Zur Sache Nr. 9

April 2000

Fachtagung:
Endlager Gorleben

Argumente für das Ende des Projekts

 

Dokumentation der Referate vom

09. Oktober 1999

Anmerkung der Castor-Nix-Da Redaktion:
Da die HTML-Seite ca. 200 KB groß ist haben wir die Broschüre als

zum herunterladen bereitgestellt.

Inhalt:

 

Die Broschüren der Reihe "Zur Sache" erscheinen unregelmäßig
und liefern Einschätzungen und Hintergrundinformationen zum Widerstand gegen die Atomanlagen in Gorleben.

Sie werden herausgegeben von der Bürgerinitiative Umweltschutz Lüchow-Dannenberg e.V.
Preis: 4,00 DM, ermäßigt 2,00 DM
Januar 2000

Gestaltung: Torsten Koopmann
Druck: Köhring, Lüchow
Copyright: BI Lüchow-Damenberg e.V.

 

Die Autoren:

Prof. Dr. Rolf Bertram
Physikalische Chemie, Universitätsprofessor a.D., TU Braunschweig

Prof. Dr. Klaus Duphorn
Geologe, Universitätsprofessor a. D., Universität Kiel

Prof. Dr. den Hartock
Chemiker, Universität Groningen, Niederlande

Dr. Detlef Appel
Geologe, PanGeo, Hannover

 

Fotos:
Prof. den Hartog u. a.

 

 Vorbemerkung

Vor über einem Jahr versprach der Umweltminister Trittin in Dannenberg bis Ostern ein Moratorium der Bergbauarbeiten. Wir sagen jetzt mit einer gehörigen Portion Zynismus, dass er ja schließlich nicht gesagt habe, in welchem Jahr das Moratorium beginne.

Die fachliche Begründung von Seiten des Bundesumweltministeriums und des BfS steht noch immer aus. Mit der Fachtagung "Endlager Gorleben – Argumente für das Ende des Projekts" am 9. Oktober 1999 in Dannenberg wollten wir die Diskussion um das Aus im "Erkundungsbergwerk" voranbringen.

Die Fachtagung hat zweierlei aufgezeigt, dass wir seit langem genug wissen, um das Bergwerk fachlich begründet schließen zu können, es zeigte sich aber auch, dass heute noch neue Argumente gegen das Projekt bekannt werden und unsere Schlussfolgerungen weiter schärfen.

Prof. Duphorn beantwortet die Frage, ob das Quartär das geologische Leichentuch des Endlagerberkwerkes Gorleben ist. Er geht hierbei auch auf die erst 1999 veröffentlichten Untersuchungen der BGR im Bereich Gorleben-Nord ein und weist in seiner Schlussbetrachtung darauf hin, dass nur ein Ende des Gorleben-Projekts der Endlagerforschung in Deutschland wieder Glaubwürdigkeit und Akzeptanz zurückbringen kann.

Der Diplom Geologe Appel zeigt auf, dass bereits die Auswahl des Standortes Gorleben fachlich nicht begründet war und dass "Gorleben" nach den Kriterien der BGR von 1995 "nicht in die engere Wahl gekommen" wäre.

Der ungelösten Probleme bei der Endlagerung nimmt sich Prof. Bertram an. Die Reaktionen zwischen Salz, den HAW-Gläsern und dem Containement bringt bisher nicht kalkulierbare Risiken mit sich.

Wir sind Herrn Prof. den Hartog zu besonderem Dank verpflichtet, indem er unseren Blick über die Landesgrenzen auf eine hier nicht beachteten Problematik lenkt und der bornierten und engstirnigen Endlagerdiskussion in Deutschland ihre Grenzen aufzeigt. Seine Forschungsergebnisse besagen, dass Salz durch radioaktive Bestrahlung zersetzt und explosiv wird.

Abschließend stellt Herr Appel für die Modellrechnungen zum Nachweiß der Eignung Gorlebens fest, dass sie unzureichend sind und keine Entscheidung für Gorleben begründen können.

Die Literaturhinweise der Autoren haben wir diesmal nicht in der Broschüre abgedruckt. Sie finden die sehr umfangreichen Verweise auf unserer Homepage unter "www.bi-luechow-dannenberg.de".

Prof. Röthemeier wies auf dem "Gorleben-Seminar" Anfang 2000 in Loccum darauf hin, dass die deutsche Endlagerforschung grundsätzlich überdacht werden müsse um wieder international Anschluss zu finden und liefert damit einen weiteren Ansatz für zumindest eine begründete Unterbrechung der Arbeiten. Für diese öffentliche Feststellung verdient er unsere Achtung.

Es liegen seit Jahren ausreichend Gründe für eine Ende der Arbeiten in Gorleben vor. Diese Position vertrat auch der Bundeskanzler Schröder, als er noch Ministerpräsident war. Ein politischer Kuhhandel, nach dem der Widerstand im Wendland gegen Castor-Transporte unterbleibe, wenn es ein Moratorium bei den Bauarbeiten gibt, verkennt uns. Das billige Spiel ist bereits durchschaut. Ein Moratorium sagt nichts über die Zukunft des Standortes Gorleben und die Beruhigungspille wirkt daher nicht.

Torsten Koopmann

 

 

Prof. Dr. Klaus Duphorn

Das Quartär als geologisches Leichentuch des Endlagerbergwerkes Gorleben?

1. Einleitung

Den äußeren Anlaß für das Symposium der Bürgerinitiative Umweltschutz Lüchow-Dannenberg bilden die Informations- und Handlungsdefizite der Bundesregierung hinsichtlich des von ihr für Ostern 1999 angekündigten Gorleben-Moratoriums. Bis heute gibt es dafür aber noch nicht einmal eine wissenschaftlich fundierte Begründung. Es scheint so, als hätte der 20 Jahre lange Streit um Gorleben die neue Bundesregierung unvorbereitet getroffen. Tucholsky hätte dazu gesagt: "Die glauben, sie haben die Macht. Dabei haben sie nur die Regierung".

Mit fünf Fachvorträgen will die Bürgerinitiative beim heutigen Gorleben-Symposium das informell vom Bund Versäumte teilweise nachholen. Dabei kann keine thematische Vollständigkeit angestrebt werden. Für die Sicherstellung und Endlagerung radioaktiver Abfälle ist gemäß Atomgesetz das Bundesamt für Strahlenschutz Salzgitter (BfS) zuständig. Die geowissenschaftliche Gesamtinterpretation der Erkundungsergebnisse aus beiden Gorlebenprojekten (Süd und Nord) wird von der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe Hannover (BGR) vorgenommen. Beide Bundesbehörden kneifen aber auf Druck von oben vor der öffentlichen Sachdiskussion mit uns "Gorleben-Amateuren" und glänzen, wie bereits 1993 beim internationalen Endlager-Hearing in Braunschweig, durch bürgerferne Abwesenheit. Dies ist nach demokratischen Verständnis ein ungewöhnliches Verfahren sowohl im Umgang mit international renommierten, politisch neutralen und fachlich unabhängigen Oberbehörden des Bundes als auch mit einer kritischen, aber konsensbereiten Bürgerinitiative. Der amerikanische Präsident Abraham Lincoln hätte dazu gesagt: "Public sentiment is everything. For with public sentiment nothing can fail, without it nothing can succeed" (1863).

Entgegen den weltweit üblichen Gepflogenheiten der mehrgleisigen Standort- und Entsorgungsvorsorge wird in der Bundesrepublik Deutschland im Hinblick auf die geplante Endlagerung von radioaktiven Abfällen aller Arten seit 1977 nur ein Standort untersucht: Gorleben. Bohrbeginn war im April 1979. Übrigens war dieser Standort Mitte der 70er Jahre nur vierte Wahl. Gewählt wurde er mehr aus strategischen und landesplanerischen als aus geologischen Gründen (Ehmke 1999, Duphorn 1993). Den Gipfel der Fehlplanung bildet das hydro- und quartärgeologisch dominierte Nachtragsprojekt Gorleben-Nord (s.u.). Mehr über die konzeptionellen Gorleben-Defizite erfahren Sie beim Vortrag von Herrn Kollegen Appel.

Mit öffentlicher Selbstverweigerung (s.o.) und jahrelanger nationaler Selbstverkapselung in einem einzigen Salzstock hat sich die amtliche deutsche Endlagerforschung im internationalen Maßstab ins konzeptionelle Abseits gestellt. Außerdem hat sie bei der übertägigen Standorterkundung eine Grundregel geowissenschaftlichen Arbeitens verletzt: Das Prinzip der vergleichenden Untersuchungen. 20 Jahre Streit um Gorleben lehren uns, dass dieses wissenschaftliche Prinzip bei der Endlagerforschung auch aus Akzeptanzgründen berücksichtigt werden muß.

Unter der Elbe ist der etwa 14 km lange niedersächsische Salzstock Gorleben mit dem ebenso langen brandenburgischen Salzstock Rambow verbunden. Daher hat Grimmel (1980) zu Recht gefordert, dass der damalige DDR-Salzstock Rambow in die Sicherheitsbetrachtungen mit einbezogen werden muss. Das auf den niedersächsischen Anteil beschränkte Projekt Gorleben-Süd konnte nur deshalb so lange und vehement betrieben werden, weil die politische Lage so günstig war und die DDR als Mitanrainer der gemeinsamen Salzstruktur Gorleben-Rambow nicht gefragt werden brauchte.

Übrigens war der Standort Gorleben-Süd in den 70er Jahren nur vierte Wahl. Er bildete damals den Extremfall eines peripheren Raumes an der Zonengrenze bzw. an der hermetisch abgeriegelten DDR-Staatsgrenze West. Gewählt wurde er mehr aus strategischen und landesplitischen als aus geologischen Gründen (Ehmke 1999). Bei der Anhörung zur Novellierung des Atomgesetzes am 29. Oktober 1997 in Bonn habe ich den grenzbedingten „Gorleben-Süd/Nord-Wirrwarr" als Objekt der jüngeren Zeitgeschichte folgendermaßen kommentiert (Duphorn 1997, S. 8):

„1975 war der Salzstock Gorleben wegen seiner Lage unmittelbar an der Grenze zur DDR und wegen seiner Fortsetzung in dieselbe nicht in die engste Wahl gezogen worden (Jaritz 1981). Zwei Jahre später war, umgekehrt, die Nähe der DDR-Grenze für die Entscheidung pro Gorleben ausschlaggebend. Dabei wurde das Sicherheitsrisiko der Unzugänglichkeit des angrenzenden DDR-Gebietes bewusst in Kauf genommen.

Nach der deutschen Wiedervereinigung gab es erneut einen Kurswechsel. Aus dem 1977 selbstverschuldeten Forschungsnotstand wurde jetzt mit dem Salzstock Rambow als planerischem Anhängsel eine Tugend gemacht. Hierzu die BGR (1990: 1): „Die politische Veränderung der innerdeutschen Verhältnisse gibt Veranlassung, die bisherige Vorgehensweise zu überprüfen. Die Veränderungen bieten die Chance, die bisher bestehenden Lücken der Standorterkundung zu schließen. Die Chance sollte konsequent genutzt werden." Und auf der nächsten Seite stellt die BGR fest: „Diese Kenntnislücken erschweren die fachgerechte Standortbeschreibung und den Nachweis der Langzeitsicherheit des Endlagers." Eine späte Erkenntnis!

Im fachlichen Mittelpunkt meines Vortrages stehen die desolaten quartär- und hydrogeologischen Prozesse und Strukturen, die seit 1 Million Jahren (s. Kap. 3) von der Erdoberfläche und aus dem Deckgebirge in den oberen Teil des Salzstocks Gorleben eingegriffen haben und somit das erdweit akzeptierte geologische Mehrbarrierenprinzip in Frage stellen. Dabei werden auch einige Neuergebnisse der BGR aus dem erst 1996 im früheren Grenz- und Sperrgebiet der DDR gestarteten Bohrprogramm Gorleben-Nord berücksichtigt. Bei diesem im Vergleich zum Projekt Gorleben-Süd um 17 Jahre verspäteten Nachtragsprogramm handelt es sich aber mehr um ein politisches Geschenk der Wiedervereinigung als um ein Produkt fach- und sicherheitsgerechter Endlagerstandortplanung. Im Klartext: Es handelt sich um einen konzeptionellen Offenbarungseid der deutschen Endlagerpolitik!

OÜbrigens stammt das adjektivische Beiwort "desolat" im Zusammenhang mit dem quartären Deckgebirge nicht von mir, sondern von Herrn Pro£ A.G. Herrmann (in Appel u.a. 1984, Seite 129). Abschließend zum Vorwort sei bemerkt, daß Herr Kollege Appel und ich hier rein privatissime vortragen und nicht als Mitglieder des Arbeitskreises Auswahlverfahren Endlagerstandorte, den Herr Minister Trittin im Februar 1999 einberufen hat.

 

2. Klassifikation des Gorleben-Moratoriums

Nach meiner Auffassung lassen sich die fachlichen Argumente für das Gorleben-Moratorium zwei Kategorien zuordnen. Die erste enthält grundsätzliche Bedenken und Zweifel allgemeinen Charakters und globaler Dimension. Die zweite Kategorie ist gorlebenspezifisch, sie bezieht sich primär auf den Standort selbst. Teilweise können aber beide Kategorien eng miteinander verbunden sein.

Zur Kategorie 1 gehören zum Beispiel diejenigen kemphysikalischen und chemischen Kritikalitätsprobleme, die bei der zu erwartenden Korrosion der radioaktiven Abfallbehälter im Endlagersalzstock im Zusammenhang mit Gas- und Laugenbildung auftreten und das ganze Steinsalzkonzept in Frage stellen könnten. Darüber sprechen heute nachmittag die Kollegen Bertram und den Hartog.

Außerdem gehört dazu auch die in Frankreich (1998) und in den Niederlanden (1993) gesetzlich akzeptierte und mit einer Abkehr vom Steinsalzkonzept verbundene Option der Rückholbarkeit hochradioaktiver Abfälle aus dem Endlager. Dänemark und die USA (mit Ausnahme von leicht kontaminierten militärischen Alpha-Abfällen) setzen bereits seit den 80er Jahren nicht mehr auf Steinsalz. Seitdem geht der internationale Trend weg vom Salz und hin zu Ton-, Vulkan- und Kristallingesteinen. Im Zeitalter der Europäisierung und Globalisierung ist es voraussichtlich nur eine Frage der Zeit, wann die Bundesregierung politisch nachzieht und fachlich den Anschluß an den internationalen Standard herstellt. In der konventionellen Abfallwirtschaft spielt übrigens die Musik bereits heute entscheiden beim Europarecht in Brüssel und nur noch hilfsweise in Berlin (Willlens 1999).

Diese Entwicklungen sollten auch uns Deutsche nachdenklich stimmen. Daraus ergeben sich zwei klare Konsequenzen: 1) Alternative Prüfungen anderer möglicher Endlagergesteine. 2) Wenn überhaupt ein Endlagersalzstock, dann nur einer, der auch den modernen sicherheitsgeologischen Anforderungen entspricht, die in der alternativen Standortstudie der

BGR (1995) hinsichtlich der präquartären Tonbarrieren im Deckgebirge an 41 andere norddeutsche Salzstrukturen gestellt werden (s. Kap. 5 u. 6). In diesem Zusammenhang gehören auch diejenigen negativen Bohr- und Meßergebnisse aus den beiden Gorleben-Teilprojekten, die sowohl fachliche als auch rechtliche Fragen aufwerfen, auf den Prüfstand der öffentlichen Sachdiskussion. Einige davon werden im Vortrag dargestellt.

 

3. Der quartärgeologische Isolations- und Bewertungszeitraum

Das Quartär ist mit etwa 2,5 Millionen Jahren das jüngste und kürzeste System der Erd- und Lebensgeschichte. Sein Haupt-Leitfossil ist der Mensch. Klimatisch handelt es sich um ein Eis- und Frostzeitalter (s. Kap. 4). Die letzte Eiszeit ging "erst' vor etwa 10.000 Jahren zu Ende (Grenze Pleistozän/Holozän). Gegenwart und Zukunft gehören ebenfalls zum Quartär.

Die quartäre Schichtenfolge im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben ist bis 300 m mächtig und bis, 1 Million Jahre alt. Somit entspricht sie im Hinblick auf die Zukunft geochronologisch genau dem geologischen Isolations- und Bewertungszeitraum, den das BfS Salzgitter hinsichtlich der Langzeitsicherheitsanalyse für das im Salzstock Gorleben geplante Endlager festgelegt hat. Bei der Endlagerplanung muss zeitlich und prozessual in quartärgeologischen Dimensionen mindestens bis in die nächste Eiszeit gedacht, geforscht und bewertet werden.

Von besonderer * sicherheitsgeologischer Bedeutung sind die quartäre Erosion und Subrosion (Salzauflösung im Untergrund). Die Bohrbefunde zeigen, daß vor 1 Million Jahren, zu Beginn des Bewertungszeitraums, der Salzstock Gorleben - ähnlich wie derzeit die Salzstöcke Lüneburg und Bad Segeberg - als Gipshutfelsen bis an die Erdoberfläche emporragte und daß die Gipshutoberfläche seitdem in zwei Erosions- und mindestens vier Subrosionsphasen bis etwa 300 m tiefergelegt wurde. Zwei Subrosionsseen (Rambower und Rudower See) über dem Nachbarsalzstock Rambow, der unter der Elbe in einer Strukturmulde mit dem Salzstock Gorleben verbunden ist, sowie mehrere Salzwasserfahnen im erdoberflächennahen Grundwasser deuten darauf hin, daß die holozäne Salzauflösung im Untergrund, wenngleich sie beim Salzstock Gorleben weder geomorphologisch noch quartärgeologisch nachweisbar ist, an mehreren Stellen beiderseits der Elbe bis in die Gegenwart andauert (s. Kap.7 und 8).

Grundsätzlich können Langzeitprognosen und Zukunftskonzepte für unseren Planeten nicht ohne genaue Kenntnis der natürlichen Entwicklungslinien in der quartären Erd-, Klima- und Lebensgeschichte abgeschätzt werden. Ob die in der Technikgeschichte beispiellose und utopisch anmutende Planungsdimension von 10.000 - 1 Million Jahren aber überhaupt mit hinreichender Sicherheit kalkulierbar ist, wird von vielen Menschen aus unterschiedlichen Gründen in Frage gestellt. Dazu gehören auch sozialwissenschaftliche Gründe und eine ethische Verantwortung, die nicht mehr länger verdrängt werden darf (Kalinowski u.a. 1999). Deren Spektrum reicht von der Forderung nach regelmäßiger Wartung und aktiver Bewachung des Endlagers sowie der damit verbundenen Option auf Rückholbarkeit und Recycling der radioaktiven Abfälle bis hin zur Demut vor der Schöpfungsordnung bis hin zur Demut vor der Schöpfungsordnung. und zur Halbwertzeit menschlichen Vergessens. Letztere beträgt nach einer dänischen Volkshochschulstudie im Zeitalter von Internet und Datenautobahn nur noch etwa sieben Jahre.

 

4. Quartäre Perrnmafrost-Problermnatik

Die Überschrift dieses Kapitels stammt aus der neuen Standortstudie der BGR (s. Kap. 5). Ich zitiere: "Das Aufreißen von klaffenden Brüchen im höheren Teil von Salzkörpern als Folge der Einwirkung des Permafrostes während des Pleistozän und ihre spätere Verfüllung mit pleistozänem Lockermaterial ist von Bauer (19921) nachgewiesen worden. Mit den uns zur

Verfügung stehenden Mitteln war dieses Phänomen nicht nachzuweisen. Doch kann man davon ausgehen, daß die Salzstock-Dachlagen bis in eine Tiefe von 400 m unter der Quartärbasis durchaus solchen Permafrost-Beanspruchungen ausgesetzt gewesen sein könnten. Wir haben dieses Kriterium wegen unzureichender Datenbasis nicht in unsere Betrachtungen einbezogen, möchten aber auf diese negative Tatsache aufmerksam machen (vgl. auch Duphorn 1986)".

Dass es diese „negative Tatsache" im pleistozänen Deckgebirge das salzstockes Gorleben gibt, beweißt das Abbild des 5 Meter tiefen „Eiskeils von Liepe", der vor rund 10.000 – 11.000 Jahren, am Ende der letzten Eiszeit (Weichsel-Eiszeit), in den trockengefallenen Flusssanden des Elbe-Urstromtals entstanden ist und dessen Sandfüllung eine meiner beiden Gorleben-Arbeitsgruppen 1980 in einer inzwischen verfallen Sandgrube ausgegraben und im Lackprofil konserviert hat. Insgesamt gab es in Norddeutschland während der letzten 1 Million Jahre rund 100 Tundra- und Perma- bzw. Dauerfrostphasen dieser Größenordnung. Sie wurden von mindestens 20 arktischen Kaltphasen in der Größenordnung von 3000 bis über 10.000 Jahren überlagert. Dazu gehören auch die 5 „Super-Kaltphasen" der Elster- und Saale-Eiszeit, in denen das skandinavische Gletschereis zwei- bzw. dreimal den Salzstock Gorleben überfahren hat. Diese arktischen Verhältnisse und nicht das derzeitige Klimaparadies waren während der letzten 1 Million Jahre in Mitteleuropa die klimatische Norm.

