für uns wenn es dort zu einer Kernschmelze kommt.

Aber auch den Müll nur ca. 10.000-15.000 Kilometer entfernt von der Erde in deren Umlaufbahn zu schicken, so dass spätere Generationen durchaus noch die Chance bekommen diesen zu nutzen, falls es in der Zukunft Verwendung für atomaren Müll geben sollte. Doch muss man bedenken, dass dies nicht besonders sicher in Hinsicht auf den Transport ins All ist, so könnte ein Absturz nach einem Fehlstart schlimme Folgen haben.

Und auch die Kosten wurden ziemlich hoch ausfallen, den sollte man Atommüll per Space Shuttle ins Weltall bringen, so würde dies laut einer Studie der Technischen Universität München ungefähr 100 mio. Dollar pro Start kosten, welcher dann 4-5 Tonnen Abfall transportiert jedoch hatte Deutschland schon 2010 14.000 Tonnen und es werden jedes Jahr rund 400 mehr, was heißt die Sache würde uns wahrscheinlich mehr als 300 mrd. Dollar kosten.


Ja, es gibt durchaus Möglichkeiten hierfür und dabei sogar zwei verschiedene nennenswerte Projekte. Eines ist Teil der Energiewirtschaft der australischen Regierung, diese will in den nächsten Jahren von der Kohlekraft wegkommen (momentan läuft alles in Australien mit 80% Kohleenergie) und setzt dabei anders als Deutschland und der Rest der EU auf Atomenergie. Dabei arbeiten sie eng mit dem amerikanisch-japanischen Unternehmen GEH zusammen, die mit ihren speziellen Reaktoren, diese werden schnelle Brüter genannt und anders als die von z.B. der EU verwendeten Reaktoren Wärmeenergie nicht mit Wasserdampf sondern mit flüssigen Natrium transportieren.

Doch das ist nicht das einzige was sie besonders macht, denn herkömmliche Reaktoren nutzen nur ca. 10% der im Uran oder ähnlichen enthaltenen Energie und dabei bleiben noch vollkommen reine Plutonium und Uran 235/238 Nuklide übrig welches sich nun nutzbar machen lässt und durch die Nutzung in einem schnellen Brüter sogar noch an Gefährlichkeit (wenn man dies so nennen kann ) nachlässt, da sich die Dauer, bis der entstandene Müll aufhört zu strahlen, senkt.

Doch es reichen bereits 40.000t um Australien für ungefähr 20 Jahre mit Strom zu versorgen.

Das zweite Projekt wurde von der EU gestartet und soll noch ehrgeiziger als die australische Alternative die Rohstoffe zu 99.99% ausnutzen, so zumindest die Experten des KIT in Karlsruhe die mit an der Forschung beteiligt sind und ebenfalls an der Errichtung eines Testkörpers im belgischem Mol. Hier versucht man sich an der sogenannten Transmutation (das Umwandeln eines Elements durch den Menschen), indem man den atomaren Müll mit Protonen beschießt und ihn damit in ein anderes Element zu verwandeln.

Jedoch ist dies bis jetzt nicht sonderlich effektiv da man jährlich grade einmal 1000t unschädlich machen kann und die Entsorgung von gefährlichen Stoffen wie Neptunium, Americium und Curium, trotz ihres seltenen auftretens, sich äußerst schwierig gestaltet. Sieht man nun aber die gesamten Zahlen ist 1000t pro Jahr doch erstaunlich wenig so produzieren alle Länder der Welt schon ca. 12.000t pro Jahr, dies hat über Jahrzehnte zu etwa 270.000t an Nuklearer Müll geführt, doch auch diese Versuchskörper produziert Storm, um noch etwas positives hinzu zu fügen.


Wahrscheinlich wird Atommüll noch in 100.000 Jahren auf unserer Welt existieren und bis dahin auch noch strahlen, doch man kann nicht wissen, wie sich die Erde bis dahin verändern wird. Es könnte sein, dass in der Zukunft überhaupt keine Menschen mehr existieren. Wenn aber doch, wie haben wir vor die Menschen der Zukunft vor radioaktiven Müll zu warnen und zu schützen.

Denn es ist ebenso ungewiss ob sie in der Zukunft noch dieselben Zeichen so deuten wie heute. Ein Beispiel schon heute ist der Totenkopf für Kinder sowohl ein Piratensymbol wie eines für Gefahr, wenn man jedoch vom ersten Ausgeht könnte man dies als geheimnisvoll ansehen und wird gerade deshalb davon angezogen ohne an Gefahren zu denken und auch das Zeichen für Radioaktivität kann schnell als Sonne fehleingeschätzt werden.

Auch mit Sprachen wird man Probleme haben, da sich diese über die Jahre verändern, schon heute gibt es nur noch wenige Leute die Sprachen von vor über 2000 Jahren verstehen können. Doch man muss den Müll definitiv auch vor Naturgewalten oder vielleicht sogar Terroristen der Zukunft schützen in erster Linie natürlich aber unsere Nachfahren nicht gefährden. Doch was für Möglichkeiten haben wir um dies in der Zukunft umzusetzen.

