Radiolyse von NaCl im Endlager für hochradioaktiven Abfall:

Strahlenschadenbeurteilung
der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS)
und
des Zernike-Instituts der Universität Groningen

Joachim Gruber

"Geology is an imperfect science full of "unknown unknowns" and geologic events cannot be predicted with any accuracy. Because of the limitations of geologic information, there must be a reassessment of the portion of nuclear plant planning that depends on it."
A. MacFarlane, "An explosive mix: Uncertain geologic knowledge and hazardous technologies"
Bulletin of the Atomic Scientist, 17.3.2011.

Lagert man hochradioaktiven Abfall in Salzgestein (NaCl), so wird dort der größte Teil seiner radioaktiven Strahlungsenergie in Wärme umgewandelt. Gegenstand dieser Abhandlung ist der Rest der Strahlungsenergie. Er schädigt das NaCl-Gitter so stark, daß nicht nur Kristallgitterfehler, sondern sogar elementares Natrium und Chlor entstehen (Radiolyse). Dieser Teil der Energie wird im Kristall gespeichert.

Das Ausmaß der gespeicherten Energie und wann und wie sie wieder freigesetzt wird, ist für die Isolation des hochradioaktiven Abfalls von Bedeutung und Gegenstand kontroverser wissenschaftlicher Diskussionen. Sie werden sich nach meiner Einschätzung des niedrigen Kenntnisstands auf diesem Gebiet noch über ein oder mehrere Jahrzehnte erstrecken müssen, bis die Arbeiten von der Technik (mit den dort üblichen Sicherheitsstandards und -garantien) übernommen werden können. Erst die Techniker müssen zwischen Alternativen abschließend entscheiden. Eine Entscheidung zum jetzigen Zeitpunkt negiert den unzureichenden Stand von Wissenschaft und Technik, der wesentlich unzureichender ist als z.B. bei der Tiefsee-Ölförderung.

Die -in sich widersprüchliche- Stellungnahme der Reaktorsicherheitskommission (RSK) "Strahlenschäden im Steinsalz", (391. Sitzung, 9.3.2006), erscheint mir unvereinbar mit Paragraph 11 ihrer Satzung, insbesondere dem dort formulierten Gebot der Nachvollziehbarkeit. Wenn mein Eindruck berechtigt ist, wäre bei einer Aussage der RSK zu wissenschaftlichen Problemen bei der Langzeitsicherheit ein Minderheitsvotum angebracht. Auf dieses könnten sich Gerichte leichter abstützen als auf wissenschaftliche Originalliteratur.

Auf Grund der mir im Internet zugänglichen Literatur scheint mir die Forschung zur Strahlenschädigung von Steinsalz seit einem Jahrzehnt in Deutschland zu stagnieren. Eine Verbreiterung der Diskussionsbasis über die neuen Medien (verteilte Netze, social media, blogs, wiki) könnte die nötigen Impulse zur Fortführung geben. Dieses Papier -als Beitrag zur Vorbereitung dafür gedacht- stellt die Problematik der Speicherung und Entladung von Strahlenschäden im Steinsalz zunächst in groben Zügen dar. Einzelne Details werden in den daran anschließenden Abschnitten vorgeführt.

Zusammenfassung

Die Vorgänge bei der Speicherung der Strahlungsenergie sind experimentell nicht direkt zugänglich, weil

Die Anwendung des Korrekturfaktors teilt die wissenschaftliche Welt z. Zt. in zwei Lager:

Lager 1 macht Experimente bei im Vergleich zum Endlager überhöhter Dosisleistung, ignoriert die Notwendigkeit einer Korrektur in diesem ersten Schritt und interpretiert die Experimente mit einem Modell (dem "Soppe-Modell"). Darin ist die Aufnahmefähigkeit des Kristalls für Strahlenschäden nach oben hin begrenzt, weil man eine solche Begrenzung auch in den Experimenten festzustellen glaubt. Mit dem Soppe-Modell extrapoliert man hin zu niedrigen endlagerrelevanten Strahlendosisleistungen und multipliziert anschließend den errechneten Strahlenschaden mit dem Korrekturfaktor.