Nach Delisle (1998) erreichte der Permafrost während der letzten Eiszeit in Mitteleuropa einen Tiefgang bis 140 Meter. Nach Bauer (1991) entstanden die kryogenen Klüfte und Risse unter dem Permafrost vom Salzspiegel aus beginnend und in die Tiefe fortschreitend durch die Kontraktion des Steinsalzes. Wässer aus dem Deckgebirge drangen in die Klüfte und Risse ein. Bei Wiedererwärmung dehnte sich das Salz aus und drückte die Wässer entweder zum Salzspiegel zurück oder schloss sie in den verheilten Klüften ein (Delische und Dumke 1996).

In den quartären Eiszeiten bot auch der Salzstock Gorleben der vom Dauerfrostboden ausgehenden Kältewelle wegen der hohen Lichtfähigkeit des Salzes eine bevorzugte Bahn in die Tiefe. Die oben zitierte, von der BGR als Bemessungsgrundlage gewählte Quartärbasis liegt im Deckgebirge das Salzstockes Gorleben bei einer Tiefe von 30 – 300 Meter. Zählt man – wie die BGR – 400 m hinzu,

Im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben liegt die Quartärbasis bei 30-300 m. Zählt man die zitierten 400 m hinzu, könnten im theoretisch möglichen "worst case" die vom eiszeitlichen Dauerfrostboden ausgehenden kryogenen Klüfte und Risse im Salzstock Gorleben bis zu einer Tiefe von 430-700 m und somit bis in den oberen Teil der sogenannten Salzschwebe hinabreichen. Dabei handelt es sich um die 300 m hohe, bisher nicht hinreichend bekannte Steinsalz-Sicherheitszone über dem Endlager, die von äußeren Einflüssen unberührt geblieben sein und auch in der nächsten Eiszeit unberührt bleiben soll. Die Erkundungssohle im Bergwerk liegt bei 840 m. Der Diskussions- und Klärungsbedarf für das Bf'S liegt auf der Hand.

Übrigens gibt es hier vor Ort ein interessantes schachtbautechnisches Vergleichsbeispiel. Denn auch beim Tiefkühlverfahren im Schacht Gorleben 1 entstanden kryogene Kontraktionsrisse. Auf denen sind dann im oberen Teil des Salzstocks die Laugen zugeflossen, die das Schachtabteufen im Dezember 1991 fast ein halbes Jahr lang zum Stillstand brachten.

 

5. Ab- und Aufwertung der Barrierefunktion des Deckgebirges im Rahmen des geologischen Mehrbarrierenkonzepts

Am 13. Juli 1983 (ll/2 Jahre vor Bohrabschluß!) beschloß die Bundesregierung mit der voreiligen Begründung, "daß die bisherigen Ergebnisse der Standorterkundung nicht im Widerspruch zu den Erwartungen stehen" (Umwelt: Nr. 97, S. 32, Bonn 1983), den Salzstock Gorleben für die bergmännische Untertage-Erkundung freizugeben und auf eine alternative Untersuchung von anderen Salzstöcke zu verzichten. Erst 12 Jahre später erschien eine Studie der BGR zur alternativen Untersuchung und Bewertung von 41 norddeutschen Salzstrukturen, aber ohne die Salzstruktur Gorleben-Rambow. Ein Kapitel trägt die Überschrift: Quartäre Rinnen und Permafrost-Problematik. Es beginnt mit folgendem Absatz:

"Große Aufmerksamkeit wurde in Abweichung von den zitierten Studien aus den 80er Jahren der Barriere-Funktion des Deckgebirges gewidmet. Eine flächenhafte Oberdeckung des Caprock (=Gipshut) einer Salzstruktur mit wasserhemmenden Unterkreidetonen und einer ungestörten Decke aus Sedimenten der Oberkreide und des Alttertiär (z.B. Rupel-Tone) würde ein optimales geologisches Barriere-System darstellen. Dies ist aufgrund der für das Bergwerkskonzept geforderten geringen Tiefenlage des Caprock im allgemeinen nicht gegeben. Jedoch scheint auch eine unverritzte und möglichst ungestörte Überdeckung allein durch die Tone des Alttertiär (Eozän, Rupel) akzeptabel. Verschiedentlich durchschneiden jedoch quartäre Rinnen, die sich in Ausnahmefällen über 500 m in die quartären und präquartären, insbesondere die tertiären Sedimente eintiefen können, die Dachregion der Diapire (=Salzstöcke) und verletzen diese geologischen Barrieren" (Zitat zu Ende).

Gleich der erste Satz des BGR-Zitats weist auf einen internen konzeptionellepkonzeptionellen Widerspruch der amtlichen deutschen Endlagerforschung hin. Denn bei der Bewertung der alternativen

Salzstöcke wird der Barrierefunktion des Deckgebirges auf der Grundlage moderner Wissenschaft und Technik ein höherer Stellenwert beigemessen als früher. In Gorleben ist es umgekehrt: Weil dort die vor Bohrbeginn erwartete "unverritzte und möglichst ungestörte Überdeckung allein durch die Tone des Alttertiär" (s.o.) in der Gorlebener Rinne großräumig fehlt, hat das BfS mit einer rechtswidrigen Begründung das Deckgebirge im Rahmen des geologischen Mehrbarrierensystems zu einer Kategorie niederen Ranges degradiert (s. Kap. 6). Fazit: Seit 1995 messen BfS und BGR beim Mehrbarrierenkonzept mit zweierlei Maß!

Bei der Klassifikation der BGR (1995, Seite 40) nach den Barrierefunktionen des Deckgebirges bleiben von 41 untersuchten Salzstrukturen Norddeutschlands nur 12 übrig, die "nicht ausreichend durch tonige Schichten der Unterkreide, durch Oberkreide oder Tone des Rupel abgedeckt sind". Bezieht man den Salzstock Gorleben nachträglich in diese Klassifikation ein, dann landet er wegen der extremen Verletzung seiner Dachregion und des oberen Salzstockteils selbst unter "ferner liefen" in dieser negativen Schlußlichtgruppe der BGR und kann daher als Endlagersalzstock für alle Arten der radioaktiven Abfälle in der Öffentlichkeit nicht 2000-fähig sein (s. Kap. 6-7).

 

6. Die Gorlebener Rinne und ihre Ausläufer im Salzstock

Unter Einbeziehung der Neuergebnisse des Nachtragprojekts Gorleben-Nord erreicht die Gorlebener Rinne eine Gesamtlänge von etwa 25 km. Diese Tiefenrinne wurde in der Elster-Eiszeit, vor etwa einer halben Million Jahren, von einem Schmelzwasserstrom unter dem 1000-1500 in hohen skandinavischen Gletschereis geschaffen. Sie quert den Salzstock in einer Tiefe von 200-300 inm auf einer Länge von insgesamt 12 km (s. Abb. 1).

Im zentralen Salzsto,~'ckbereich haben diese Schmelzwässer auf einer geschlossenen Fläche von 4,5 kM2m² die von! der BGR als jüngste Deckgebirgsbarriere akzeptierte Ton- und Schluffsteindecke des Alttertiär abgeräumt und sich in den Gipshut des Salzstocks eingeschnitten. Statt dessen liegen dort bis 100 min mächtige grundwasserführende Schmelzwassersande~, und -kiese der Elster-Eiszeit unmittelbar auf dem Gipshut, an drei Stellen sogar auf dem' ~ Steinsalz selbst.

Von der Rinnensohle -"aus ist das unter hohem hydrostatischen Überdruck stehende Schmelzwasser mitsamt seiner Sand- und Kiesfracht auf einer Fläche von mindestens 3 km 2² entlang des Salzspiegels seitlich in den unteren Teil des Gipshuts eingepreßt und mit zertrümmerten Gips-- und Anhydritbrocken vermengt worden. In elstereiszeitlichen Laugungskolken nahe der Rinne wird dieses von der BGR als Hutgesteinsbrekzie bezeichnete glazifluviatile Mischsediment bis 36 inm mächtig. Der mehrere Zehhnennrmeter mächtige Gipshut wurde bei dieser katastrophalen Unterspülung mitsamt seiner tertiären Deckschichten einige Meter angehoben.

Somit nimmt der glazifluviatile "Sandstock Gorleben" in einer Tiefe von 200-300 in insgesamt eine zusammenhängende Fläche von mindestens 7,5 km 2 ein. Darüber hinaus ist das Schmelzwasser örtlich auf Klüften und Rissen im besonders leicht löslichen Kalisalz, aber auch in der geplanten Endlagerformation des Staßfurt-Steinsalzes noch tiefer in den Salzstock hineingeflossen. Mitgeführtes Sand- und Toninaterial wurde von der BGR noch in Tiefen von 401 in bzw. 417 in erbohrt. In einer anderen Bohrung war das Kaliflöz Staßfurt bis 92 in unterhalb des Salzspiegels (=393 in unter Gelände) gänzlich aufgelöst und durch nachträglich

Somit nimmt der glazifluviatile "„Sandstock Gorleben"" in einer Tiefe von 200-300 inm insgesamt eine zusammenhängende Fläche von mindestens 7,5 km 2² ein. Darüber hinaus ist das Schmelzwasser örtlich auf Klüften und Rissen im besonders leicht löslichen Kalisalz, aber auch in der geplanten Endlagerformation des Staßfurt-Steinsalzes noch tiefer in den Salzstock hineingeflossen. Mitgeführtes Sand- und Tonmaterial wurde von der BGR noch in Tiefen von 401 inm bzw. 417 inm erbohrt. In einer anderen Bohrung war das Kaliflöz Staßfürt bis 92 inm unterhalb des Salzspiegels (=393 m unter Gelände) gänzlich aufgelöst und durch nachträglich verfestigte Schmelzwasserablagerungen ersetzt. Der Einfluß der Lösungsmetamorphose auf das Kaliflöz reicht bis 170 m unter den Salzspiegel bzw. 450 m unter Gelände.

Diese Erkundungsergebnisse der BGR stützen sich auf zu wenige Bohrungen. Aus glazialgeologischer und statistischer Sicht muß damit gerechnet werden, daß die elstereiszeitlichen Schmelzwassereinflüsse an anderen Stellen noch tiefer in den Salzstock hineinreichen. Seit 15 Jahren weigern sich jedoch die Endlagerbehörden, die Verbreitung und den maximalen Tiefgang der Schmelzwassereinflüsse durch ein nachträgliches Bohrprogramm systematisch auszuloten.

Mit dieser "„Langzeitverweigerung"" wurde das aus der Prospektion auf mineralische Rohstoffe entliehene und in Gorleben vie4lbeschworene Eignungshöffigkeitsprinzip, das in der Urfassung auch eine betriebs- und in Gorleben zusätzlich eine volkswirtschaftliche Komponente enthält, als geologisches Frühwarnsystem ad absurdum geführt. Aber offensichtlich haben auch die Endlagerbehörden erkannt, daß die Schmelzwässer örtlich tiefer in den Salzstock eingeflossen sein könnten, als sie nach eigener Planvorgabe bohren dürfen. Im Falle des Nachweises hätte das Gorlebenprojekt eventuell bereits Mitte der 80er-Jahre abgebrochen werden müssen. Der Teufel, der das Weihwasser scheut, läßt grüßen!

Statt das Projekt aufzugeben oder zumindest vor dem Schachtabteufen weitere Bohrungen zu veranlassen, hat das BfS die Sicherheitsphilosophie des geologischen Maehrbarrierenkonzepts geändert und die "desolate" Struktur der quartären Gorlebener Rinne gesundgebetet. Das dortige tertiärlose Deckgebirge führt jetzt laut BfS "zu einer hohen Verdünnung im Fall einer auch störfallbedingten Schadstofffreisetzung. Das Deckgebirge ist hinsichtlich dieser Fragestellungen besser zu bewerten als eine unterstellte durchgehende Tonabdeckung über dem Salzstock" (Röthemeyer 1991, Seite 115).

Mit dieser „Verdünnungstheorie" hat das BfS das rechtsverbindliche Sorptions- bzw. Konzentrationsprinzip der RSK unterlaufen. Im Klartext: Grundwasserdurchlässige Sande und Kiese sollen besser verdünnen und somit sicherheitlich besser sein als gut abdichtender Ton mit seiner hohen Sorptions- und somit Rückhaltefähigkeit für aus dem Endlager mobilisierte Radionuklide!

Vor 20 Jahren habe ich mich als praktizierender Gorlebengeologe gemeinsam mit den Kollegen der BGR und des Bt'S/PTB über die ersten Bohrkerne aus abdichtendem Tertiärton gefreut. Daher trägt die "„Verdünnungstheorie"" des Bf`S für mich besonders groteske Züge. Für die Allgemeinheit zählt aber etwas anderes: Das Bf`S mißachtet damit nicht nur die Standortkriterien der BGR von 1995, sondern auch das Minimierungsgebot der Strahlenschutzkommission sowie eine seit Januar 1983 rechtsverbindliche Standortanforderung der Reaktorsicherheitskommission (RSK). Diese setzt in erster Linie ebenfalls auf "eine hohe Sorptionsfähigkeit für Radionuklide zur Erfüllung der Barrierenfunktion von Deckgebirge und Nebengestein". Übrigens spricht man auch in der konventionellen Abfallwirtschaft von geologischer Barriere und meint damit "in erster Linie natürliche Tonbarrieren" (Radlinger 1997, Seite 1).

 

7. Erdoberflächennahe Salzwasserauftrom-Gebiete südlicher der Elbe (Projekt Gorleben-Süd)

Im gesamten Untersuchungsgebiet wird das erdoberflächennahe Süßwasser von mehr oder weniger stark versalzenem Tiefengrundwasser unterlagert. Das gilt insbesondere für den Bereich der Gorlebener Rinne, wo im unteren Grundwasserstockwerk, das mit elsterzeitlichen Schmelzwassersanden und -kiesen in den Gipshut eingeschnitten ist (s. Kap. 6), Gesamtsalzgehalte bis über 300g/l auftreten.

Der ebenfalls elstereiszeitliche Lauenburger Ton-Komplex, der aus einer Wechsellagerung von Ton, Schluff und Sand besteht und den Abschluß der Rinnenfüllung bildet, trennt in einem Tiefenbereich von etwa 140-200 m das untere vom oberen Grundwasserstockwerk. Örtlich enthält er aber hydraulische Fenster, durch die salziges Tiefengrundwasser in verdünnter Form aus dem unteren Grundwasserstockwerk bis in die erdoberflächennahen oberen Grundwasserleiter des Quartärs aufsteigt. Die Kartier- und Bohrbefunde meiner beiden Gorleben-Arbeitsgruppen deuten darauf hin, daß die Salzwässer dabei vorzugsweise tiefreichende eistektonische Störungszonen in saaleeiszeitlichen Stauchmoränen als Aufstiegswege nutzen. In der Höhbeck-Stauchmoräne (s. u.) erreichen diese Störungszonen, die bei hoher Schubspannung unter dem vorrückenden skandinavischen Inlandeis entstanden, einem Tiefgang bis etwa 150m.

Laut BGR (1991, Seite 191) ist der Aufstrom von Salzwässern am südwestlichen Ende des Salzstocks am stärksten ausgeprägt. Dieses Vorkommen ist aber ohne endlagergeologische Bedeutung. Anders ist die Situation des hydrogeologischen Gefährdungspotentials bei den Salzwasserfahnen, deren Wurzeln nordöstlich der beiden Erkundungsschächte im Grundwasserabstrom der dGorlebener Rinne liegen. In dieser Richtung werden zur Zeit auch die Erkundungsstrecken aufgefahren. Der dortige Salzwasseraufstrom beginnt 1-2 km von den Schächten entfernt in der durch saaleeiszeitliche Salzablaugung und nachfolgenden Gletscherschub zerrütteten Subrosionssenke im weiteren Untergrund des Weißen Moores. Dort wurden bei 30-40 m unter Gelände Gesamtsalzgehalte bis 30 g/1 gemessen. Diese von der BGR entdeckte Salzwasserfahne setzt sich in verdünnter Form entlang der westlichen Rinnenflanke im erdoberflächennahen Grundwasserstockwerk bis in die Elbe-Niederung nördlich von Gorleben fort (s. Abb. 2 und 3).

Bei Vietze am westlichen Hangfuß der 76 m hohen, intensiv verschuppten und verfalteten, saaleeiszeitlichen Höhbeck-Stauchmoräne unterquert die etwa 250 m tiefe Gorlebener Rinne die Elbe. In der Elbe- und Seege-Niederung bei Vietze reicht das versalzte Tiefengrundwasser aus der Rinne auf 30-40 m an die Erdoberfläche heran (s. Abb. 4). 14.Mmeepffl" Sehr wahrscheinlich besteht ein hydrodynamischer Zusammenhang zwischen diesem starken Salzwasseraufstrom in der Nähe der beiden Vorfluter und dem erhöhten Druckpotential der bis 150 m tiefen Süßwasserlinse unter dem Grundwasser-Neubildungsgebiet des Höhbeck, der seine Umgebung bis 50 m überragt. Hierzu stellt die BGR (1995, Seite 72) fest, "„daß die Möglichkeit hydraulischer Verbindungen zwischen der Erdoberfläche und den Grundwasserleitern im Liegenden des Lauenburger-Ton-Komplexes im Bereich des Höhbeck von BGR nicht in Frage gestellt wird. Desgleichen teilt die BGR die Auffassung des Gutachters Duphom, daß vertikale hydraulische Verbindungen zwischen den elsterzeitlichen Sanden an der Basis der Gorlebener Rinne und den oberflächennahen Grundwasserleitern für eine mögliche Radionuklidausbreitung aus einem Endlager von Bedeutung sein können"" (Zitat zu Ende).

 

8. Das Salzwasser-Aufstromgebiet in der Elbe-Löcknitz-Niederung (Projekt Gorleben-Nord)

Der neue Tätigkeitsbericht der BGR (1999) enthält erste Ergebnisse "zur Bewertung des Rückhaltepotentials des Deckgebirges" (S. 115) aus dem von 1996-1998 in der Elbe-Löcknitz-Niederung zwischen Dömitz und Lenzen nachträglich durchgeführten Bohrprogramms Gorleben-Nord. Ich zitiere den Schlußsatz:

"„Die BGR-Untersuchungen ergaben, daß die Süßwassermächtigkeiten in der Elbe-Löcknitz-Niederung durchweg gering sind. Lokal erreichen Salzwässer die Grundwasseroberfläche. Es handelt sich dabei um Ablaugungswässer aus dem Bereich der Salzstöcke Gorleben und Rambow, die in den Grundwasseraufstromgebieten der Elbniederung in verdünnter Form in den oberflächennahen Grundwasserleiter gelangen"".

Ein Blick auf die Abbildung 3 zeigt,Ein Blick auf die Abbildung 3 zeigt, dass etwa die Hälfte des oberen Grundwasserstockwerkes in der Elbe-Löcknitz-Niederung oberhalb 25m unter NN (Meeresspiegelniveau) bzw. 40m unter Gelände versalzen ist. Bei Lenzen und Wootz steigt das Salzwasser bis in die über NN gelegenen Niederterassensande des weichseleiszeitlichen Elbeurstromtals auf. In einer Brunnenbohrung am östlichen Ortsrand von Wootz wurde es bereits bei 8m unter Gelände angetroffen. Der Atlas zur Geologie von Brandenburg (1997) weist sogar auf eine örtliche Grundwasserversalzung an der Erdoberfläche hin.

Dieses etwa 16km lange und bis 3km breite Versalzungsgebiet wird von zwei Hauptquellen gespeist: der Lenzener und der Gorlebener Salzwasserfahne. Letztere wurzelt im weiteren Untergrund des Weißen Moores (s. Kap. 7) und verläßt die Gorlebener Rinne seitlich in einem Überlauf zwischen Meetschow und Wootz nordöstlich von Gorleben (s. Abb. 3). Das Erkundungsbergwerk Gorleben liegt unter dem oberen Grundwassser-Einzugsgebiet dieser 8km langen Salzwasserfahne. Diese besitzt daher bei der quartär- und hydrogeologischen Bewertung des Rückhaltepotentials des Deckgebirges eine besondere Bedeutung.

Die Lenzener Salzwasserfahne kommt vom Salzstock Rambow und erstreckt sich vom Rudower Subrosionssee bei Lenzen entlang der Löcknitz bis nach Dömitz. Der steile Anstieg der Süßwasser-Salzwasser-Grenze vom Höhbeck nach Norden und Nordwesten (s. Abb. 4) deutet darauf hin, dass sie von dort einen zweiten Zubringer erhält.