Ein anderer Vorschlag kam von dem Semiotiker, also jemand der sich mit der Bedeutung von Zeichen beschäftigt, Thomas Sebeok er wollte das man eine Atompriesterschaft gründet die das Wissen über Atommüll für ewig bewahren soll. Und sogar der Science Fiktion Autor Stanislaw Lem hatte sich eingebracht. Seine Idee war es Informationen in Form eines mathematischen Codes auf einem Stück sich selbst reproduzierenden DNA oder auf ein Atom eines Edelmetalls zu schreiben und das ist sogar die bei weiten Realistischste Idee die wir gefunden haben.

Auch Tonscherben oder ähnlich wertlose Objekte waren Alternativen über die man nachgedacht hatte, da nie jemand versuchen würde diese zu stehlen, würde man zumindest vermuten. Aber auch jetzt noch suchen Archäologen, da sie die Entwicklung der Welt wohl am besten einschätzen können, an der Linné Universität in Kalmar nach einer sicheren Lagerstätte für den Müll, doch wahrscheinlich reicht es nicht aus den Abfall 500m unter der Erdoberfläche zu begraben, denn ein Erdrutsch könnte sie wieder freilegen, dies ist jedoch das geringste Problem, das man zu überwinden hat, denn die Lagerstätte muss auch vor der Neugier der Menschen geschützt werden.

2.6 Wie wird ein Atomkraftwerk abgebaut?


Seit dem Vorfall in Fukushima hat auch Deutschland im Frühjahr 2011, sowie viele andere Länder, unter ihnen zum Beispiel Italien, Österreich und Schweden und weitere folgten, den Atomausstieg beschlossen was bedeutet das alle Atomkraftwerke bis Ende 2022 abgeschaltet werden sollen. Doch wie funktioniert das und kann man das Land danach je wieder nutzen?

Doch fangen wir am Anfang an sobald die Abschaltung beschlossen wurde, werden neutronenabsorbierende Steuerstäbe zwischen die Rohstoffe in den Reaktor geschoben, so dass die im Reaktor stattfindende Kettenreaktion (bei der Neutronen entstehen) gestoppt wird. Doch nun besteht weiterhin die Gefahr das die beim radioaktiven Zerfallsprozess entstandene Wärme zur einer Kernschmelze führt, wobei gefährliche Stoffe wie Cäsium(137) oder Plutonium freigesetzt werden, weshalb der nächste Schritt darin besteht die Brennelemente runter zu kühlen, in einigen Reaktoren geschieht dies durch den Einsatz von Wasser in Mischung mit einem Borzusatz, zumindest solange bis sie ins Abklingbecken kommen, dies befindet sich noch im Kraftwerk und ist im Grunde ein Wasserbecken welches die Strahlung abschirmt und die entstandene Wärme (Nachwärme) abführt.

Damit einhergehend ist aber immer die Dekontaminierung der gesamten Einrichtung, da jeder Standort, an dem mit egal wie ungefährlichem Stoffen (nicht jeder Stoff aber die weniger gefährlichen Radioaktiven), gearbeitet wurde als kontaminiert gilt, ist dies ganz besonders wichtig. Bei diesem Vorgang wird die gesamte Oberfläche sogar Rohre chemisch, heißt durchs wegätzen mithilfe von Säuren oder Basen, mechanisch, geschieht durch Schrubben, Bürsten, Schleifen oder Polieren, aber auch elektrisch, also durch Elektropolieren, abgetragen und jegliche Behälter oder Materialien, bei denen es nicht reicht nur die Oberfläche zu entfernen, sicher entsorgt.

Sobald alles entsprechend gelagert oder eine Freigabe, heißt Objekt gilt als nicht radioaktiv, erhalten hat, dies geschah bis Ende Juli 2016 durchs BfS und wird dank des Gesetzes zur Neuordnung der Organisationsstruktur im Bereich des Strahlenschutzes und der Endlagerung nun vom BfE (Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit) durchgeführt, welches für die Sicherheit im Bereich Kernphysik/-technik verantwortlich ist.

3. Schluss (Fazit)


Abschließend wollen wir sagen das Atomkraft an sich eine tolle Sache ist, da er nicht nur billig ist und damit große Leistungen erbringen kann sondern auch kein CO2 freisetzt, wie viele andere Energiequellen dies tun. Dabei ist der Atommüll einer der größten Nachteile dieser Technologie, doch sind wir uns einig das der Mensch nicht mehr lange braucht um den Atomabfall zu transmutieren und ihn damit weniger Gefährlich zu machen so das wir Atomkraftwerke auch noch weitere Jahrzehnte nutzen könnten ohne unsere Umwelt zu belasten, sollten keine Zwischenfälle auftreten.

Man sollte also mehr an der Beseitigung des Mülls als an seiner Lagerung forschen und dafür sorgen das man den Abfall später wieder aus den Endlagern entfernen kann, so dass man ihn zerstören kann.

Quellen


de.wikipedia.org

ückbau.de

de.atomkraftwerkplag.wikia.com

scilogs.spektrum.de


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