Besonders kompliziert sind die hydrodynamischen Verhältnisse im nördlichen Teil der Gorlebener Rinne, der im Tiefenbereich unterhalb 200m von Mödlich an der Elbe bis nach Eldenburg an der Einmündung der Alten Elde in die Löcknitz reicht (s. Abb. 1). Die Rinne unterquert dort die Elbe-Löcknitz-Niederung und die Lenzener Salzwasserfahne in voller Breite. Außerdem schneidet sie sich in die NW-Randsenke des Salzstockes Rambow ein und kommt dort in hydraulischen Kontakt mit den grundwasserführenden unteren Braunkohlensanden des Tertiärs, die sich unter der Elbe hindurch nach SW fortsetzen. Daher reagierte auch bei einem Großpumpversuch in der Nähe von Wootz das Grundwasser der Gorlebener Rinne nördlich der Elbe auf die Druckabsenkung hydrodynamischer als im seitlichen Überlaufbereich nahe Wootz, der in Abb. 3 dargestellt ist ( nach einem BfS-Poster bei der Jahrestagung der Arbeitsgemeinschaft Nordwestdeutscher Geologen im Mai 1999 in Salzwedel).

Die hydrogeologischen Karten und Profile der BGR stützen sich auf die Gesamtkonzentration gelöster Bestandteile. Dennmnaoch liegt die dargestellte Süßwasser-Salzwasser-Grenze bei einem Gesamtsalzgehalt von 1000mg/l. Ein salziger Geschmack wird aber bereits darunter wahrgenommen. Deshalb liegt der gesetzliche Grenzwert in der 1998 novellierten Trinkwasserverordnung bei 250mg/l Chlorid. Das gleiche gilt für die entsprechende EU-Richtlinie. Somit müssen die o.g. kartographischen Darstellungen erst einmal den Schutzzielen der deutschen Trinkwasserverordnung und des Europarechts angepasst werden. Dann werden allerdings aus hydraulischen Fenstern hydraulische Scheunentore.

 

9. Schlussbetrachtungen

Die BGR hält sich bei der angestrebten „Bewertung des Rückhaltepotentials des Deckgebirges" (s. Zitat im Kap. 8) hinsichtlich der Projekte Gorleben Süd und Nord nochin ihrem Tätigkeitsbericht 1999 noch zurück. Um so interessanter ist eine Überlegung des BfS. Danach „kann die Verdünnung salzhaltiger Wässer auf Trinkwasserqualität auch langfristig als Sicherheitsfaktor für den Expositionspfad angesetzt werden" (Röthemeyer 1995, S. 334).

Hiermit wird das BfS gebeten, seine Überlegung konstruktiv weiterzuverfolgen, und bei der Bundesregierung darauf hinzuwirken, dass diese Überlegung bei der Neueinschätzung der deutschen Endlagerkonzeption den gesetzlichen Rang eines hydrogeochemischen Ausschlusskriteriums erhält. Das würde zwar für den Endlagerstandort Gorleben das Aus bedeuten; aber diese Neueinschätzung muss mit konkreten, für jedermann nachvollziehbaren Sicherheitskriterien sowie mit mehr Aufklärung, Offenheit und Integration, auch alternativen Ansätzen gegenüber verbunden sein. Nur so können Glaubwürdigkeit und Akzeptanz, die der deutschen Endlagerforschung in 20 Jahren Streit um Gorleben weitgehend verlorengingen, wieder zurückgewonnen werden. Jedoch sollte der Einstieg in den Gorleben-Ausstieg so sorgfältig geplant werden, dass das dort konzentrierte Know how für die angestrebten alternativen und parallelen Standorterkundungen erhalten bleibt.

Die Neuergebnisse der BGR aus dem Bohrprogramm Gorleben-Nord bieten dem BfS die einmalige Chance, den „Langzeitstreit" um Gorleben zu beenden und einem konstruktiven Anstoß für die Neueinschätzung der deutschen Endlagerkonzeption zu geben. Dies wäre eine Lösung, die „alle gut aussehen läßt" (Minister Jüttner im März 1999)!

 

Detlef Appel
Der Salzstock Gorleben und „seine" Kriterien

1. Einleitung

Wegen der Unzugänglichkeit von Endlagern in tiefen geologischen Formationen und des langen Zeitraums, für den die endgelagerten radioaktiven Abfälle eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen, können weder die Entscheidung für einen falschen Endlagerstandort rückgängig gemacht noch die dauerhafte Funktionstüchtigkeit der Endlagerbarrieren durch Überwachung, Wartung und Reparatur sicher gestellt werden. Zudem kann die Langzeitsicherheit eines Endlagers wegen der begrenzten Aussagekraft von Prognosen über die langfristige Entwicklung des Endlagersystems nicht in streng wissenschaftlichem Sinne bewiesen werden.

Beim Nachweis der Langzeitsicherheit geht es daher nicht nur um die tatsächliche Eignung des gewählten Standortes, sondern auch um die Frauge, ob der vorgelegte Eignungsnachweis von der Fachwelt, von den Verfahrensbeteiligten und der interessierten Öffentlichkeit akzeptiert werden kann. Das ist nur dann möglich, wenn das Verfahren für Standortsuche und Eignungsnachweis nicht nur fachlich zuverlässig, sondern auch für alle Verfahrensbeteiligten und die interessierte Öffentlichkeit nachvollziehbar ist. Eine wesentliche Voraussetzung dafür ist Verfahrenstransparenz (s. dazu beispielsweise GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO 1994). Sie kann durch schrittweises Vorgehen und Öffentlichkeitsbeteiligung sowie durch Anwendung eindeutiger, vor Eintritt in das Verfahren festgelegter geowissenschaftlicher Kriterien für Standortauswahl und Eignungsbeurteilung gefördert werden.

Seit der Benennung des Salzstocks Gorleben als Standort für die Errichtung eines Nuklearen Entsorgungszentrums mit Endlager wird heftig über die Aussagekraft der dazu (angeblich) herangezogenen Kriterien gestritten. Nach den ersten unerwartet ungünstigen Erkundungsbefunden aus dem Salzstock-Deckgebirge ("Gorlebener Rinne") konzentrierte sich die Kontroverse auf die "Eignungshöffigkeit" des Standortes. Die Bezeichnung "eignungshöffig" wird von den zuständigen Institutionen seitdem - sozusagen im Sinne eines positiven Entscheidungskriteriums - zur Rechtfertigung der fortgesetzten Standorterkundung benutzt.

Vor diesem Hintergrund wird im folgenden überprüft,

· ob bei der Benennung des Standortes Gorleben geeignete geowissenschaftliche Auswahlkriterien zur Anwendung gekommen sind und

· ob die Eignungshöffigkeit des Standortes Gorleben durch Erfüllung wichtiger geowissenschaftlicher Kriterien belegt und damit die Fortsetzung seiner Erkundung in verschiedenen Verfahrensphasen gerechtfertigt war?

2. Geowissenschaftliche Kriterien bei Standortauswahl und Befundbewertung

Das aus dem Altgriechischen stammende Fremdwort Kriterium bedeutet (DUDEN 1989) "unterscheidendes Merkmal, Kennzeichen bzw. Prüfstein". Kriterien dienen demnach zum einen dem Vergleich verschiedener Objekte anhand charakteristischer Merkmale (Vergleichskriterien), zum anderen der Prüfung, ob bzw. wieweit ein einzelnes Objekt bestimmte (Mindest-) Anforderungen erfüllt (Eignungs- bzw. Ausschlusskriterien).

Bei Standortsuche und Eignungsnachweis für Endlager werden Kriterien benutzt, um von einer größeren Ausgangszahl möglicher Standorte zu denjenigen Standorten zu kommen, an denen die Erkundung mit dem Ziel des späteren Eignungsnachweises begründete Erfolgsaussichten hat. Sodann erlauben sie die Prüfung, ob und wieweit bestimmte qualitative oder quantitative Anforderungen an bestimmten Standorten eingehalten werden. Dabei sind verschiedene Beurteilungsfelder zu unterscheiden (z.B. Raumordnung, Infrastruktur, Geologie), die jeweils mit spezifischen Kriterien berücksichtigt werden müssen.

Für die Standorteignung ist die Funktionstüchtigkeit der geologischen Barriere (die Gesteinskörper zwischen Abfällen und Biosphäre) von überragender Bedeutung. Daher spielen geowissenschaftliche Kriterien bei Standortauswahl und -bewertung eine besondere Rolle. Dabei bestehen allerdings einige methodische Probleme:

· Die Funktionstüchtigkeit der geologischen Barriere ergibt sich aus dem Zusammenwirken verschiedener Einzeleigenschaften ihrer Gesteine, die erst im Laufe eines Auswahl- und Nachweisverfahrens vor Ort erhoben und zu einer übergreifenden Bewertung zusammen geführt werden müssen. Das übergreifende Kriterium zur Beurteilung der geologischen Barriere bei der Vorauswahl von Endlagerstandorten gibt es nicht.

· Es ist nicht möglich, die eignungsbestimmenden geowissenschaftlichen Eigenschaften von Gesteinseinheiten der geologischen Barriere an einem Standort absolut zu bewerten und direkt in eine Eignungsaussage umzusetzen.

· Bei verschiedenen Gesteinen können für die Langzeitsicherheit unterschiedliche Gesteinseigenschaften von Bedeutung sein.

Im Rahmen der Standortauswahl können die Geowissenschaften daher lediglich den Vergleich wichtiger Eigenschaften der geologischen Barriere eines möglichen Endlagerstandortes mit bestimmten Anforderungen bzw. den Verhältnissen an anderen möglichen Standorten leisten. Dazu ist es erforderlich, vorab ein Anforderungsprofil zu formulieren, das sich auf diejenigen äußeren Merkmale der geologischen Barriere bezieht, die erfahrungsgemäß und aus Analogieschlüssen ableitbar für ihre (später detailliert nachzuweisende) Funktionstüchtigkeit bedeutsam sind. Für bestimmte Wirtsgesteinstypen sind dabei spezifische Anforderungsprofile und Kriterien festzulegen.

Bei Endlagern in Salzstöcken sind der Salzgesteinskörper und die ihn umgebenden Gesteine des Neben- und Deckgebirges gesondert zu behandeln; denn beide Einheiten müssen innerhalb des Barrierensystems eines Endlagers spezifische funktionale Aufgaben übernehmen. Beim Deckgebirge, also den Gesteinsschichten zwischen den Gesteinen des Salzkörpers und der Biosphäre, sind das vor allem:

· Schutz der wasserlöslichen Gesteine des Salzkörpers gegen flächenhafte und selektive Auflösung durch strömendes Grundwasser (Subrosion) und Begrenzung der Wassermenge, die über potentiell wasserleitende Gesteine des Salzstocks in den Endlagerbereich gelangen kann.

· Nachhaltige Behinderung des Transports von etwa aus dem Endlager bis an die Grenze Salzgebirge/ Deckgebirge gelangten Radionukliden in die Biosphäre.

Wegen der unterschiedlichen Funktion von Salzgesteinskörper und Deckgebirge sind Sicherheitsdefizite des Deckgebirges durch günstige Eigenschaften der Salzgesteine nicht heilbar und umgekehrt. Ungünstige Deckgebirgsverhältnisse müssen also zum Ausschluss eines Standortes aus dem Verfahren führen. Aus methodischen, aber auch ökonomischen Gründen ist es daher sinnvoll (wie am Standort Gorleben auch geschehen), mit der Standorterkundung von Salzstöcken schwerpunktmäßig beim Deckgebirge zu beginnen; denn die Beurteilung des Deckgebirges ist eine wesentliche Basis der Entscheidung für die kostenintensive untertägige Erkundung des Salzgesteinskörpers.

3. Welche Bedeutung hatten geowissenschaftliche Kriterien für die Standortbenennung Gorleben?

Bei der Diskussion über den Standort Gorleben werden bis heute immer wieder verschiedene geowissenschaftliche Kriterien(kataloge) genannt, die Grundlage für seine Ausweisung durch die niedersächsische Landesregierung im Jahr 1977 und für die Beurteilung später erarbeiteter Erkundungsbefunde gewesen sind bzw. gewesen sein sollen. Die formale Bedeutung bestimmter Kriterien für das Gorleben-Verfahren muss sich aus dem zeitlichen Abgleich ihrer Entwicklung und Anwendung mit wichtigen Phasen des Gorleben-Verfahrens (s. Tab. 1) ableiten lassen. Die geowissenschaftliche Angemessenheit von Standortauswahl und Befundbewertung ergibt sich aus der Eignung der verwendeten Kriterien.

Kriterienkataloge bzw. Einzelkriterien mit (möglichem) Bezug zum Gorleben-Verfahren sind in Tab. 2 zusammengestellt. Sie sind von den (bzw. im Auftrag der) zuständigen bundesdeutschen Institutionen mit unterschiedlicher Zielsetzung entwickelt worden und beziehen sich - zumindest auch - auf Steinsalz als Endlagergestein. Die Eignung der Kriterien für die Auswahl von Endlager-Salzstöcken bzw. die Beurteilung von Erkundungsbefunden geht aus der Spalte "Eignung" hervor.

Nicht enthalten sind die bis heute nicht veröffentlichten Kriterien, die von der niedersächsischen Landesregierung zur Benennung Gorlebens herangezogen worden sind. Nach LÜTTIG et al. (1993) handelt es sich dabei allerdings (im wesentlichen) nicht um geowissenschaftliche Kriterien. Sie können daher von vornherein nicht zur geowissenschaftlich fundierten Standortauswahl bzw. -beurteilung taugen. Von der damaligen Bundesregierung ist allerdings behauptet worden (HARTKOPF 1979), dass die in Tab. 2 als „Gorleben-Kriterien" bezeichneten (vier) Kriterien Grundlage der niedersächsischen Entscheidung für den Standort gewesen wären. Möglicherweise handelt es sich um eine Teilmenge der umfangreicheren Kriterienliste der niedersächsischen Landesregierung.

Zusätzlich wurden in Tab. 2 die sogenannten Sicherheitskriterien für die Endlagerung radioaktiver Abfälle in einem Bergwerk der Reaktor-Sicherheitskommission (RSK 1983) und das Kriterium "Eignungshöffigkeit Gorleben" (PTB 1983) aufgenommen. Wenngleich es sich in beiden Fällen nicht in strengem Sinne um Kriterien handelt, haben sie für das Gorleben-Verfahren bis heute erhebliche Bedeutung. Die RSK-Kriterien enthalten überwiegend allgemeine Vorgaben für Standortwahl und Eignungsbeurteilung. Vor allem sind darin aber die Sicherheitsanalyse als Verfahren für den Nachweis der Langzeitsicherheit von Endlagern und die Grenzwerte in § 45 der Strahlenschutz-Verordnung als Maßstäbe zur Beurteilung der Langzeitsicherheit verbindlich festgeschrieben. Mit "Eignungshöffigkeit Gorleben" ist die erstmals für 1983 belegte Behauptung (PTB 1983) gemeint, dass der Salzstock Gorleben trotz ungünstiger Deckgebirgsbefunde eignungshöffig sei. Diese bis heute aufrecht erhaltene Behauptung soll hier als Ergebnis der Anwendung eines Kriteriums Eignungshöffigkeit aufgefasst werden (s. dazu 4.).

Kriterien(katalog)

Quellen

Anwendungsbereich

Zeit

Eig.

KEWA

(KEWA 1975, SCHMIDT-KÜSTER 1982)

Salzstöcke Norddeutschlands (für NEZ)

1973-1975

? / -

BGR

(BGR 1977)

Salinarformationen

1977

(+)

"Gorleben-Kriterien"

(HARTKOPF 1979)

Salzstöcke Niedersachsens

1977

-

PTB

(PTB 1983)

"Eignungshöffigkeit Gorleben"

1983

-

RSK

(RSK 1983)

Endlagerung in Bergwerk

1983

-

BGR

(BGR 1995b)

Salzstöcke Norddeutschlands

1995

+

Zeit Anwendungszeitraum bzw. Jahr der Veröffentlichung

Eig. Eignung/Angemessenheit der Kriterien für Salzstockauswahl und Befundbewertung

? fraglich

- keine

+ / (+) gegeben, eingeschränkt gegeben (nicht für Salzstöcke)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tab. 2 Kriterien für Standortauswahl und Befundbewertung mit Bezug zum Gorleben-Verfahren

Entgegen häufig wiederholten Behauptungen ist der Standort Gorleben von der Niedersächsischen Landesregierung also ohne den aus Sicherheitsgründen unerlässlichen Bezug zur Langzeitsicherheit des geplanten Endlagers benannt worden. Wegen der herausragenden Bedeutung geowissenschaftlicher Aspekte für die Standortauswahl und -beurteilung ist diese Entscheidung nur als willkürlich und unangemessen zu bezeichnen.

4. Ist Gorleben "eignungshöffig"?

Wegen des allmählichen Informationszuwachses während des Auswahl- und Nachweisverfahrens für einen Endlagerstandort unterliegen alle Eignungsaussagen in frühen Verfahrensphasen einem Vorbehalt. Werden im Zuge der Standorterkundung ungünstigere Verhältnisse angetroffen als zuvor angenommen, müssen die auf dieser Annahme beruhenden Entscheidungen überprüft und möglicherweise revidiert werden. Deswegen gelten Standorte solange lediglich als "eignungshöffig" bzw. "potentiell geeignet" oder (weiterhin) "untersuchungswürdig", bis ihre Eignung durch den Nachweis der Langzeitsicherheit belegt worden ist.

Es ist methodisch und ökonomisch selbstverständlich, dass nur solche Standorte die Bezeichnung eignungshöffig (potentiell geeignet, untersuchungswürdig) erhalten bzw. behalten, an denen das Ziel der Endlagerung (dauerhafter Schutz von Mensch und Umwelt) mit gewisser Wahrscheinlichkeit erreicht werden kann. Eignungshöffige Endlagerstandorte müssen daher nachweislich bestimmte, vorab festgelegte (Mindest-)Anforderungen erfüllen. "Nachweislich" bezieht sich dabei auf die spezifische Aussagekraft der in einzelnen Arbeitsschritten von Standortsuche und -erkundung erhobenen Informationen. Diese Definition des Begriffs "eignungshöffig" ist aus der Rohstoffexploration entlehnt. Die an Bedingungen geknüpfte Vergabe des Begriffes ist auch bei der Auswahl von Endlagerstandorten und in frühen Phasen ihrer Erkundung unerlässliche Voraussetzung, um trotz vorläufigen und im Hinblick auf eine abschließende Beurteilung unzulänglichen Informationsstandes zu sachlich und ökonomisch angemessenen und nachvollziehbaren Entscheidungen zu gelangen.

Demgegenüber verwenden die für die Endlagerung verantwortlichen bundesdeutschen Institutionen den Begriff "eignungshöffig" im Zusammenhang mit dem Standort Gorleben ohne Festlegung von (Mindest-)Anforderungen. Auf diese Weise entziehen sie sich der differenzierten Beurteilung ungünstiger Deckgebirgsbefunde und interpretieren alle Befunde pauschal im Sinne einer Bestätigung der Eignungshöffigkeit des Standortes. Ungünstige Bewertungen der "Eignungshöffigkeit" (im Sinne der oben gegebenen Definition) durch andere Gutachter (u.a. DUPHORN 1983 u. 1993, GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO 1993) werden von ihnen i.a. ohne sorgfältige inhaltliche Auseinandersetzung nicht akzeptiert (BGR 1995a).

Diese aus methodischer und ökonomischer Sicht nicht akzeptierbaren Mängel sind durch die methodisch unzulänglichen Sicherheitskriterien der Reaktor-Sicherheitskommission von 1983 gedeckt (s. 3.); denn die darin für den Nachweis der Langzeitsicherheit von (vorausgewählten) Endlagerstandorten vorgegebene Sicherheitsanalyse kann abdeckend erst dann durchgeführt werden, wenn alle dazu erforderlichen Informationen vorliegen. Das ist erst nach (nahezu) vollständiger, also auch untertägiger Standorterkundung der Fall. Zwischenbewertungen sehen die RSK-Kriterien nicht vor. Der Standort kann von den zuständigen Institutionen daher unabhängig von der Bedeutung konkreter Untersuchungsbefunde für die Eignung solange als "eignungshöffig" bezeichnet werden, bis das Gegenteil bewiesen ist.

Seit 1995 liegt ein Kriterienkatalog zur Identifizierung "untersuchungswürdiger" Salzstöcke im norddeutschen Tiefland vor (BGR 1995b). Er ist gezielt für diesen Anwendungsbereich entwickelt worden und dafür auch grundsätzlich geeignet (GRUPPE ÖKOLOGIE 1998). Auftraggeber war die damalige Bundesregierung. Damit ist die Überprüfung von Gorlebener Untersuchungsbefunden auf Grundlage "offizieller" Anforderungen an Endlager-Salzstöcke möglich geworden. Der Kriterienkatalog ist von den BGR-Autoren selbst auch angewendet worden, allerdings ohne Gorleben einzubeziehen:

Nach dem Vorhandensein ungünstiger oder Fehlen günstiger Standortmerkmale sind schrittweise ("ungeeignete") Standorte mit eignungsmindernden Merkmalen oder Untersuchungsdefiziten ausgeschlossen worden. Das betraf zunächst diejenigen Standorte, bei denen mit zu geringem Volumen des Salzgesteinskörpers im für die Endlagerung vorgesehenen Tiefenbereich (Volumen-Kriterium), einem ungünstigen Aufbau des Deckgebirges (Barriere-Kriterium) und Konflikten bzw. Sicherheitseinbußen auf Grund anderweitiger Nutzung (Kriterium der Unverritztheit) gerechnet werden muss. Diese Einengung führte zu 14 untersuchungswürdigen Salzstöcken (von 41). Nach Ausscheiden von Salzstöcken mit möglicherweise zu geringem Volumen reinen Steinsalzes bzw. Beteiligung unerwünschter Salzformationen blieben drei bzw. (mit gewissem Vorbehalt) vier untersuchungswürdige Standorte übrig.

Für die Anwendung der BGR-Kriterien auf den Salzstock Gorleben wird hier vereinfachend und ungeprüft unterstellt, dass Gorleben das Volumen-Kriterium und das Kriterium der Unverritztheit des ersten Einengungsschritts erfüllt. Maßgebliches Kriterium für die Frage der Untersuchungswürdigkeit bzw. Eignungshöffigkeit des Salzstocks Gorleben wird damit die Barrierefunktion des Deckgebirges. Folgende Merkmale werden als günstig (+) bzw. ungünstig (-) dafür angesehen (BGR 1995b):

+ vollständige Überdeckung des Gipshutes mit tonigen Unterkreide-Sedimenten,

+ vollständige Überdeckung des Gipshutes durch Oberkreide,

+ vollständige oder weitestgehende Überdeckung des Gipshutes mit alttertiären Tonen,

- quartäre Rinnen, die sich tief in Dachsedimente einschneiden,

- Überdeckung mit sandigem Alttertiär ohne Rupelton,

- Überdeckung des Gipshutes nur mit oberoligozänen, neogenen oder quartären Sedimenten (Süßwasserführung, Kontakt mit genutzten Grundwasserstockwerken und damit zur Biosphäre)

Bei keinem der 14 zunächst verbliebenen Salzstöcke fehlen alle genannten günstigen Merkmale und keiner weist alle ungünstigen Merkmale auf. Jedoch weisen alle mindestens eines der günstigen Merkmale auf. Nur bei zwei Standorten sind quartäre Rinnen vorhanden, allerdings ohne dass die Überdeckung des Gipshutes mit tonigen Sedimenten zerstört wäre.

Demgegenüber weist der Salzstock Gorleben mit der bekannten, nicht nur in die Dachsedimente, sondern in den Salzgesteinskörper einschneidenden quartären Gorlebener Rinne keines der genannten positiven Merkmale auf. Er wäre von der BGR also zweifelsfrei nicht als untersuchungswürdig eingestuft worden, wenn er in das Auswahlverfahren einbezogen worden wäre. Das Beharren der für die sichere Endlagerung zuständigen Institutionen auf der Eignungshöffigkeit des Salzstocks Gorleben ist unter diesen Umständen fachlich unverständlich; denn für die Anwendungsbereiche Standortauswahl und Befundbewertung dürfen die Begriffe "untersuchungswürdig" und "eignungshöffig" ohne Zweifel inhaltlich gleichgesetzt werden. Der Standort Gorleben ist also nicht eignungshöffig.

5. Zusammenfassende Wertung

Die Überprüfung der zum Zeitpunkt der Benennung des Standortes Gorleben als Standort für die Errichtung eines Nuklearen Entsorgungszentrum verfügbaren Auswahlkriterien zeigt zweifelsfrei, dass (geeignete) geowissenschaftliche Kriterien bei der Standortauswahl gar keine Rolle gespielt haben können. Die Standortentscheidung ist nicht nachvollziehbar und - gemessen an den Möglichkeiten und Grenzen einer geowissenschaftlich fundierten Standortauswahl - falsch.

Diese Fehlentscheidung hätte nach Vorliegen der ungünstigen Erkundungsbefunde zum Deckgebirge des Salzstocks noch unter ökonomisch günstigen Bedingungen korrigiert werden können. Dem entziehen sich die zuständigen Institutionen jedoch bis heute durch Anwendung einer diffusen Definition des Begriffes "eignungshöffig". Das wird durch methodisch unzulängliche Vorgaben der Reaktor-Sicherheitskommission zur Beurteilung von Endlagerstandorten erleichtert. Bei Anwendung der viel zu spät entwickelten Kriterien der zuständigen Bundesfachbehörde zur Identifizierung untersuchungswürdiger Salzstöcke wäre der Standort Gorleben nicht in die engere Wahl gekommen und niemals als eignungshöffig eingestuft worden.

6. Zitierte Schriften

APPEL, D. (1980): Der Salzstock Gorleben-Rambow als Standort für die Endlagerung radioaktiver Abfälle.- In: Öko-Institut Freiburg (Hrsg.): Probleme und Risiken bei der Endlagerung radioaktiver Abfälle oder Entsorgung heute - die Sorgen morgen.- Öko-Berichte, 9, S. 1-17.

BGR - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (1977): Langzeitlagerung radioaktiver Abfälle. Katalog geeigneter geologischer Formationen in der Bundesrepublik Deutschland.- Bericht zum Studienvertrag Nr. 025-76-9-WASD der Kommission der Europäischen Gemeinschaft.

BGR - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (1995a): Projekt Gorleben. Stellungnahme zu Gutachten, die im Auftrag des NMU zur Eignungshöffigkeit des Standortes Gorleben angefertigt wurden. Abschlussbericht zum Arbeitspaket 9G/31-461000.- Archiv-Nr. 114026

BGR - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (1995b): Endlagerung stark wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen Deutschlands. Untersuchung und Bewertung von Salzformationen.- Archiv-Nr. Hannover 111 089.

DUDEN (1989): Duden. Etymologie - Herkunftswörterbuch der deutschen Sprache.- Meyers Lexikonverlag, Mannheim, Wien, Zürich, 2. Auflage.

DUPHORN, K. (1983): Quartärgeologische Gesamtinterpretation Gorleben.- Abschlussbericht im Auftrag der PTB.- Kiel, Wellington.

DUPHORN, K. (1993): Begutachtung der Eignungshöffigkeit des Salzstockes Gorleben als Endlager für radioaktive Abfälle (Barrierewirkung und Langzeitsicherheit) - Geologie im Bereich des Salzstockes Gorleben.- Im Auftrag des Niedersächsischen Umweltministeriums.

GRUPPE ÖKOLOGIE (1998): Analyse der Entsorgungssituation in der Bundesrepublik Deutschland und Ableitung von Handlungsoptionen unter der Prämisse des Ausstiegs aus der Atomenergie. Abschlussbericht.- Im Auftrag der Heinrich-Böll-Stiftung.

GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO (1993): Gutachten zur "Eignungshöffigkeit" des Salzstockes Gorleben als Endlager für radioaktive Abfälle - Hydrogeologische und hydraulische Verhältnisse im Bereich des Salzstockes Gorleben als Grundlage für die Beurteilung der Eignungshöffigkeit des Standortes für die sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle. Abschlussbericht.- Im Auftrag des Niedersächsischen Umweltministeriums.

GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO (1994): Studie zur Entwicklung von Grundlagen für ein Verfahren zur Auswahl von Endlagerstandorten und Beurteilung ihrer Sicherheit. Abschlussbericht.- Im Auftrag des Niedersächsischen Umweltministeriums.

HARTKOPF, G. (1979): Antwort des Staatssekretärs im Bundesministerium des Inneren, Dr. Günter Hartkopf, auf die Fragen des Abgeordneten Ueberhorst.- Umwelt, 72, S. 38, Bonn.

KEWA - Kernbrennstoff-Wiederaufarbeitungsgesellschaft mbH (1975): Konzept für eine industrielle Kernbrennstoff-Wiederaufarbeitungsanlage.- Frankfurt/Main.

LÜTTIG, G., BREITSCHMID, A., GOLDBERG, G., GRIMMEL, E., KNIPPING, B. & LUX, K.H. (1993): Bericht der Arbeitsgruppe Barrieren.- In: Niedersächsisches Umweltministerium (Hrsg.): Internationales Endlager-Hearing, 21.-23. September 1993 in Braunschweig. Tagungsband II, S. 153-269.

PTB - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (1983): Zusammenfassender Zwischenbericht über bisherige Ergebnisse der Standortuntersuchung in Gorleben.- Braunschweig.

RSK - Reaktor-Sicherheitskommission (1983): Sicherheitskriterien für die Endlagerung radioaktiver Abfälle in einem Bergwerk.- Bundesanzeiger, 2 (1983), S. 45-46, Köln.

SCHMIDT-KÜSTER, W.-J. (1982): Was hat die Bundesregierung für die nukleare Entsorgung getan?- Energiewirtschaftliche Tagesfragen, Heft 2, 1982, S. 3-8, Bonn.

 

Rolf Bertram
Ungelöste strahlen- und kernchemische Probleme bei der Konditionierung und Endlagerung von Atommüll

"...die radioaktiven Abfälle von Atomkraftwerken werden für die Menschheit allmählich eine ebenso große Gefahr darstellen wie die Auswirkungen eines Atomkriegs..."

C.F.BARNABY in Science Journal,1970

 

Im Zentrum der gegenwärtigen Diskussion zur Sicherheit der Endlagerung stehen geologische Fragestellungen. Dabei wird zu wenig beachtet, daß eingelagerte Radionuklide untereinander und mit den Stoffen in der unmittelbaren Umgebung (Glaseinbettung, metallische Umhüllungen und Gestein) kernchemisch und radiochemisch reagieren. Durch diese unvermeidbaren aber bisher kaum untersuchten Prozesse werden Einlagerungsinventar, Containment und Umgebung chemisch und strukturell ständig und irreversibel verändert.

Einleitung

Die wissenschaftliche Diskussion über die Einwirkung radioaktiver Strahlung auf Feststoffe beschränkt sich überwiegend auf primär auftretende Strahlenschäden wie Fehlstellen, Versetzungen, Defektcluster etc.(1).Zu wenig beachtet wird, daß durch die Emission von Gamma-, Beta- und Alpha-Strahlung auf die aussendenden Atome Rückstoßenergie übertragen wird, die in der Regel die Bindungsenergie übersteigt. Die betroffenen Atome verlassen ihren regulären Platz und Bindungszustand im Feststoffverband als energiereiche mehrfach geladene Ionen. Auf ihrem Weg durch die Materie ("track") verursachen sie durch Kollision mit anderen getroffenen Atomen und Molekülen Bindungsbrüche, Ionisierung und energetische Anregung (2).Rückstoßatome können in einer festen Matrix unter sukzessiver Energieabgabe Strecken von einigen Hundert Angström zurücklegen Die durch Kollisionskaskaden (17) herausgelösten und veränderten Atome und Ionen finden sich in anomalen Valenzen auf Zwischengitterplätzen in einer chemisch fremden Umgebung wieder (3). In dieser katalysieren sie als energiereiche Reaktanten vielfältige chemische Festkörperreaktionen (4).Die Abläufe dieser als "Heiße Chemie" (Hot Atom Chemistry, abgekürzt HAC) bezeichneten Reaktionen führen zu meist sehr reaktionsfreudigen Produkten .Durch strukturzerstörende Energieübertragungsprozesse können auf engem Raum erhebliche Energiemengen so angehäuft werden,daß es zu lokalen Überhitzungen ("hot zone") und extremer Beschleunigung chemischer Reaktionen kommt .Bisher ist kaum untersucht worden, inwieweit die verschiedenen prinzipiell energiereichen Rückstoßatome ("heiße Atome") untereinander und mit den Atomen der nächsten Umgebung reagieren. Die wenigen an einfachen Feststoffen experimentell gewonnenen Ergebnisse weisen auf ungewöhnliche, überwiegend radioaktive Reaktionsprodukte und hochreaktive Ionenkomplexe hin.

Die schnellablaufenden Primärprozesse sind für einige einfach aufgebaute Feststoffe (regelmäßige Kristalle) gut untersucht. Für komplexe aus mehreren Komponenten und Phasen bestehende Feststoffe (z.B. verfestigter Atommüll) ist wenig bekannt. Tatsächlich treten durch Selbstbestrahlung im (konditionierten) Atommüll eine Fülle von Zerfallsketten sowie durch Neutronen induzierte Kettenaktivierungen auf (s. Tabellen I,II ).

Die Geschwindigkeiten,mit denen Transmutation und Zerfall ablaufen, bestimmen gleichermaßen die Bildungsgeschwindigkeiten für neue meist radioaktive Atome,die ihrerseits durch Umwandlung eine zweite Generation von Spaltstoffen produzieren usf. Man spricht hier deshalb auch von "Mutter- Töchter- und Großtöchter"-Substanzen.

Im Atommüll treten Neutronen unterschiedlicher Energie auf (polyenergetische Neutronen). Je nach Geschwindigkeit werden an ein und derselben Atomart unterschiedliche (binukleare) Kernreaktionen ausgelöst (s. z.B. die Reaktionen mit Bor- und Chlorisotopen, Tabelle II). Bei jeder durch Neutronen ausgelösten Kernreaktion wird Radioaktivität in Form von Gamma-,Beta- oder Alpha-Strahlung frei. Diese addiert sich zu der Strahlung, die von den neugebildeten Atomkernen und eingelagerten Radionukliden ausgeht. Die durch elastische und inelastische Streuung der Neutronen bewirkten Verlagerungen von Gitterbausteinen können sich zu wachstumsfähigen Agglomerationen und Keimen zusammenschließen und auf diese Weise Mikrophasen bilden. In der Folge können stabilitätsgefährdende Korngrenzenhohlräume und interkristalline Brüche auftreten. Bei anhaltender Neutronenstrahlung sind diese zeitabhängigen Vorgänge irreversibel. Die Strahlenschäden an Art und Struktur des Materials (z.B. der Glasmatrix) nehmen permanent mit der Zeit zu. Bei andauernder Selbstbestrahlung durch eingelagerte Radionuklide überkreuzen und überlagern sich die erwähnten radioaktiven und chemischen Kettenprozesse unter gegenseitiger Verstärkung (Reaktionssynergismus).Im Zuge und als Folge dieser ständigen Neubildungen von reaktionsfähigen Substanzen können auch fluide Phasen und Gase (18) auftreten. In einem solchen Fall kann das unkontrollierbare Reaktionsgeschehen katastrophale Ausmaße annehmen (z.B. Knallgasexplosionen).In jedem Fall werden sich die Wechselwirkungsprozesse mit der Zeit auf die metallische Umhüllung, über den angrenzenden Nahbereich ("backfill") und das umgebende Gestein (Steinsalz) ausbreiten. Die dabei ablaufenden Wirkungsmechanismen und materiellen Veränderungen wurden in aufwendigen und jahrzehntelangen Untersuchungen u.a. des Kernforschungszentrums Karlsruhe (KfK) im Zusammenhang mit Auslaugung und Korrosion kaum berücksichtigt. Bekannt ist, daß beim Auftreten von Rückstoßatomen die Diffusion und der Transport durch die Kontaktzone fest-flüssig und damit die Auflösungsgeschwindigkeit signifikant erhöht werden .

 

Prozesse in spaltstoffdotierten Gläsern (HAW-Glas)

Die Struktur der HLW-Gläser ist äußerst kompliziert. Die verschiedenen Formen der Glasinhomogenität sind mit der gängigen Theorie einfacher Gläser nicht zu erfassen. Übergänge zwischen den inhomogenen Glasstrukturen während der Bildung und Alterung sind nicht einmal in isolierter Atmosphäre und unter konstanten Temperatur- und Druckverhältnissen bekannt, geschweige denn unter den wechselnden Bedingungen und vielfältigen Einflüssen in einem Endlager. Systematische Untersuchungen zur Entmischungskinetik, zum Auftreten von Mikrophasen sowie von Übergangs- und Durchdringungsstrukturen liegen nicht vor. Der Einfluß von Änderungen der Mikrostruktur auf die Stabilität ,die chemische Beständigkeit sowie auf die elektrischen Eigenschaften ist nicht bzw. nicht hinreichend untersucht. Die Erkenntnisse über die Chemie und Struktur der Gläser sind generell noch sehr lückenhaft (5). Experimentelle Untersuchungen wie z.B. elektronenoptische Aufnahmen an Borosilikatgläsern zeigen, daß insbesondere die chemischen Eigenschaften durch Entmischungseffekte stark verändert werden, was für die Auflösung der Glasmatrix und für die Auslaugung dotierter Nuklide besonders bedeutsam ist. Bei Borosilikatgläsern mit hoher Konzentration an Spaltprodukten (HAW-Glas) sind die wesentlichen Effekte bis zum Tag nicht eindeutig interpretierbar (6). Damit sind auch prognostische Aussagen über Stabilität, Strahlenresistenz und Auslaugungsverhalten rein hypothetisch. Die an einfachen Gläsern gewonnenen glaschemischen Zusammenhänge sind auf mehrphasige Glasstrukuren (wie im Fall der HAW-Gläser) nicht übertragbar.

Bekannt ist, daß Borosilikatgläser bereits bei Zugabe geringer Mengen nichtstrahlender Metalloxide verstärkt entmischen. Bis zu 30 Gew.% der Glaskokillen bestehen aus hochradioaktiven Anteilen:. Etwa 40 Elemente darunter U, Pu, Np, Am , die Spaltprodukte Ba, Cs, Eu, Gd, La, Nd, Mo, Pd, Pr, Rb, Rh, Ru, Sm, Tc, Y, Zr....sowie Korrosionsprodukte von Fe, Ni, Cr, Zr .Im Glas sind darüber hinaus sog. Netzwerk- und Strukturbildner wie Li, Na, Al, Ti, CaO, MgO, ZnO vorhanden.

Wie bei den anderen Feststoffen treten auch in Gläsern a - und c -radiolytische sowie andere radiochemische Prozesse auf. Kernchemische Prozesse durch absorbierte Neutronen zeigen auch hier langfristig starke Wirkung. Mit Volumenänderungen, Freisetzung "gespeicherter Energie" in Form von Wärme,- Entstehung von Helium, Sauerstoff, Wasserstoff und Tritium als Gas, Änderung der Auslaugungs- und Auflösungsgeschwindigkeit, makroskopisches "Cracken" ,Bildung neuer Phasen,strahlenbedingte Migration,chemische und strukturelle Veränderungen ist zu rechnen.

Vorliegende Meßergebnisse zeigen, daß frühere Vorstellungen zur Chemie und Strukturumwandlung von Borosilikatgläsern weitgehend korrigiert werden müssen. Bekannt ist, daß energiereiche Strahlung zu Bindungsbrüchen, Zerstörung des Glasnetzwerks und zur Reduktion von Ionen führt. Bis zum Tag sind diese Prozesse,die aus einer Fülle von Mikroprozessen resultieren, noch wenig geklärt. Lange bekannt - aber in diesem Zusammenhang nicht hinreichend berücksichtigt- ist z.B. die Strukturänderung der Gläser unter Einwirkung von Gammastrahlung. An sog. Dosimetergläsern wird dieser Effekt in der Strahlendosimetrie ausgenutzt bzw. bei Strahlenschutzgläsern berücksichtigt. Die zur Strukturänderung führenden Mechanismen sind größtenteils ungeklärt. Bei längerer oder sehr intensiver Bestrahlung kommt es z.B. im Oxidgitter zu irreversiblen Strukturdefekten. Die Bestrahlung mit thermischen Neutronen löst - wie früher erörtert- Kernreaktionen aus, in deren Folge Kernumwandlungen auftreten. Bei langandauernder Bestrahlung kommt es also nicht nur zu strukturellen, sondern auch zu chemischen Veränderungen des Ausgangsmaterials und damit zu veränderten und neuen Reaktionsabläufen. Durch Neutronen-Selbstbestrahlung werden die struktur- und netzwerkbildenden Hauptbestandteilen von HAW-Glas verändert. Es treten zahlreiche z.T. langlebige Radionuklide auf (s. Tabelle I).Da die Hauptbestandteile der Glasmatrix in oxidischer Form vorliegen,werden auch Transmutationen des mengenmäßig dominierenden Sauerstoffs erfolgen, z.B. O-17 zum langlebigen C-14. Silizium als Hauptbestandteil der Glasmatrix wird unter der andauernden Neutronenstrahlung in radioaktive Siliziumisotope (Si-31, Si-32),Radiophosphor (P-32) und Schwefel umgewandelt .Bor, ebenfalls wesentlicher Bestandteil des Glases, wird u.a. umgewandelt in Radiolithium (Li-8), Radiobor (B-12) und Radiostickstoff (N-13). Natrium wird u.a.umgewandelt zu Radionatrium (Na-24).Lithium geht in einer ergiebigen (n,a )-Reaktion in Tritium über usw. (s. Tabelle). Auch von allen anderen Bestandteilen des Glases sind derartige kernchemische Umwandlungen und Zerfallsprodukte bekannt (s. Tabelle I).

 

Tabelle I (Daten zur Erstellung der Tabellen aus 16) )

Aktivierung und radioaktiver Zerfall von Bestandteilen des Borosilikatglases 14)

Hauptbestandteil des Glases

Umwandlungsreaktions, Wirkungsquerschnitt

Aktivierungsprodukt, Zerfallsart (b, c ...)
Halbwertzeit (HWZ)

1. (radioaktives )
Zerfallsprodukt,
Zerfallsart, HWZ

2. (radioaktives) Zerfallsprodukt HWZ, Strahlenart

Ca-48 (n,c ) 1b Ca-49, b -, c , 8,72m Sc-49, b -, c , 57m Ti-49
Si-28 (n,c ) 300mb Si-29    
Si-29 (n,c ) 300mb Si-30    
Si-30 (n,c ) 100mb Si-31,b -, c , 2,62h P-31  
B-10 (n,c ) 600mb B-11    
B-10 (n,a ) 3840b !!! Li-7 (s. Anmerkung) Ea =1,5 MeV, ELi-7=0,85MeV  
B-11 (n,c ) 6mb B-12 ,b -, 20,3ms C-12  
Na-23 (n,c ) 500mb Na-24 b -, c , 14,66h Mg-24  
Li-6 (n,c ) 50mb Li-7 (s.o.)    
Li-6 (n,a ) 9,4b H-3 b -, 12,33a He-3 Ea =2 MeV,
E H-3=2,7MeV
Al-27 (n,c ) 240mb Al-28 b -, c , 2,25m Mg-28  
Zr-92 (n,c ) 300mb Zr-93 b - 106a Nb-93  
Mo-98 15) (n,c ) 130mb Mo-99 b -, c 66h Tc-99 b -, c 2,13.105a Ru-99
Nd-146 (n,c ) 1,3b Nd-147 b -, c 10,99d Pm-147 b -, c 2,62a Sm-147a 1011a
Cs-133 (n,c ) 29b Cs-134 b -, c 2,06a    
O-17 (n,a ) 240mb C-14 b - 5730a N-14  
Ce-136 (n,c ) 10b Ce-137 e , b + 43,3h La-137 e 6.104a Ba-137
Ce-138 (n,c ) 1b Ce-139 e , c 140d La-139  
Ce-140 (n,c ) 600mb Ce-141 b -, c 32,5d Pr-141  
Ce-142 (n,c ) 1b Ce-143 b -, c 32h Pr-143 b -, c 13,57d Nd-143
Pr-141 (n,c ) 10b Pr-142 b -, c 19,13h Nd-142  
La-139 (n,c ) 10b La-140 b -, c 40,27h Ce-140  
Zn-64 (n,c ) 1b Zn-65 e , b +, c 244d Cu-65  
Zn-66 (n,c ) 20l b Ni-63 b - 100a Cu-63  
Zn-68 (n,c ) 1b Zn-69 b -, c 14h Ga-69  
Fe-54 (n,c ) 2,3b Fe-55 e 2,6a Mn-55  
Fe-58 (n,c ) 1,2b Fe-59 b -, c 44,6d Co-59(n,c ) Co-60,40b b -, c 5,27a
Cr-50 (n,c ) 20b Cr-51 e , c 27,7d V-51  
Cr-54 (n,c ) 0,4b Cr-55 e , c 3,56m Mn-55  
Ni-58 (n,c ) 5b Ni-59 e , b + 75000a Co-59 (s.o.)  
Ni-62 (n,c ) 14b Ni-63 (s.o.)    
Ni-64 (n,c ) 1,5b Ni-65 b -, c 2,5h Cu-65  
Ba-138 (n,c ) 0,5b Ba-139 b -, c 1,41h La-139  
Nd-146 (n,c ) 1,3b Nd-147 b -, c 10,99d Pm-147 b -, c 2,62a Sm-147 a 1011a
Nd-150 (n,c ) 1,4b Nd-151 b -, c 12,4m Pm-151 b -, c 28h Sm-151 b -, c 90a
Gd-158 (n,c ) 3b Gd-159 b -, c 18,56h Tb-159  
Gd-160 (n,c ) 800mb Gd-161 b -, c 3,6m Tb-161 b -, c 6,91d Dy-161
Mg-26 (n,c ) 40mb Mg-27 b -, c 9,46m Al-27  
Ti-50 (n,c ) 180mb Ti-51 b -, c 5,79m V-51  
P-31 (n,c ) 200mb P-32 b - 14,26d S-32  

 

Diese Prozesse laufen simultan und unvermeidbar im selben Reaktionsraum ab. Es besteht kein Zweifel, daß die diversen Bestandteile der Glasmatrix und des Radionuklidinventars festkörperchemisch miteinander reagieren.Im beladenen HAW-Glas kommt es mit Sicherheit zu chemischen Reaktionen u.a. zwischen Transuranoxiden und Siliciumdioxid. Vom KfK dazu durchgeführte Untersuchungen bleiben in Ansätzen und fragwürdigen Interpretationen stecken.Die wesentlichen und eigentlich tragenden Effekte der Rückstoßchemie werden nicht einmal erwähnt. Die Chemie in mikroskopisch heterogenen Gläsern, bei denen die Abfalloxide als separate Phasen in die Glasmatrix eingebettet sind, ist kaum erforscht. Das gilt auch für Transportvorgänge (z.B. Diffusion) von Radionukliden aus den feinverteilten radioaktiven Abfalloxiden in die Glasmasse. Die dazu vom KfK publizierten Betrachtungen sind wissenschaftlich anfechtbar und vor dem Hintergrund der Gesamtproblematik unangemessen. Bei diesen publizierten Untersuchungen zur Stabilität und Auslaugung ist bemerkenswert, daß die an hochradioaktiven Abfallgläsern beobachteten von der Rückstoßchemie herrührende Effekte kaum Berücksichtigung finden. Bereits sei 1980 wird von mehreren Forschungsgruppen (7) auf die Bedeutung von im HAW-Glas stattfindenden Kernreaktionen, den dadurch verursachten Strukturschäden und der dadurch drastisch beschleunigten Auslaugung hingewiesen. Die Verglasung bietet demnach keine Gewähr für nachhaltige Isolation und Immobilisation der eingelagerten Radionuklide.

 

Strahlen- und kernchemische Prozesse im Salz

Über die Zersetzung von Steinsalz durch äußere Bestrahlung und den Folgen ist insbesondere von den HARTOG u.a. (8) berichtet worden. Diese Ergebnisse sind von größter Bedeutung, zeigen sie doch, daß Steinsalz als Lagermedium denkbar ungeeignet ist. Bei der Übertragung dieser wichtigen Erkenntnisse auf realistische Endlagerbedingungen ist zu bedenken, daß die radiolytische Zersetzung von NaCl ein wichtiger aber nicht der einzige deformierende Effekt ist. Wie bereits am HAW-Glas gezeigt, können auch im Salz durch Ausbreitung der eingelagerten Radionuklide und durch neutroneninduzierte Kernumwandlungen eine Fülle von weiteren zerstörerischen Prozessen ablaufen. In der Tabelle II sind Aktivierungs- und Zerfallsreaktionen an einigen im natürlichen Steinsalz vorkommenden Elementen zusammengestellt.

 

Tabelle II

Aktivierung und radioaktiver Zerfall von Bestandteilen des Steinsalzes

Hauptbestandteil Steinsalz Umwandlungsreaktion, Wirkungsquerschnitt Aktivierungsprodukt, Zerfallsart (b ,c ...) Halbwertszeit (HWZ) 1.(radioaktives) Zerfallsprodukt, Zerfallsart, HWZ 2.(radioaktives) Zerfallsprodukt HWZ, Strahlenart
Na-23 (n,c )

500mb

Na-24 b -, c 14,66h
(c bis 3,8MeV !!)
Mg-24
Cl-35 (n,c )

45b

Cl-36 e , b - 3.105a S-36,Ar-36(n,c )...è Ar-39 b - 269a
Cl-35 (n,p)

0,5b

S-35 b - 87,5d Cl-35  
Cl-35 (n,a )

9mb

P-32 b - 14,28d S-32  
Cl-37 (n,c )

0,5b

Cl-38 b -, c 37,18m    
K-41 (n,c )

1,5b

K-42b -, c 12,36h Ca-42  
Mg-26 (n,c )

40mb

Mg-27 b -, c 9,45m Al-27  
Ca-40 (n,c )

500mb

Ca-41 b - 1,3.105a K-41  
Ca-40 (n,a )

3mb

Ar-37 e 34,8d Cl-37  
Ca-44 (n,c )

1b

Ca-45 b - 163d Sc-45  
S-32 (n,a )

4mb

Si-29    
S-32 (n,c )

530mb

S-33    
S-33 (n,p)

3mb

P-33 b - 25,3d S-33  
S-33 (n,a )

150mb

Si-30    
S-34 (n,c )

250mb

S-35 b - 87,2d Cl-35  
S-36 (n,c )

170mb

S-37 b -, c 5,7m
(c bis 3,7MeV !!)
Cl-37  
Fe-54 (n,c )

2,3b

Fe-55 e 2,6a Mn-55  
Fe-58 (n,c )

1,2b

Fe-59 b -, c 44,6d Co-59(n,c )Co-60,40b b -, c 5,27a

 

 

 

  Die vom "konditionierten" Atommüll ausgehende Radioaktivität beeinflußt auch die unmittelbare Umgebung des Einlagerungsorts. Vor allem durch die auch geschlossene Behälter durchdringende Neutronenstrahlung kommt es permanent zu chemischen und strukturellen Veränderungen des Salzes. Bereits vor 30 Jahren war bekannt, daß in Salzkristallen unter der Einwirkung von Neutronen die Radioisotope von Chlor (Cl-36) und Natrium (Na-24) sowie Radioschwefel (S-35) und Radiophosphor (P-32) gebildet werden (9).

In der zugänglichen Literatur zum Atommüll finden sich viele Hinweise für die unmittelbaren Strahlenschäden, aber so gut wie nichts über die dadurch ausgelösten chemischen Folgereaktionen. Das ist umso bemerkenswerter als alle Glieder der Zerfalls- und Umwandlungsketten Ausgangspunkt für radiochemische und thermochemische Reaktionen sind. Die Tatsache, daß es bisher keine sichere Methode gibt, den Valenz- und Bindungszustand der Rückstoßatome und Ionenfragmente im Salz zu untersuchen, darf nicht zu der Annahme führen, daß diese Bestandteile nicht festkörperchemisch reagieren können. So lange keine flüssigen oder gasförmigen Produkte gebildet werden laufen diese auf die schnellen Primärprozesse folgenden chemischen Reaktionen diffusionskontrolliert also langsam ab. Dennoch ist eine totale Umstrukturierung und stoffliche Veränderung bereits in den ersten Tausend Jahren der Einlagerung unvermeidbar. Die Fülle der schließlich miteinander vermischten und prinzipiell zu Reaktionen befähigten Bestandteile ist infolge des unaufhaltsamen Zerfalls und der damit gekoppelten Neubildung von Produkten extrem groß und nicht überschaubar. Experimentelle Untersuchungen, die sich nur über Wochen oder längstens über einige Jahre hinziehen, können nur an simulierten Gemischen und unter definierten Strahlungsbedingungen durchgeführt werden. Schlussfolgerungen aus den daraus gewonnenen Erkenntnissen auf die tatsächlichen Ereignisse in einem Endlager sind höchst fragwürdig, da das Endlagerinventar und die Endlagerbedingungen wie Druck, Temperatur und Strahlung in ständiger Wandlung begriffen sind. Alle Betrachtungen zur Sicherheit von Endlägern, die diesen Sachverhalt nicht berücksichtigen, sind logischerweise unvollständig (10).

 

Reaktionen zwischen Salz, HAW-Gläsern und Containment

HAW-Gläser sind gekennzeichnet durch hohe Strahlenbelastung und Wärmeproduktion. In Form von Glasblöcken oder Pellets in Edelstahlbehältern soll die Einlagerung in Salzformationen erfolgen. Die heiße Phase, in der die Temperatur der Behälter zwischen 90-250 o C liegt, wird mit 300 bis 500 Jahren abgeschätzt. Bei den Stabilitätsbetrachtungen wird das Eindringen von Wasser und die Entstehung hochkonzentrierter Salzlösungen ("Q-brines") diskutiert. Dabei wurde übersehen (?!), daß unter Endlagerbedingungen auch in "trockenen", wassergeschützten Salzformationen die Bildung von fluiden Phasen möglich ist. In carnallitischen Bereichen z.B. kommt es bei Temperaturen um 390 K und leichtem Überdruck (unter dem eigenen Dampfdruck) zur Bildung von Salzhydratschmelzen (11), deren physikalisch-chemische Eigenschaften wie Auflösungs- und Korrosionsverhalten aus den Eigenschaften der Salzlösungen nicht zu erschließen sind. Offensichtlich durch thermische Hydrolyse bedingt entsteht ein höchst aggressives fluides Medium, Glas wird korrosiv angegriffen, relevante Metalloxide gehen nach kurzer Zeit in Lösung. Wechselwirkungen zwischen Behältermaterial, Glasmasse und Salzlösung stellen also nur ein mögliches Szenario dar. Wie am Beispiel der Hydratschmelzen gezeigt, sind Reaktionen zwischen Behälter und Salz - im Gegensatz zur gängigen Meinung- nicht an die Präsens von Wasser oder wässrigen Salzlösungen gebunden.

Bisher ist nicht bekannt, nach welchen Mechanismen elektrochemische Korrosionsreaktionen (19) zusammen mit anderen zersetzenden Grenzflächenreaktionen unter Strahleneinfluß ablaufen. Im Verlauf dieser komplexen bisher nicht beachteten Prozesse entstehen Reaktionsprodukte, die äußerst aggressiv sein können und auf die Auflösungs- und Korrosionsprozesse verstärkend rückkoppeln. Auf jeden Fall kommt es im Nahbereich der Phasengrenzen Glas/Metall und Metall/Salz zu chemischen und strukturellen Veränderungen im Salz, im Behältermaterial und im Glas. Die Kenntnisse über die Kinetik heterogener simultan ablaufender Reaktionen ist generell noch sehr lückenhaft. Eine Kinetik der hier erwähnten relevanten Prozesse ist bis zum Tag nicht bekannt. Eine wissenschaftlich belastbare Vorhersage über Art und Menge gebildeter Stoffe sowie über das Auflösungs- und Korrosionsverhalten ist daher nicht möglich. Damit sind für die Eignung entscheidende Eigenschaf-ten des Einbettungsmaterials (Salz, Glas) und deren Wechselwirkungen sowie die Mechanismen über den Angriff von Wasser und Laugen auf spaltstoffdotierte Gläser weitgehend unbekannt. Der Angriff von Salzschmelzen und Salzhydratschmelzen auf Gläser ist systematisch bisher nicht untersucht worden.

Bei der durch Strahlung aktivierten Korrosion (12) ist zu unterscheiden zwischen Bestrahlung von außen und Selbstbestrahlung durch in der flüssigen oder festen Phase enthaltenen radioaktiven Teilchen. Im ersten Fall findet die Radikal- und Peroxidbildung im wesentlichen in der von Strahlung getroffenen Phasengrenzschicht ,also in der Kontaktzone zwischen Festkörper und Flüssigkeit, statt. Für Beta- und Gammastrahlung liegen diesbezüglich viele Untersuchungen an Metallen vor. Aus den Ergebnissen ist ein einheitlich geltendes Modell nicht abzuleiten. Fest steht, daß durch Radiolyseprodukte der anodische Prozess verstärkt wird. Die Teilreaktionen dieses Prozesses sind so komplex und von Metall zu Metall so unterschiedlich, daß eine Übertragung der Erkenntnisse von einem Festkörper auf den anderen nicht oder nur im Sinne eines Trends möglich ist. Bei der Bildung von Oxidschichten sind die durch Strahlung in der Oxidschicht bewirkten Defekte zu berücksichtigen. Diese simultan ablaufenden Festkörperreaktionen sind mit den Flüssigkeitsreaktionen gekoppelt. Bei der Korrosion unter Selbstbestrahlung gibt es beträchtliche Unterschiede bei den Elementarmechanismen für den Fall, daß die Radioaktivität von den im korrodierenden Festkörper enthaltenen Radionukliden ausgeht und für den Fall, daß die Radioaktivität von den in der flüssigen Phase gelösten oder suspendierten Radionukliden stammt. Diese Tatsache wird in der bisher vorliegenden Literatur nicht berücksichtigt. In beiden Fällen wird die Grenzschicht als Sitz des elektrochemischen Potentials so beeinflußt, daß der Korrosionsstrom und damit die Korrosionsgeschwindigkeit ansteigt. Durch Ionisierung entstandene Radiolyseprodukte in der flüssigen Phase greifen in den Korrosionsvorgang entweder direkt oder/und durch Verschiebung des pH-Wertes ein. Bei der Selbstbestrahlung treten im Festkörper bleibende Kristallbaufehler aller Art und damit Änderungen hauptsächlich der elektrischen Eigenschaften auf (z.B. durch Frenkeldefekte und Versetzungen). Die unvermeidliche Kopplung der verschiedenen simultan ablaufenden Effekte erlaubt derzeit nur grobe qualitative Voraussagen. Diese weisen ausnahmslos auf eine Zunahme der Korrosion hin. Bei der Korrosion über große Zeiträume (Jahre, Jahrhunderte) ist die durch Neutronen ausgelöste Auflegierung von Metallen bzw. die stöchiometrische Veränderung anderer Festkörper und die damit verbundene Änderung der elektrochemischen Eigenschaften zu beachten. Die letztgenannten Langzeiteffekte sind bisher nicht näher untersucht worden.

 

Modellierungen ohne Wert

Langzeitsicherheitsanalysen (besser Prognosen genannt) beruhen nicht auf Erfahrung und/oder realitätskonformen Experimenten. Sie sind im wesentlichen das Ergebnis von Modellierungen und Simulationsexperimenten. Zur Erstellung von Prognosen für Verbleib und Verhalten von Atommüll in Endlägern muß man zwischen "Objektmodellen" und "Funktionsmodellen" unterscheiden. Zu den Objektmodellen gehören z.B. die Abstraktionen von geologischen Formationen oder von Verteilungsmustern radioaktiver Stoffe nach einer bestimmten Lagerzeit (z.B. 10.000 Jahre).Mit Funktionsmodellen sollen z.B. Ereignisabläufe im Endlager beschrieben werden. Dazu zählen die Energieübertragungsmechanismen auf Materialien (Containment, Glas, Salz) bei Bestrahlung, die dadurch ausgelösten kern- und radiochemischen Prozessketten, Folgewirkungen auf Stabilität und Rückhaltevermögen, Beeinflussung von Strahlungsfeld- und Transportgrößen u.v.m.. Zur (mathematischen) Modellierung von Strahlenschäden ist die Kenntnis folgender Parameter notwendig:

Art, Dichte und Struktur der strahlenabsorbierenden Materie

Art der Strahlung, sowie

Energie- und Richtungsverteilung (z.B. der wirksamen Neutronen im Zielvolumen, Än

derung des Neutronenspektrums),

Eigenschaften der Strahlungsquelle (z.B. Punkt-, Flächen- oder Raumquellen)

Einfluß der Wechselwirkungsprozesse auf die Strahlungsfelder u.s.w.

Nur bei Berücksichtigung aller Einflußgrößen (Parameter) sind brauchbare Informationen über die tatsächlichen Strahlenschäden zu erwarten. Über deren Veränderung und gegenseitige Beeinflussung im Verlauf der Lagerung ist so gut wie nichts bekannt. Im Falle einer Endlagermodellierung überlagern sich Objekt- und Funktionsmodelle. Sie sind voneinander nicht unabhängig und bedingen sich gegenseitig. Ständige Verwandlung von Art, Menge und Aktivität macht eine Kalkulation über große Zeiträume unmöglich. Untersuchungen, die in den letzten zwanzig Jahren zu diesem Thema angestellt wurden, führen zu der Erkenntnis, daß die Phänomene sehr viel komplizierter sind als bisher angenommen (13).

 

Resümee

# In einem Endlager liegen strahlentoxisch und chemotoxisch höchst gefährliche Stoffe vermischt vor z.B. Plutonium, Americium, Tritium, Radiokohlenstoff.

# Unter dem Einfluß von Neutronen, ionisierender Strahlung und Wärme werden neue Radionuklide und Verbindungen gebildet.

# Jede radioaktive Substanz löst eine sehr komplizierte nicht verhinderbare Reaktionsfolge aus.

# Die Zusammensetzung des Atommülls verändert sich qualitativ und quantitativ mit der Zeit.

# Das Stoffinventar in einem Endlager ist - wenn überhaupt - nur bei Einlagerungsbeginn bekannt.

# Eine Prognose über die Veränderung des chemischen und radioaktiven Inventars ist wegen der stofflichen Vielfalt, der unbekannten Reaktionschritte und der nicht kalkulierbaren Einflüsse unmöglich.

3.12.1999, Physikalische Chemie, TU Braunschweig

priv. Am Klausberge 27, 37075 Göttingen

 

Literatur

(1) NABARRO F.R.N.,"Theory of Crystal Dislocations",Clarendon Press,Oxford (1967)

CATLOV C.R.A.(ed.)"Defects and Disorder in Crystalline and Amorphous Solids", ASI C 418, Kluver Acad.Publ.,Dordrecht (1994)

GOTTSTEIN G. "Physikalische Grundlagen der Materialkunde",Springer,Berlin (1998)

REED-HILL R.E. "Physical Metallurgy Principles",van Nostrand Comp.,N.Y, (1973)

JULLIEN R.,J.KERT´ESZ,D.E.WOLF (ed),"Surface Disordering:Growth,Roughening,and Phase Transitions",Nova Science Publ.,Commac,N.Y. (1993)

SCHMIDT R. "Ausscheidungsphänomene in Werkstoffen",Dt Verl.für Grundstoffind.,Leipzig (1991), ISBN 3-342-00414-2

(2) ADLOFF J.-P.,u.a.(ed.) "Handbook of Hot Atom Chemistry",VCH,Weinheim,(1992

MUSIOL G. u.a.,"Kern- und Elementarteilchenphysik",Verl.Chemie,Weinheim (1988)

HERTZ G. "Lehrbuch der Kernphysik",Bd.II,B.G.Teubner Vlg.,Leipzig (1960)

HARBOTTLE G.,"Hot Atom Chemistry in Inorganic Solids" in Hot Atom Chemistry Status Report, Panel Proceedings Series,S.19 , Internat.Atom.Energ.Agency,Wien (1975)

(3) LIESER K.H. "Einführung in die Kernchemie",Verl.Chemie,Weinheim (1990)

FRIEDLÄNDER G. u.a.,"Nuclear and Radiochemistry",J.Wiley,N.Y. (1981)

CHOPPIN G.R.,J.RYDBERG,"Nuclear Chemistry-Theory and Applications",Pergamon Press, N.Y.(1980)

MAJER V. "Grundlagen der Kernchemie",Carl Hanser Vlg.,München,Wien (1982)

MÜLLER H.,"Chemische Folgen von Kernumwandlungen in Festkörpern", Angew.Chem.79(3),128(1967)

MÜLLER H.u.a."Chemical Effects of Nuclear Transform.in Mixed Crystals", Radiochim.Acta 65,47 (1994)

SIMNAD M.T., L.R. ZUMWALT, „Diffusion of Fission Products and Transmutation Products in Non-Fuel Materials", in SHEELY W.F. (ed.) „Radiation Effects", Met. Soc. Conf., Vol. 37, Gordon and Beach Sc. Publ., N.Y. (1965)

STÖCKLIN G."Chemie heißer Atome",Verl.Chemie (1969)

DRAGANIC I.G. u.a.,"Radiation and Radioactivity on Earth and Beyond",CRC Press,London (1993)

(4) BOLDYREV V.,MEYER K.,"Festkörperchemie",VEB-Verl.,Leipzig (1973)

HAUFFE, K., „Reaktionen in und an festen Stoffen", Springer, Berlin (1966)

KREBS H.,"Grundzüge der anorganischen Kristallchemie",F.Enke Verl.,Stuttgart (1968)

ORMONT B.F.,"Einführung in die physikalische Chemie und Kristallchemie der Halbleiter",Akademie Verl.,Berlin (1979)

BUGAENKO L.T. u.a.,"High-Energy Chemistry",Ellis Horwood,N.Y. (1993)

IAEA ,"Chemical Effects of Nuclear Transformations,Vol.I,Vol.II",IAEA,Wien (1965)"

(5) VOGEL W. "Glaschemie",VEB Deutsch.Verl.f.Grundstoffind.,Leipzig (1979)

(6)(eine Auswahl)

LUTZE W. "Verglasung von toxischen,insbesondere hochradioaktiven Abfällen",KfK-Bericht 5267 (Dezember 1993),s.auch ausführliches Literaturverzeichnis

DIENST W."Materialverhalten unter Bestrahlung",KfK Bericht 5403 (September 1994)

(7) DRAN J.C.,M.MAURETTE,J.C.PETIT,"Radioactive Waste Storage Materials:?-Recoil Aging" Science,Vol.209,1518 (1980)

COUSENS D.R.,S.MYHRA,"The effects of ionizing radiation on HLW glasses", J.Non-Cryst.Solids,54(3),345-65 (1983)

YOUNG J.P.,R.G.HAIRE u.a.,"Chemical and Physical Consequences of ? and ?- Decay in the Solid State" in BARNEY G.S.u.a.(ed.)"Geochemical Behavior of Disposed Radioactive Waste",ACS AS Symp.Ser. 246,ACS,Washington (1984)

DIMOTAKIS P.N.,"Effect of the (n,?) Nuclear Reaction of B-10 and Li-6 on the Retention of Nuclear Recoil Atoms in Solids",in"Chemical Effects of Nuclear Transformations, Vol.II",S.71,IAEC,Wien (1965

(8) den HARTOG H.W.,J.C.GROOTE,J.R.W.WEERKAMP,"Radiation Damage in NaCl"in CATLOV C.R. A.(ed.)"Defects and Disorder in Crystalline and Amorphous Solids", ASI C 418, Kluver Acad.Publ.,Dordrecht (1994)

VAN OPBROEK G., H.W. DEN HARTOG, „RADIATION DAMAGE OF NaCl: DOSE RATE EFFECTS", J. Phys. C: Solid State Phys., 18 (1985) 257.

SOPPE W.J., „COMPUTER SIMULATION OF RADIATION DAMAGE IN NaCl USING A KINETIC RATE REACTION MODEL", J. Phys.: Condens. Matter 5 (1993) 3519

LEVY P. W., J. M. LOMAN, J. A. KIERSTEAD, „RADIATION INDUCED F-CENTER AND COLLOID FORMAION IN SYNTHETIC NaCl AND NATURAL ROCK SALT: APPLICATIONS TO RADIOACTIVE WASTE REPOSITORIES", Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B1 (1984) 549.

(9) KASRAI M.,A.G.MADDOCK,J.H.FREEMAN,"Chemical Effects of Nuclear Transformations in the Alkali Chlorides" Trans.Farad.Soc.67,2108 (1971)

MADDOC A.G.u.a. "The Chemical Effects of Nuclear Transformations in the Alkali Chlorides: Part I. Factors Determining the Behaviour of the S-35",in "Chemical Effects of Nuclear Transformations,Vol.II",S.41,IAEC,Wien (1965)

CIFKA J.,"Photo-Annealing and Thermal Annealing of P-32 Recoils in Neutron-Irradiated Potassium Chloride",in "Chemical Effects of Nuclear Transformations,Vol.II",S.71,IAEC,Wien (1965)

(10) SHRADER-FRECHETTE K.S.,"Burying Uncertainty,Risk and the Case against Geological Disposal of Nuclear Waste",University of California Press,Berkeley (1993)

(11) EMONS H.H.,Electrochem.Acta,Vol.33,1243 (1988)

SCHMIDT W.A."Beiträge zum Verständnis der Elektrochemie einer Hydratschmelze des Typs Magnesiumchloridhexahydrat",Dissert.TU Braunschweig, ISBN 3-9322243-91-9 (1997)

(12) BJALOBZESKIJ A.V.,"Korrosion durch radioaktive Strahlung", Akad.Vlg, Berlin (1971)

HARWOOD J.u.a.,"The Effects of Radiation on Matrials",Verl.Reinhold,N.Y. (1958)

UHLIG H.H.,"Korrosion und Korrosionsschutz",Akad.Verl.,Berlin (1975)

SMAILOS E. u.a.,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,257,399 (1992)

SMAILOS E.u.a.,"Corrosion Testing of Selected Packaging Materials for Disposal of High-Level Waste Glass in Rock Salt Formations" KfK 4723 (Mai 1990)

(13) SHRADER-FRECHETTE K.S.,"Burying Uncertainty,Risk and the Case against Geological Disposal of Nuclear Waste",University of California Press,Berkeley (1993)

BERTRAM R."Den bereits vorhandenen Bedenken gegen die Einlagerung und den Transport von Atommül sind aus physikalisch-chemischer Sicht weitere hinzuzufügen" Strahlentelex 290-291,9 (1999)

KÖHNLEIN W.u.a.(ed.),"Berichte des Otto Hug Strahleninstituts", Bericht Nr.19-20 (1998),ISSN 0941-0791

REID E.,"Rock Solid-The Geology of Nuclear Waste Disposal",ISBN 1 870781 03 1

HERRMANN A.G.,"Radioaktive Abfälle-Probleme und Verantwortung",Springer,Berlin (1983)

(14) GUBER W.u.a."Herstellung und Charakterisierung eines verbesserten Borosilikatglases zur Verfestigung von hochradioaktiven Spaltproduktlösungen (HAW),Teil 1, KfK-Bericht 2721(August 1979)

MATZKE Hj.,E.VERNAZ,"Thermal and physicochemical properties important for the long term behavior of nuclear waste glasses",J.Nucl.Materials 93,1 (1993) s.auch: LUTZE aus 6) sowie Cousens aus 7)

15) HIRSCH E.H.,"A New Irradiation Effect and Its Implications for the Disposal of High Level Radioactive Waste",Science,Vol.209,1520 (1980)

16) WILSON B.J. (ed.) "The Radiochemical Manual",2.Ed.,The Radiochemical Centre, Amersham (1966)

DZHELEPOV B.S.,L.K.PEKER "Decay Schemes of Radioactive Nuclei",Pergamon Press, Oxford, N.Y. (1961)

ERDTMANN G. "Neutron Activation Tables",Verlag Chemie,Weinheim,N.Y. (1976)

IAEA "Handbook on Nuclear Activation Data",Technical Rep.Ser.No 273,Wien (1987)

LIESER K.H. "Einführung in die Kernchemie",Verl.Chemie,Weinheim (1990)

WEAST R.C. u.a.(ed.),"CRC-Handbook of Chemistry and Physics",47th Ed., The Chemical Rubber Co.,Cleveland (1966)

(17) RÖSSLER K., „Thorium Recoil Reactions" in Gmelin Handb. Anorg. Chem. 8th Ed., TH Suppl. Vol. A 4,5 S. 199, Springer (1997)

RÖSSLER K., „Uranium Recoil Reactions" in Gmelin Handb. Anorg. Chem. 8th Ed., Vol. A 6, 5 S. 135, Springer (1983)

RÖSSLER K., „Computer Simulation of Collision Cascades in Solids", in ADLOFF u. a. s. (2)

(18) KALETTA D., „The Role of Gases in Radiation Damage Patterns", KFK-Bericht 2889 (1979)

SMAILOS E. u.a., „Berechnungen zur Radiolysegasbildung..." KFK-Bericht 2076 (1978)

(19) KRAFT A., K.-H. Heckner, „Neutron Irradiation Induced Effects on the Electrochemical Current-Voltage Characteristics of n-GaAs", Radiat. Effects and Defcts in Solids, 138, 103 (1996)

GRAMBOW B., A. Loida u.a., „Reaction of High Burnup Spent Fuel and UO2 in Saline Brines at Room Temperature", KFK-Bericht 5377 (1994).

 

Vor einigen Jahren beabsichtigte man auch in den Niederlanden, den hochradioaktiven Abfall in Salzstöcken endzulagern. Das Institut für Feststoffphysik von Professor den Hartog in Groningen erhielt den Auftrag, die grundsätzliche Eignung eines Salzstocks für diesen Zweck zu prüfen. Seit nunmehr über 15 Jahren arbeitet das Institut daran und hat alarmierende Ergebnisse vorzuweisen, die darauf deuten, dass eine Endlagerung in Salz zu unerwarteten und vermutlich unbeherrschbaren Gefahren führen kann:

 

Salz wird durch radioaktive Bestrahlung zersetzt und dabei hochexplosiv!

In den Plänen der niederländischen Regierung steht deshalb der Passus, dass "die Probleme in Verbindung mit der radioaktiven Schädigung von Salz nicht gelöst sind".

In Deutschland ist man hinsichtlich einer radiolytisch bedingten explosiven Zersatzung von Salz nicht auf dem neuesten Informationsstand und hält diese Gefahr deshalb für nicht gegeben. Das könnte sich als gefährlicher Irrtum erweisen, wenn man die neueste Arbeit von Professor den Hartog liest (Veröffentlicht in: Radiation Effects and Defects in Solids" Heft 152/2000, Seiten 23 bis 37).

Wir bringen hier eine übersetzte und um Fachausdrücke gekürzte Fassung. Eine nochmals kürzere Fassung hatte Prof. den Hartog während der BI Tagung am 9 Oktober 1999 in Dannenberg vorgetragen.

 D.I. Vainshtein und H.W. den Hartog

Explosive Zersetzung von hochradioaktiv bestrahltem Salz (NaCl)

In Salz (chemische Formel NaCl) können während oder nach ionisierender Bestrahlung Explosionen eintreten, wenn die Temperatur 100 - 250°C erreicht. Durch die Bestrahlung wird Salz in Na (Natrium) und Cl2 (Chlor) zersetzt. Dabei wird Energie gespeichert. Salz, eine an sich sehr stabile chemische Verbindung, wird plötzlich instabil und in ein hochenergetisches Material verwandelt. Bei der Zersetzung entstehen zwischen den gitterförmig angeordneten Salzkristallen winzige Leerstellen, sog. Voids. Deren Durchmesser liegt im Bereich von tausenstel Millimetern (µm).

In diesen Voids laufen Vorgänge ab, die zu kleinen Explosionen führen. Im Labor zeigte sich, dass die Explosionsneigung umso stärker wurde, je größer der Durchmesser der Voids war. Die Instabilität infolge der Zersetzung leitet vermutlich in Verbindung mit großen Voids das explosive Freiwerden der gespeicherten Energie ein, in vielen Fällen einhergehend mit charakteristischen (Explosions) Geräuschen. Die von den Explosionen erzeugten Stoßwellen regen weitere, sich fortpflanzende Reaktionen an.

 

 

Feststoffe werden durch ionisierende Strahlen instabil und zersetzen sich.

Es gibt bisher noch sehr wenig Informationen über die explosive Zersetzung von Feststoffen, die durch ionisierender Strahlung instabil geworden sind. Bereits 1958 wurden Untersuchungen veröffentlicht, denen zufolge viele Materialien bei Bestrahlung keine erhöhte Explosionsneigung zeigten. 25 Jahre später beobachteten andere Wissenschaftler jedoch eine erhöhte Empfindlichkeit des bekannten Sprengstoffs HMX (Cyclotetramethylentetranitramin) bei relativ geringen Dosen ionisierender Strahlung (z.B. 7,5 Megarad); 10 Mrad führten sogar zu spontanen Explosionen.

Wir haben erstmals nachgewiesen, dass sich auch ein stabiler Feststoff wie NaCl nach starker Bestrahlung (Strahlungsdosen über 150 Gigarad) zersetzt. Die Zersetzung steht nicht in Verbindung mit der Expansion von Chlorgas, das sich möglicherweise während der Zersetzung in winzigen Bläschen sammeln könnte. In diesem Fall müsste das Gewicht der Proben abgenommen haben, da während der Zersetzung Chlorgas austreten würde. Wir haben jedoch festgestellt, dass das Gewicht der Proben sich nicht veränderte. Tatsächlich ist der auffälligste Effekt eine explosive Zersetzung während des Höhepunktes einer schnell ablaufenden, chemischen Reaktion, die sich deutlich von einer Zersetzung aufgrund der Expansion von Chlorgas unterscheidet. Durch die spontane Zersetzung wird eine Stoßwelle erzeugt.

 

Ursache der explosionsartigen Zersetzung

Andere Wissenschaftler haben gezeigt, dass Stoßwellen in Sprengstoffen von Lunkern und Fehlstellen im Sprengstoff verstärkt werden. Dies war ein sehr wichtiger Beitrag zur Entwicklung von Modellen zur Beschreibung von Reaktionen in explosiven Feststoffen. Man hat Sprengstoffproben im Labor Stoßwellen ausgesetzt und es schien, dass die entstehende Welle, die sich innerhalb des Sprengstoffs fortpflanzte, gestört war, was bedeutet, dass es in dem an sich homogenen Material kleine Gebiete von Unregelmäßigkeiten gab, in denen exotherme (= wärmeabgebende) Reaktionen ablaufen können. Aus dieser Beobachtung entstand das Konzept der Stoß-Einleitung bei Explosivstoffen. Sogenannte Hot Spots spielen dabei eine wichtige Rolle. Als Hot Spot bezeichnet man die Stelle, an der die explosive Reaktion beginnt. Meistens liegt diese an einem großen und instabilen Void. Die Reaktion erfolgt äußerst schnell, weshalb die genauen Abläufe noch nicht genau bekannt sind.

Exotherme Reaktionen können das Freiwerden von Reaktionsenergie, auch in bemerkenswertem Abstand vom Hot Spot, durch hochenergetische Stoßwellen stimulieren. Erst vor kurzem haben die Wissenschaftler Lee und Tarver gefolgert, dass der Energieaufbau in der Stoßwelle zur völligen Zersetzung führen kann. Damit eine Anregung und dann die explosive Zersetzung erreicht wird, muss die exotherme Reaktion sehr schnell ablaufen.

Unsere bestrahlten Proben benötigten keine Stoßwellen aus externen Quellen, um die explosive Zersetzung einzuleiten, denn diese wurde innerhalb des bestrahlten Materials autokatalytisch (= selbstauslösend) durch die Instabilität großer strahlungsbedingter Voids ausgelöst. Verschiedentlich haben wir festgestellt, dass die Explosionen der NaCl-Proben während der Bestrahlung erfolgten und die am stärksten durch die Bestrahlung zersetzten Proben dabei total zerstört wurden. Bei vielen stark bestrahlten Proben haben wir die Explosionen mit schneller Videotechnik in Verbindung mit optischer Mikroskopie während der Erwärmung auf einen Temperaturbereich von 100 bis 250°C aufgezeichnet. Wir stellten eine Korrelation zwischen der Größe der Voids und der Explosionsneigung der bestrahlten Proben fest. Außerdem explodierten Proben mit großen Voids bei niedrigeren Temperaturen .

 

Versuchsergebnisse

Abb. I zeigt eine Elektronen-Mikroskop-Aufnahme eines Versuchs mit NaCl : K; Probe bei 100°C bestrahlt mit 150 Grad, Dosisleistung 100 Mrad/h. Es handelt sich sich um eine schwer geschädigte Probe, bei welcher etwa 8% der NaCl-Moleküle in Na und Chlor umgesetzt sind. Die dunklen Bereiche stellen Voids dar. Die kleinen hellen Punkte sind Unregelmäßigkeiten, die sich bilden, wenn die Proben der Umgebungsluft ausgesetzt werden.

Möglicherweise stammen diese Punkte aus Produkten, die an der Oberfläche aus Reaktionen zwischen Na-Colloiden und Wasserdampf oder Colloiden und Sauerstoff gebildet werden. Anzahl und Größe der hellen Stellen nehmen mit zunehmender Zeit der Aussetzung an Luft zu. Ihre Größe am vorliegenden Muster beträgt typischerweise einige zehntel bis 0,5 Mikrometer (Abb. I (a)). In anderen Bereichen der gleichen Probe fanden wir jedoch auch Voids größer als 1 µm (Abb. I (b)).

Zu Beginn der Void-Bildung sind diese gewöhnlich sehr klein und rund. Mit zunehmender Dosis oder mit zunehmender Schädigung bilden diese sich länglich in Kristallit-Richtung aus. Abb. 2 zeigt die Voids, wie in SEM-Versuchen beobachtet, in unterschiedlichen Stadien ihrer Entstehung. Die erwähnten Trends sind sehr deutlich erkennbar.

Es wird angenommen, dass eine Mindestgröße eines Voids von etwa 0,5-1 µm für das Entstehen eines Hot Spots notwendig ist. Anzahl und Größe der Voids in bestrahltem NaCl hängen von der Bestrahlungstemperatur, der Dosis sowie der Anwesenheit eines Dotierstoffes (Fremdstoffen, die es in Natursalz immer gibt) ab. Demgegenüber zersetzte sich Material mit kleinen Voids weniger leicht oder explodierte erst bei höherer Temperatur (bis 250°C).

Außer den in Abb. 1 und 2 gezeigten Voids fanden wir Na und Cl2- Niederschläge (winzige Partikel), die es in extremen Fällen in sehr großen Konzentrationen gab (bis über15 %).

 

Energie wird gespeichert

In Übereinstimmung mit den oben erwähnten Prozentsätzen werden hohe Energiemengen gespeichert von beispielsweise 1,3 MJ pro kg, das sind 0,361 kWh je kg.

 

Voids sind die Auslöser für Explosionen

Vor kurzem haben verschiedene Autoren mit Computern kollabierende (= zusammenbrechende) Voids in Explosivstoffen simuliert, was zum besseren Verständnis der in energetischen Stoffen ablaufenden Prozesse geführt hat. Natürlich wissen wir noch nicht genau, ob in bestrahltem NaCl die Initiierung auf exakt die gleiche Weise wie in hochexplosiven Stoffen stattfindet. Jedoch haben wir klare Hinweise, dass Voids eine wichtige Rolle bei der Initiierung der Zersetzung von hochbestrahltem NaCl spielen.

SEM Ergebnisse bei hochbestrahltem und dotiertem, d.h. mit Fremstoffen "verschmutztem" NaCl zeigen oft viele Voids.

Eine typische SEM-Aufnahme einer Probe ist in Abb. 3 dargestellt. Vorher wurde die Probe mit dem Boden einer Aluminiumpfanne verklebt, um zu verhindern, dass die ganze Probe davonfliegt (wie zuvor in Laborversuchen tatsächlich geschehen). Die Abb. zeigt wenige große und viele sehr kleine Fragmente. Die großen zerfallen bei weiterer Erwärmung, wenn neue Hot Spots entstehen. Nach der Erwärmung auf hohe Temperaturen ist schließlich die ganze Probe in sehr kleine, staubartige Teilchen zerfallen.

Während vieler Aufheiz-Versuche an hoch geschädigten Proben diente ein Deckel aus Platin zur thermischen Isolierung der Proben von der Messapparatur. Dieser wurde trotz seines Gewichts, das weit über dem der Proben lag, davongeschleudert. Das ist ein Hinweis auf die Heftigkeit der stattfindenden Reaktionen, bei denen 30 - 50 % der gespeicherten Energie freigesetzt wurde.

 

Weitere Einzelheiten

Hochbestrahltes NaCl : K (Kalium-dotiertes Material) zersetzt sich häufig zwischen 160°C und 200°C. Je nach Dotiermittel, also abhängig von der Art der Verunreinigung, kann sich dieser Temperaturbereich auf bis zu 250°C verschieben. Verschiedene K- dotierte Proben zersetzten sich bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von unter 100°C. Die Proben befanden sich in einer geschlossenen Alu-Pfanne mit einer sehr kleinen Öffnung, damit eventuell entstehende Cl2-Gase entweichen können. Doch haben wir keine Masseverluste festgestellt, was zeigt, dass keine signifikanten Mengen an Cl2-Gasen ausgetreten sind, und die Voids das Gas auch nicht in signifikanten Mengen enthielten.

Offensichtlich stimmen die hier berichteten Ergebnisse nicht überein mit der Annahme anderer Wissenschaftler, dass die strahlungsinduzierte Zersetzung auf die Expansion von Cl2-Gas in Gasbläschen zurückzuführen sei. Wir konnten zeigen, dass das charakteristische Merkmal des Zersetzungsprozesses darin besteht, dass die Menge des durch die Strahlung entstandenen metallischen Na abnimmt. Gewichtsverluste sind jedoch definitiv nicht charakteristisch für die beobachteteten Explosionen. Wie oben erwähnt, schließen wir daraus, dass sich der größte Teil der durch die Radiolyse entstandenen Moleküle nicht in den Voids befindet.

 

Rückreaktionen durch Stoßwellen

Wir stimmen mit anderen Autoren darin überein, dass in Explosiven die ersten Reaktionen, die zunächst Stoßwellen und schließlich Detonationen auslösen, an Voids entstehen, und dass die Verteilung der Voids in der Matrix ein wichtiger Faktor ist, der die Empfindlichkeit für Schocks und den Charakter der Entwicklung der nachfolgenden Detonation bestimmt. Hinzu kommt die Reaktionswärme thermisch stimulierter Rückreaktionen.Wir nehmen an, dass die Stoßwellen in schwer geschädigten Bereichen lokale und gleichzeitige NaCl-Rückbildung-Reaktionen auslösen, und zwar genau in dem Augenblick, in dem die Stoßwelle das Gebiet zwischen den Na- und Cl-Teilchen passiert. Die durch diese Rückreaktion freigesetzte Energie addiert sich zu der Stoßwelle und erhöht deren Amplitude.

Wir vermuten, dass in unseren Proben (Größe 3 x 3 x1 mm) die Zersetzung einsetzt, nachdem die Stoßwelle 10 - 30 % des Kristallitvolumens geschädigt hat. Nur so können wir erklären, dass eine sehr kurze Temperatur-Spitze in der Lage ist, 30 % der Na- und Chlor-Partikel in bestrahltem NaCl ohne Massenverlust zu tilgen. Wenn die Temperatur der Probe weiter erhöht wird, kann ein weiterer Hot Spot gebildet werden und es wird noch mehr Energie innerhalb der Fragmente freigesetzt. Schließlich ist das Kristallitgefüge in sehr feine, staubartige Fragmente zerfallen. Diese Fragmente enthalten noch etwa 50 % der gespeicherten Energie, die unmittelbar nach der Bestrahlung vorhanden war.

Eine interessante Beobachtung bestand darin, dass die Menge an Na und Cl2 abhängig ist von der Dosis, der Bestrahlungstemperatur und dem Dotierstoff. Gleiches gilt für strahlungsinduzierte Voids; doch die Entwicklung der Voids korreliert nicht mit der Produktion von Na und Chlor-Partikeln. In einigen Proben mit großen Mengen von Na und Cl2 fanden wir keine stärkere Entstehung von Voids. Im Gegenteil, wir fanden in einigen Proben eine starke Voidbildung, obwohl die Konzentration von Na und Cl2 relativ niedrig war. Große Voids wurden beispielsweise in NaCl : K und NaCl : Ba (Barium)gefunden. Wie oben erwähnt, sind Proben mit großen Voids instabil, z.B. sind hochbestrahlte Muster von NaCl : K und NaCl : Ba instabil und explodierten bei niedrigen Temperaturen. .

Im allgemeinen wird vorausgesetzt, dass Voids in Explosivstoffen der Stoßwelle mehr Energie zuführen als chemische Reaktionen, weil der Kollaps von Voids ein schneller und plötzliche Prozess ist. In hochbestrahlten NaCl-Kristallen liefern Rückreaktionen zwischen bestrahltem Na und Clor signifikante Beiträge zur Explosionsenergie. Dies kann aus den Versuchsergebnissen geschlossen werden. Eine an einem Void ausgelöste Stoßwelle führt zu sehr hohen örtlichen Temperaturen und großen Molekül-Verschiebungen, die zu einer Initiierung plötzlicher lokalisierter Rückreaktionen zwischen Na und Cl2 führen. Die Reaktionen finden wie bei instabilen Voids plötzlich statt und die dazugehörigen chemischen Rückreaktionen werden deshalb vermutlich wirksam zur Stärke der Stoßwelle beitragen.

Es empfiehlt sich, andere stabile Feststoffe daraufhin zu betrachten, ob die Beobachtungen an NaCl auch für diese gültig sind. Explosionen bestrahlter Isolierstoffe sind zuvor noch nicht beobachtet worden, vermutlich, weil ausreichend hohe Schädigungsgrade nur mit sehr hohen Strahlungsdosen erzielt werden können und die Effizienz des Radiolyseprozesses von der Anwesenheit von Dotierstoffen und der Temperatur abhängt. Die Explosionen in NaCl können durch die Eigentümlichkeiten der geschädigten Stellen erklärt werden. Proben mit großen Voids sind instabil und diese Voids spielen ohne Zweifel eine zentrale Rolle beim Prozess der Initiierung der Reaktionen und sie tragen zu den sehr schnellen örtlichen Rückreaktionen bei. Es findet ein effizienter Transfer chemischer Energie zur Stoßwelle statt, was letztlich zur explosiven Zersetzung führt.

 

Zusammenfassung

In diesem Beitrag haben wir gezeigt, dass es eine explosive Zersetzung stabiler Feststoffe als Ergebnis hoher Bestrahlung geben kann.

Voids scheinen eine maßgebliche Rolle bei der Initiierung der explosiven Zersetzung von bestrahltem NaCl zu spielen. Proben mit einer großen Anzahl großer Voids zersetzen sich bei relativ niedrigen Temperaturen. Das Vorhandensein dieser Voids basiert auf Fremdstoffen in den NaCl-Proben. Materialien mit K- und Ba- Verunreinigungen zersetzten sich sehr leicht, wohingegen NaCl mit bestimmten anderen Dopanden nur nach extrem hohen Strahlungsdosen oder Erwärmung auf recht hohe Temperaturen explodierte. Versuche mit reinem NaCl wurden noch nicht gemacht, sind aber geplant

 

Schlussfolgerung

Das hier beschriebene Verhalten von radioaktiv bestrahltem Salz ist in Laborversuchen demonstriert worden. Die Ergebnisse deuten unerwartete und große Gefahren an, wenn hochradioaktive Abfälle in Salzstöcken endgelagert werden.

Versuche unter realen Bedingungen im Salzstock selbst sind zu fordern.

Es ist damit zu rechnen, dass eine Lagerung in Salz wegen der Explosionsgefahr nicht zu verantworten ist.

Laboratorium für Feststoffphysik, Universität Groningen

Nijenborgh 4, 9747 AG Groningen, Niederlande

 

Detlef Appel

Modellrechnungen zum Nachweis der Standorteignung Gorleben

1. Wozu Modellrechnungen?

Mensch und Umwelt müssen durch geeignete Entsorgungsstrategien dauerhaft vor den Auswirkungen radioaktiver Abfälle, insbesondere der ionisierenden Strahlung, geschützt werden. International wird - trotz zunehmender Diskussion über Alternativen - die Endlagerung der Abfälle in tiefen geologischen Formationen der kontinentalen Erdkruste als sicherste Option zur Einhaltung dieses Schutzziels angesehen. Das Endlager wird dabei als passiv wirkendes Mehrbarrierensystem mit den technischen Barrieren Abfallform und Abfallbehälter, geotechnischen Barrieren (Versatz) und der geologischen Barriere aufgefasst.

Die Vorteile der Endlagerung werden vor allem im großen Abstand zwischen Abfällen und Biosphäre sowie dem Rückhaltevermögen der geologischen Barriere gegenüber Radionukliden gesehen. Nachteile ergeben sich aus der Unzugänglichkeit der Abfälle im verschlossenen Endlager und dem sehr langen Zeitraum, für den die Sicherheit des Endlagers vor Betriebsbeginn nachgewiesen werden muss: Eine falsche Standortentscheidung kann daher nicht korrigiert werden; Überwachung und Wartung oder gar Reparatur von (geo-)technischen Barrieren sind nicht möglich und die Richtigkeit des Nachweises der Langzeitsicherheit ist in wissenschaftlichem Sinne nicht beweisbar.

Bei diesem Nachweis spielen Modellrechnungen eine erhebliche Rolle. Sie dienen der quantitativen Nachbildung aktueller und - darauf aufbauend - der Prognose künftiger Vorgänge, insbesondere beim Radionuklidtransport aus dem Endlager in die Biosphäre. Sie haben dabei vor allem zwei Funktionen: Sie erleichtern einerseits die Interpretation komplexer Ergebnisse der Standorterkundung und tragen so zur Verbesserung des Verständnisses der im Barrierensystem ablaufenden transportrelevanten Prozesse bei. Andererseits sind sie wichtiger Bestandteil der Sicherheitsanalyse, dem in Deutschland gegenwärtig einzig verbindlichen Instrument zum Nachweis der Langzeitsicherheit von Endlagern. Vor allem auf den zweiten Aspekt beziehen sich die folgenden Ausführungen. Dabei stehen Modellrechnungen zum Radionuklidtransport durch das Deckgebirge des Salzstocks Gorleben, also nur eines (allerdings sehr wichtigen) Teils der geologischen Barriere, im Vordergrund.

 

2. Sicherheitsanalyse und Unsicherheiten

Die Vorgehensweise beim Nachweis der Langzeitsicherheit für bundesdeutsche Endlager ist in den sogenannten "Sicherheitskriterien für die Endlagerung radioaktiver Abfälle in einem Bergwerk" der Reaktor-Sicherheitskommission (RSK 1983) geregelt. Sie enthalten u.a. folgende Vorgaben:

· Der Nachweis ist durch deterministische Sicherheitsanalysen zu führen. Dabei kommen Modellrechnungen zur Anwendung. Die in die Rechnungen einfließenden Größen sind vorab (deterministisch) festzulegen. Reicht die Informationsbasis für eine realistische Modellierung nicht aus, müssen die stattdessen einfließenden Annahmen zur Überschätzung der tatsächlichen Auswirkungen führen ("konservativ" sein).

· Maßstäbe für den Nachweis, dass die Schutzziele an einem Endlagerstandort eingehalten werden, sind die Grenzwerte in § 45 der Strahlenschutzverordnung (Organdosen bzw. zulässige effektive Äquivalentdosis von 0,3 mSv/a). An diesen Grenzwerten sind die Individualdosen zu messen, die sich als Folge der Freisetzung von Radionukliden aus dem Endlager und ihres Transports durch die geologische Barriere bis in die Biosphäre ergeben. Diese rechnerischen Individualdosen werden mit der Sicherheitsanalyse bestimmt.

Die Sicherheitsanalyse besteht aus zwei übergeordneten Arbeitsschritten: Im Rahmen der Szenarienanalyse müssen Ereignisse und Prozesse identifiziert und analysiert werden, die langfristig zur Beeinträchtigung der Endlagerfunktion und unzulässiger radiologischer Belastung von Menschen führen können. Von den Ereignis- und Prozessabläufen (Szenarien) mit einer das Restrisiko übersteigenden Wahrscheinlichkeit sind diejenigen mit den mutmaßlich größten ("abdeckenden") Auswirkungen im Rahmen der Konsequenzanalyse zu bewerten. Sie besteht aus drei Teilschritten:

· Entwicklung von Modellvorstellungen über das Funktionieren des Endlagersystems unter den Rahmenbedingungen der ausgewählten Szenarien,

· Umsetzung der Modellvorstellungen in Rechenmodelle zur Nachbildung der Freisetzung von Radionukliden aus den Abfälle und ihres Transportes durch die Barrieren des Endlagersystems sowie der Expositionsbedingungen des Menschen,

· Berechnung der potentiellen radiologischen Belastung potentiell betroffener Menschen (rechnerische Individualdosen).

Liegen die berechneten Individualdosen bei den abdeckenden Szenarien unter den Grenzwerten der Strahlenschutzverordnung gilt der Standort theoretisch als geeignet. Die Methode Sicherheitsanalyse weist jedoch einige grundsätzliche Mängel auf, die eine unmittelbare Umsetzung der Ergebnisse von Modellrechnungen in eine Eignungsaussage und ihren Einsatz als einziges Bewertungsinstrument für die Beurteilung der Langzeitsicherheit von Endlagern verbieten (z.B. GRUPPE ÖKOLOGIE/ PAN-GEO 1994, GRUPPE ÖKOLOGIE 1998).

Ein schwerwiegendes methodisches Problem der Sicherheitsanalyse besteht schon allein in der zahlenmäßigen Exaktheit der Grenzwerte. Sie erfordert nämlich eine dazu passende Aussagekraft der daran zu messenden rechnerischen Individualdosen. Modellrechnungen sind jedoch unvermeidlich mit Unsicherheiten verbunden. Sie ergeben sich insbesondere aus (dazu ausführlich GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO 1994, GRUPPE ÖKOLOGIE 1998, STORK 1992):

· unvollständiger oder fehlerhafter Szenarienentwicklung,

· unzureichender Datenlage,

· Problemen beim Nachweis der Konservativität von Modellannahmen,

· unzureichender Umsetzung der Realität in konzeptuelle Modelle und Rechenmodelle (Modellunsicherheiten),

· unzureichenden oder unzureichend qualifizierten Rechenprogramme,

· unzureichender Absicherung von Modellen durch modellunabhängige Naturdaten (Validierung).

Diese Unsicherheiten sind grundsätzlich bekannt, seitdem deterministische Rechenmodelle als Grundlage für die Bewertung komplexer Sachverhalte bei der Endlagerung radioaktiver Abfälle entwickelt und angewendet werden (z.B. KREUSCH & HIRSCH 1984). Sie sind allerdings lange Zeit unterschätzt worden. Bei einigen der genannten Probleme bestehen praktikable Ansätze zur Reduzierung ihrer nachteiligen Konsequenzen für die Aussagekraft der Rechenergebnisse (STORCK 1972). Bei anderen gilt das jedoch als äußerst schwierig oder sogar grundsätzlich unmöglich (z.B. KONIKOW & BREDEHOEFT 1992, WERNICKE & ORRES 1997: Validierung von Modellrechnungen über lange Zeiträume).

 

3. Modellrechnungen Gorleben

Die mit der deterministischen Sicherheitsanalyse unvermeidlich verbundenen Unsicherheiten (s. 2.) beeinträchtigen auch die Aussagekraft von Modellrechnungen im Rahmen des Langzeitsicherheitsnachweises für den Salzstock Gorleben. Wichtiger als die Unsicherheiten selbst war für das Gorleben-Verfahren jedoch der unangemessene Umgang der verantwortlichen Institutionen damit. Das soll im folgenden beispielhaft für einige Aspekte der Modellrechnungen zum Radionuklidtransport durch das Deckgebirge des Salzstocks gezeigt werden. Dazu werden drei Phasen des Gorleben-Verfahrens betrachtet, zwischen denen jeweils wichtige Zwischenberichte des Antragstellers ) veröffentlicht worden sind. Er hat sich darin zur Bedeutung von Modellrechnungen und bestimmter Erkundungsergebnisse für den Fortgang des Gorleben-Verfahrens geäußert.

 

Phase 1 (1978 - 1983)

Im Mai 1983 ist der zusammenfassende „Zwischenbericht über bisherige Ergebnisse der Standortuntersuchung in Gorleben" der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt erschienen (PTB 1983). Er diente der Vorbereitung der Entscheidung des Bundes über die untertägige Erkundung. Der Bericht enthält neben der Darstellung wichtiger Untersuchungsbefunde auch erste Ergebnisse von Modellrechnungen zur Grundwasserbewegung im Deckgebirge des Salzstocks. Diese Berechnungen sind unter der Annahme durchgeführt worden, dass es sich beim Grundwasser um Süßwasser handelt. Tatsächlich ist das Grundwasser in tiefen Abschnitten der Gorlebener Rinne aber versalzen.

Damals lagen die unerwartet ungünstigen hydrogeologischen Erkundungsbefunde aus dem Deckgebirge des Salzstocks Gorleben bereits vor (insbesondere DUPHORN 1983 u. 1984). Sie betrafen vor allem die in den Salzgesteinskörper eingreifende "Gorlebener Rinne" mit ihrer charakteristischen Füllung aus großenteils relativ gut wasserleitenden Ablagerungen und feinkörnigen Zwischenschichten ("Lauenburger-Ton-Komplex") mit geringer Wasserdurchlässigkeit. Existenz und Aufbau der Gorlebener Rinne schlagen sich auch in für die Beurteilung der Grundwasserbewegung wichtigen Untersuchungsergebnissen nieder (PTB 1983):

· Gemessene Strömungsgeschwindigkeiten des tiefen Grundwassers in der Gorlebener Rinne im Bereich einiger Dezimeter bis weniger Zehnermeter pro Jahr.

· Die mit den Modellrechnungen identifizierten Hauptströmungswege des Grundwassers zwischen Salzkörper und Biosphäre folgen der Gorlebener Rinne und führen teilweise unter der Elbe hindurch bis auf DDR-Gebiet. Laufzeit des Grundwassers je nach betrachtetem Strömungsweg einige hundert bis wenige tausend Jahre.

· Weitere Strömungswege queren den Südwest-Abschnitt des Salzstocks in Ost-West-Richtung; Grundwasser-Laufzeiten bis zu einigen tausend Jahren.

Die Befunde veranlassten den Antragsteller zu folgender Aussage (PTB 1983):

"Eine erste Bewertung des Deckgebirges hinsichtlich seiner Barrierefunktion für kontaminierte Grundwässer zeigt, dass die über den zentralen Bereichen des Salzstocks vorkommenden tonigen Sedimente keine solche Mächtigkeit und durchgehende Verbreitung haben, dass sie in der Lage wären, Kontaminationen auf Dauer von der Biosphäre zurückzuhalten." Dennoch rechtfertigte aber laut PTB (1983) "die bestätigte Eignungshöffigkeit des Salzstocks (...) das Abteufen von Schächten und die Erkundung des Salzstockinneren". Bekanntlich ist die Bundesregierung dieser Einschätzung gefolgt.

Eine Definition des Begriffes "Eignungshöffigkeit" enthält der Bericht nicht. Begründet wurde die hoffnungsvolle Einschätzung damit (PTB 1983), dass sich die Grundwasser-Laufzeiten bzw. Radionuklid-Transportzeiten in die Biosphäre künftig durch den Einsatz eines Salzwassermodells anstelle des eingesetzten Süßwassermodells und die "Berücksichtigung von Rückhaltungen und Verzögerungen durch Sorption und andere Effekte" für den Radionuklidtransport verlängern würden; denn "Sicherheitsanalysen zeigen, dass insbesondere durch größere Annäherung an die physikalische Realität und ggf. durch die Optimierung der Planungen die Barrierewirkung des Deckgebirges ausreicht, um die Einhaltung der Schutzziele auch bei Unterstellung von Lösungszutritten sicherzustellen." )

Mit "Sicherheitsanalysen" sind die bis 1983 vorliegenden Ergebnisse aus dem "Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung" (PSE) gemeint. PSE diente der Entwicklung sicherheitsanalytischer Methoden (u.a.) für den Nachweis der Langzeitsicherheit von Endlagern. Ab 1981 ist die Methodik am Beispiel des Salzstocks Gorleben erprobt worden. Zur Berechnung des Radionuklidtransportes durch das Deckgebirge wurde auch hier ein Süßwassermodell eingesetzt. „Sorption und andere Effekte" wurden berücksichtigt.

Wichtige (vorläufige) Ergebnisse von PSE sind auf zwei Informationsveranstaltungen der Bundesregierung in den Jahren 1982 und 1983 der Öffentlichkeit vorgestellt worden (MEMMERT 1983 u. 1984; PSE-Abschlussbericht: PSE 1985a u. 1985b):

· Die errechneten Grundwasser-Laufzeiten liegen mit 1.200 bis 4.100 Jahren im Schnitt etwas über den in PTB (1983) genannten Werten (s.o.).

· Rechnerische Maximalkonzentrationen wenig sorbierbarer Radionuklide treten im oberflächennahen Grundwasser ab etwa 5.000 Jahren auf, die Maximalkonzentration der Summe aller Radionuklide wird nach etwa 8.000 Jahren erreicht.

· Für den ungünstigsten Ort in der Biosphäre resultiert daraus eine rechnerische Äquivalentdosis betroffener Menschen von etwa 0,15 mSv/a; das entspricht der Hälfte des Grenzwertes in § 45 der Strahlenschutzverordnung.

Tatsächlich sind also die rechnerischen Zeiträume bis zum Auftreten der Maximalkonzentrationen bzw. kritischer Individualdosen länger als die Laufzeiten des Grundwassers. Die Berücksichtigung von Sorption und anderen Effekten hat aber keineswegs zur Einhaltung der Schutzziele geführt; denn dazu ist der Abstand zwischen errechneter Dosis und Grenzwert schon allein wegen der methodenimmanenten Unsicherheiten (s. 2.) viel zu gering. Dass "größere Annäherung an die physikalische Realität" künftig zur Einhaltung der Schutzziele führen würde, war (und ist) durchaus ungewiss:

· Einige expositionsrelevante Radionuklide werden kaum zurückgehalten.

· Wichtige langlebige Radionuklide werden auch unter realistischen Transportbedingungen auf jeden Fall in die Biosphäre gelangen. Verlängerte Transportzeiten durch Berücksichtigung von Salzwasserverhältnissen führen also nicht zuverlässig zur Einhaltung der Schutzziele.

Betrachtet man die in die PTB-Bewertung eingeflossenen Ergebnisse der Modellrechnungen zu Grundwasserbewegung und Radionuklidtransport zusätzlich auch unter dem Gesichtspunkt möglicher Modellunsicherheiten (s. 2.), so zeigt sich, dass sie auch wegen unzureichender Aussagekraft keine belastbare Entscheidungsbasis dargestellt haben:

· Die Datenbasis für die Modellierung war allein wegen der Unzugänglichkeit des rechts-elbischen Teils (DDR) der Transportwege längs der Gorlebener Rinne unvollständig.

· Die eingesetzten Rechenprogramme waren für die Berechnung komplexer Transportverhältnisse mit variablen Dichte- und Temperaturverhältnissen, wie sie am Salzstock Gorleben vorliegen, nicht geeignet.

· Der unerlässliche Nachweis, dass alle in die Modellrechnungen eingeflossenen Annahmen im Hinblick auf die errechneten Individualdosen konservativ sind (s. 2.), war beim Abschluss von PSE nicht geführt (PSE 1985a u. 1985b).

· Die Auswirkungen des Abbaus von Konservativitäten auf die rechnerischen Individualdosen war unklar. Das gilt insbesondere für den Ersatz des Süßwassermodells durch Salzwassermodelle.

· Eine Validierung der Rechenergebnisse war nur bedingt möglich, weil die Aussagekraft der direkt gemessenen Grundwassergeschwindigkeiten (s.o.) für diesen Zweck nicht genau genug bekannt ist.

Zusammenfassend ist daher festzustellen: Die Entscheidung für die untertägige Erkundung des Salzstocks Gorleben ist von den verantwortlichen Institutionen nicht auf Grund der realen Deckgebirgsverhältnisse, sondern auf Grund unangemessen hoffnungsvoller Interpretation vorläufiger und ungesicherter Ergebnisse von Modellrechnungen zu Grundwasserbewegung und Radionuklidtransport getroffen worden.

 

Phase 2 (1983 bis 1990)

Nach Vorlage des PTB-Berichts von 1983 und Abschluss des Projektes Sicherheitsstudien Entsorgung (PSE 1985a, 1985b) sind die Standortuntersuchung und die Arbeiten zur Grundwassermodellierung - im wesentlichen durch die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) - fortgesetzt worden. 1990 ist die Fortschreibung des zusammenfassenden Zwischenberichtes von 1983 vorgelegt worden (BFS 1990). Sie stützt sich hinsichtlich der Modellrechnungen zur Grundwasserbewegung auf BGR (1991). Modellrechnungen zum Radionuklidtransport enthalten beide Berichte nicht. Wichtige neue Ergebnisse sind (BFS 1990, BGR 1991):

· Das Grundwasser in tiefen Bereichen der Gorlebener Rinne ist etwa 10.000 Jahre alt. Die höchsten Grundwasseralter (ca. 20.000 Jahre) wurden für tonige Schichten des Lauenburger-Ton-Komplexes bestimmt. Die Aussagekraft dieser Angaben kann allerdings eingeschränkt sein, weil die zugrunde liegenden C-14- Konzentrationen verschiedene Ursachen haben können.

· Die Grundwasser-Laufzeiten liegen für Strömungswege in der Gorlebener Rinne unter der Elbe hindurch nach Norden je nach unterstellten Randbedingungen bzw. Laufwegen zwischen 4.000 und 17.000 Jahren.

· Für die Strömungswege über den Südwestteil des Salzstocks ergeben sich Laufzeiten zwischen 4.000 und 6.000 Jahren.

Die Grundwasser-Laufzeiten liegen deutlich über den in PTB (1983) und PSE (1985a, 1985b) genannten Werten. Sie passen recht gut zum Grundwasseralter. Die Altersbestimmungen scheinen also die Modellrechnungen im Sinne einer Validierung abzusichern. Das ist insofern bemerkenswert, als die Grundwasser-Laufzeiten nach wie vor für Süßwasserverhältnisse gelten. Für versalzenes Grundwasser in tiefen Bereichen der Gorlebener Rinne müssten sich längere Laufzeiten ergeben (s.o.). Wenn die Laufzeiten aber deutlich über den bisher errechneten Werten liegen, passen sie möglicherweise nicht mehr zu den Altersangaben für das Grundwasser.

Betrachtet man die Rechenergebnisse wiederum unter dem Gesichtspunkt möglicher Modellunsicherheiten (s. 2.), so ergibt sich nun folgendes Bild:

· Die Datenbasis für die Modellierung ist nach wie vor unvollständig; denn die Erkundung der auf ehemaligem DDR-Gebiet nördlich der Elbe gelegenen Aufstiegsgebiete tiefen Grundwassers hatte noch nicht stattgefunden.

· Für wesentliche Modellannahmen (Süßwasser statt Salzwasser) ist der Nachweis ihrer ausreichenden Konservativität nach wie vor nicht geführt.

· Das eingesetzte Rechenprogramm ist für die Nachbildung komplexer Transportverhältnisse, wie sie am Salzstock Gorleben vorliegen, nicht geeignet.

· Die Validierung der Rechenergebnisse ist mit Altersbestimmungen an Grundwasser möglicherweise nur bedingt möglich.

Bei der zusammenfassenden Bewertung der neuen Grundwasserbefunde und -berechnungen in BFS (1990) enthält sich der Antragsteller weitgehend einer Bewertung der realen Deckgebirgsverhältnisse. Hinsichtlich der auf Süßwasserbasis berechneten Grundwasserbewegung kommt er neuerlich zu der Einschätzung, dass infolge der Salinität des Grundwassers "die Grundwasserbewegungen in Teilbereichen kleiner und die Laufzeiten länger sein" werden (als für Süßwasser berechnet). Ähnlich wie in PTB (1983, s.o.) heißt es daher beruhigend: "Bei Berücksichtigung der physikalischen und chemischen Vorgänge wie Sorption, Dispersion und anderer Effekte sind die Zeiten für einen unterstellten Radionuklidtransport in der Regel länger" (als die Grundwasser-Laufzeiten). Insgesamt würden "die bisherigen Aussagen über die Eignungshöffigkeit des Salzstocks Gorleben für die Endlagerung der vorgesehenen radioaktiven Abfälle (...) bestätigt".

Auch zu diesen Aussagen gilt der Kommentar zu entsprechenden Formulierungen in PTB (1983) unter Phase 1: Diese Zusammenhänge erlauben keine verlässlichen Aussagen zur Entwicklung der Radionuklidkonzentrationen in der Biosphäre und zu den resultierenden rechnerischen Individualdosen. Damit sind auch belastbare Aussagen zur Eignungshöffigkeit auf dieser Basis nicht möglich.

Realitätsnäher (wenngleich ohne Auswirkung auf das Gorleben-Verfahren) ist die Beurteilung des aktuellen Stands der Modellierung von Grundwasserbewegung und Radionuklidtransport in BGR (1991): "Nach den bisherigen Ergebnissen stellt sich das Strömungsfeld als sehr komplex dar. Die fortlaufenden Arbeiten zur Bewegung des Grundwassers werden darüber weiteren Aufschluss geben. Dazu gehört auch der Einsatz von Grundwassermodellen, in denen Salzgehalt- und Temperatureinflüsse berücksichtigt werden. Diese befinden sich z.Z. noch im Erprobungs- und Entwicklungsstadium."

Anders ausgedrückt: Das komplexe Strömungsfeld des Grundwassers konnte auch 1990 nicht verlässlich modelliert werden, es existierten nicht einmal geeignete Rechenmodelle. Verlässliche Aussagen zur "Eignungshöffigkeit" sind auf dieser Basis natürlich nicht möglich; denn die Bedeutung der Ergebnisse der fortlaufenden Arbeiten sowie der Modellrechnungen mit den in Entwicklung und Erprobung befindlichen Programmen für die Eignung des Standortes Gorleben ist offen. Die ungünstigen realen Deckgebirgsverhältnisse stehen dagegen fest.

 

Phase 3 (nach 1990)

Nach 1990 sind vom Antragsteller keine den früheren Berichten (PTB 1983, BFS 1990) vergleichbaren Statusberichte zu Grundwasserbewegung und Radionuklidtransport im Deckgebirge veröffentlicht worden. Die in BGR (1991) angekündigten Rechenprogramme zur Modellierung des Radionuklidtransportes bei komplexen Strömungsbedingungen und unter Berücksichtigung von Dichte- und Temperatureinflüssen (s.o.) befinden sich seit Beginn der neunziger Jahre in Entwicklung. Zwischenstände werden u.a. in BGR (1995), GSF (1996) sowie GRS (1997) mitgeteilt. Nach FEIN (1999) steht die Entwicklung eines geeigneten Programms vor dem Abschluss.

 

 

4. Zusammenfassende Wertung

Vorläufige und ungesicherte Ergebnisse von Modellrechnungen zu Grundwasserbewegung und Radionuklidtransport im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben haben die Entscheidung der zuständigen Institutionen zur Aufnahme der untertägigen Erkundung des Salzstocks Gorleben bestimmt (MEMMERT 1983 u. 1984, PSE 1985a u. 1985b, PTB 1983). Sie hatten für das Gorleben-Verfahren größere Bedeutung als die realen ungünstigen hydrogeologischen Verhältnisse des Salzstock-Deckgebirges. In ähnlich unangemessener Weise ist die Fortsetzung der Erkundung gerechtfertigt worden (BFS 1990).

Bei Beachtung grundlegender methodischer Anforderungen an die Durchführungen von Modellrechnungen zeigt sich, dass die bis heute veröffentlichten Rechenergebnisse weder die Entscheidung zur untertägigen Erkundung noch Aussagen zur Eignungshöffigkeit des Standortes Gorleben rechtfertigen können.

 

5. Zitierte Schriften

APPEL, D. & KREUSCH, J. (1984): Gutachterliche Stellungnahme zum Zusammenfassenden Zwischenbericht über bisherige Ergebnisse der Standortuntersuchung in Gorleben der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt.- Hannover.

BFS - Bundesamt für Strahlenschutz (1990): Fortschreibung des Zusammenfassenden Zwischenberichtes über bisherige Ergebnisse der Standortuntersuchung Gorleben vom Mai 1983.- ET-Berichte, ET-2/90, Salzgitter.

BGR - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (1991): Übertägige geowissenschaftliche Erkundung des Standortes Gorleben. Zusammenfassender Bericht. Stand 1.1.1990.- BGR-Archiv-Nr. 108 880, Hannover.

BGR - Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (1995): Modelluntersuchungen zur Bewegung des Grundwassers bei vom Salzgehalt abhängiger Wasserdichte - Fallstudien und Modellvalidierung im Hinblick auf die Langzeitsicherheit von Endlagern für radioaktive Abfälle. Abschlussbericht.- BMBF-Forschungsvorhaben 02 E 8301, BGR-Archiv-Nr. 114 249, Hannover.

DUPHORN, K. (1983): Quartärgeologische Gesamtinterpretation Gorleben. Abschlussbericht im Auftrag der PTB.- Kiel, Wellington/Neuseeland.

DUPHORN, K. (1984): Quartäre Schichtfolge im Deckgebirge des Salzstocks Gorleben.- In: BMFT - Bundesministerium für Forschung und Technologie (Hrsg.): Entsorgung. Band 3. Bericht von einer Informationsveranstaltung des Bundes vor dem Schachtabteufen am 27./28. Mai 1983 in Hitzacker - Salzstock Gorleben.- S. 29-59, Bonn.

FEIN, E. (1999): Entwicklung eines Programmes zur dreidimensionalen Modellierung des Schadstofftransportes.- Vortrag: Untertägige Entsorgung. Viertes Statusgespräch zu FuE-Vorhaben auf dem Gebiet der Entsorgung gefährlicher Abfälle in tiefen geologischen Formationen, 14./15.9.1999 in Clausthal-Zellerfeld.

GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit mbH (1996): Erarbeitung und Bewertung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Sicherheitsanalyse eines Endlagers in der Nachbetriebsphase.- Bericht GRS-136.- Braunschweig.

GRS - Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit mbH (1997): Jahresbericht 1996.- Köln.

GRUPPE ÖKOLOGIE - Gruppe Ökologie e.V. (1998): Analyse der Entsorgungssituation in der Bundesrepublik Deutschland und Ableitung von Handlungsoptionen unter der Prämisse des Ausstiegs aus der Atomenergie.- Berlin (im Auftrag der Heinrich-Böll-Stiftung)

GRUPPE ÖKOLOGIE/PANGEO - Gruppe Ökologie e.V. / PanGeo - Geowissenschaftliches Büro (1994): Studie zur Entwicklung von Grundlagen für ein Verfahren zur Auswahl von Endlagerstandorten und Beurteilung ihrer Langzeitsicherheit. Abschlussbericht.- Hannover (im Auftrag des Niedersächsischen Umweltministeriums).

KONIKOW, L. F. & BREDEHOEFT, J. D. (1992): Ground-water models cannot be validated.- Advances in Water Ressources, 15/1992, S. 75-83.

KREUSCH, J. & HIRSCH, H. (1984): Sicherheitsprobleme radioaktiver Abfälle im Salz - Beschreibung der Konzepte, Mängel und Grenzen von Sicherheitsanalysen, Diskussion von Schutzzielen und Kriterien.- Schriftenreihe der Max-Himmelheber-Stiftung, 9, Hannover.

MEMMERT, G. (1983): Ergebnisse der bisherigen Berechnungen zum Transport von Radionukliden.- In: BMFT - Bundesministerium für Forschung und Technologie (Hrsg.): Entsorgung. Band 2. Bericht von einer Informationsveranstaltung am 23.10.1982 in Hitzacker im Rahmen des Energiedialoges der Bundesregierung. Zwischenergebnisse zum Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung (PSE).- S. 165-181, Bonn.

MEMMERT, G. (1984): Untersuchungen zur Ausbreitung von Radionukliden aus einem Endlager am Beispiel des Salzstocks Gorleben.- In: BMFT - Bundesministerium für Forschung und Technologie (Hrsg.): Entsorgung. Band 3. Bericht von einer Informationsveranstaltung des Bundes vor dem Schachtabteufen am 27./28. Mai 1983 in Hitzacker - Salzstock Gorleben.- S. 281-330, Bonn.

PSE - Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung (1985a): Zusammenfassender Abschlussbericht. Kapitel 4 Entwicklung eines sicherheitsanalytischen Instrumentariums für das geologische Endlager für radioaktive Abfälle in einem Salzstock.- Berlin.

PSE - Projekt Sicherheitsstudien Entsorgung (1985b): Modellrechnungen zur Ausbreitung von Radionukliden im Deckgebirge.- Abschlussbericht, Fachband 18, Berlin (Bearbeiter: E. Bütow, G. Brühl, M. Gülker, L. Heredia, S. Lütkemeier-Hossainipur, R. Naff, S. Struck).

PTB - Physikalisch-Technische Bundesanstalt (1983): Zusammenfassender Zwischenbericht über bisherige Ergebnisse der Standortuntersuchung in Gorleben.- Braunschweig.

RSK - Reaktor-Sicherheitskommission (1983): Sicherheitskriterien für die Endlagerung in einem Bergwerk.- Bundesanzeiger, Jg. 35, Nr. 2 vom 5.1.1983, S. 45-46.- Bonn.

STORCK, R. (1992): Methodik des Nachweises der Langzeitsicherheit eines Endlagers in einem Salzstock vor dem Hintergrund bestehender Unsicherheiten.- In: GÖMMEL, R. (Hrsg.): Sicherheitstechnische Aspekte der Endlagerung radioaktiver Abfälle.- Vorträge anlässlich eines zweitägigen Seminars der KTG-Fachgruppe Chemie und Entsorgung und des GSF-Instituts für Tieflagerung (Braunschweig, 1./2.10.1991), S. 23-29, Neuherberg.

WERNICKE, R. S. & ORRES, E. (1997): Contribution of Radionuclide Migration Studies (Mirage Projekt) to Safety Assessment of Geological Disposal.- In: McMENAMIN (Ed.): Fourth European Conference on Management and Disposal of Radioactive Waste, Luxembourg.- Bericht EUR 17543 EN, S. 553-568.

 

 

Abkürzungsverzeichnis

a Alpha
b Beta
c Gamma
e Epsilon
l My (ein Mikro, 10-6)
Al Aluminium
Am Americium
b Barn (=10-28 m²)
B Bor
Ba Barium
Bd. Band
C Kohlenstoff
Cao Calciumoxid
Cm Curium
Cr Chrom
Cs Cäsium
d Tag
Eu Europium
Fe Eisen
Gd Gadolinium
Gew. Gewicht
h Stunde
HAW High Activ Waste - hochradioaktiver Abfall
HLW
HWZ Halbwertzeit
KfK Kernforschungszentrum Karlsruhe
La Lanthan
Li Lithium
m Minute
mb millibarn
MeV Megaelektronvolt
MgO Magnesiumoxid
Mo Molybdän
Na Natrium
NaCl Natriumchlorid (Salz)
Nd Neodym
NEZ Nukleares Entsorgungszentrum
Ni Nickel
Np Neptunium
O Sauerstoff
P Phosphor
Pd Palladium
Pr Praseodym
RSK Reaktor-Sicherheitskommission
Pu Plutonium
Rb Rubinium
Rh Rhodium
Ru Ruthenium
s. siehe
sog. sogenannte
Si Silicium
Sn Zinn
Te Tellur
Ti Titan
u.a. unter anderem
u.s.w. und so weiter
u.v.m. und viele mehr
U Uran
WAA Wiederaufarbeitungsanlage
Y Yttrium
z.B. zum Beispiel
z.T. zum Teil
ZnO Zinkoxid
Zr Zirkonium

 

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Bisher erschienen:

Zur Sache 1,
vergriffen

Zur Sache 2, Oktober 1997
Entsorgungs-Fiasko Eine aktuelle Atommüll-Bilanz
28 Seiten, 3 DM

Zur Sache 3, Februar 1996
Glaskokillen aus La Hague Fakten und Bewertungen zum geplanten Kokillen-Transport nach Gorleben
28 Seiten, 2 DM

Zur Sache 4, April 1996
Risiko CASTOR Argumente gegen die Atommüll-Lagerung in CASTOR-Behältern
32 Seiten, 2 DM

Zur Sache 5, Februar 1997
Feindbild CASTOR-Widerstand Diffamierung und Kriminalisierung des Gorleben-Protestes durch den Verfassungsschutz
24 Seiten, 2 DM

Zur Sache 6, September1999
PKA Pilotkonditionierungsanlage, Die machen den Castor auf!
32 Seiten, 4 DM

Zur Sache 7, Juni 1998
Atomenergie-Warum wir dagegen sind! Argumente gegen die Atomenergie
28 Seiten, 4 DM, ermäßigt 2 DM

Zur Sache 8, Oktober 1999
Endlager Gorleben
Endlagersuche im Salzstock Gorleben
Stationen eines Irrwegs
36 Seiten, 4 DM, ermäßigt 2 DM

Zur Sache 10, April 2000
Strahlenschutz
Die neue Strahlenschutzverordnung – Eine milliardenschwere Subvention für die Atomindustrie
Seiten, 4 DM, ermäßigt 2 DM


Bearbeitet am : 14.04.2000/ad

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