Lager 2 dehnt den experimentell untersuchten Dosisbereich von Lager 1 zu höheren Dosen hin um den Korrekturfaktor aus. Dabei kommt man bis zu Dosen von 20 GGray und findet, daß man den NaCl-Kristall mit Strahlung beliebig hoch belasten kann, ohne eine Obergrenze der Schädigung (d.h. der im Kristall gespeicherten Energie) zu erreichen. Wie die Experimente zeigen, wird die Energie als Poren ("voids") im Kristallgitter gespeichert, welche sich in gitterähnlichen Mustern selbstorganisieren. Das Soppe-Modell liefert also eine nachweislich unvollkommene Beschreibung der Energiespeicherung. Lager 2 hat daher mehrere Korrekturen und Erweiterungen des Soppe-Modells entwickelt (die "DTVH-Modelle"). Dabei stellte Lager 2 fest, daß zu wenig experimentelle Information vorhanden ist, um die Entwicklung der DTVH-Modelle als abgeschlossen zu betrachten ("II,4 The issue of the agreement between theoretical calculations and experiment").

Beide Lager bewerten die mit der Energieaufladung des Steinsalzes verbundenen Konsequenzen verschieden:

Lager 1: Da dem Kristall -entsprechend den Arbeiten im Lager 1- eine Obergrenze der gespeicherten Energie zu eigen ist, ist man unabhängig von der Bestrahlungsdauer: Das Problem der zu kurzen Bestrahlungsdauer wird, so glaubt man, konservativ gelöst, indem man

  1. für die im Endlagersalz gespeicherte Energie ihre Obergrenze ansetzt oder
  2. -wie oben dargestellt- die mit dem Soppe-Modell berechnete gespeicherte Energie um den Korrekturfaktor erhöht. Anders als Lager 2 geht Lager 1 also davon aus, daß eine Korrektur nicht die Prozesse selbst betreffen muß, sondern nur das Ausmaß der durch schon bekannte Prozesse gespeicherten Energie.
  3. die Parameter des Soppe-Modells überdies so wählt, daß das Modell etwas mehr gespeicherte Energie liefert, als im Experiment gemessen wurde.

Die Wirkung der spontanen Entladung der gespeicherten Energie schätzt das nukleare Establishment ab, indem es diese "konservativ" abgeschätzte gespeicherte Energie über das bestrahlte Steinsalzvolumen mittelt. Um den Sicherheitsabstand zum Zusammenbruch des Abfalleinschlusses im Salz abzuschätzen, zieht man Erfahrungen heran, die z.B. im Projekt Plowshare gemacht wurden. Dort hat man nukleare Sprengsätze im kt-Bereich in Salzdomen gezündet und festgestellt, daß jenseits eines Radius von einigen zehn Metern um das Detonationszentrum das Salzgestein offenbar unbeeinträchtigt blieb.

Lager 2 kann nur ein vorläufiges Ergebnis liefern, weil die gespeicherte Energie vom -bisher nach eigenen Aussagen unvollkommenen- DTVH-Modell abhängt.

Die Entladung der Energie stellt sich Lager 2 über eine Schockwelle (shock wave) vor: Bei ihrer Wanderung durch das mit Energie aufgeladene Steinsalz löst die Wellenfront die Entladung der Energie aus. Die freiwerdende Energie ist also auf die Wellenfront beschränkt. Ob die Isolation des hochaktiven Abfalls in diesem Fall noch gewährleistet bleibt, ist -nach meiner Einschätzung- nicht geklärt worden.

Während also Lager 1 die Isolation des Abfalls als gegeben ansieht, weist Lager 2 auf Widersprüche und Probleme hin, welche Lager 1 nicht lösen kann. Diese werden in den Abschnitten 1 - 5 eingehender dargestellt. Der Rest dieser Arbeit stellt eine moderne IT-gestützte weitere Vorgehensweise auf diesem Gebiet zur Diskussion.

Worum geht es dabei im wesentlichen?
Nach dem Tod von H.W. den Hartog, des Leiters der Ionic Materials Group, ist es unsere und des nuklearen Establishments Aufgabe, über Open Data / Open Science die Strahlenschadensdiskussion in die breitere Öffentlichkeit zu tragen. Analog zu Data.gov / Open Government im allgemein gesellschaftlichen Raum werden (in internationalem Rahmen) von der IT, von Hackern wie von interessierten Menschen allgemein Hilfsprogramme ("apps", hierhin gehören auch Mathematica-Applicationen) entwickelt werden, welche die Open Data und die dort abgelegten Modelle zu erschließen (z.B. visualisieren) helfen. Auf Grund unserer Erfahrungen mit dem Wiki-Konzept ist zu erwarten, daß damit die unter politischem Druck unglücklicherweise entstandene Fehlentwicklung in diesem Wissenschaftszweig beendet wird. Anders als im Manhatten- oder Apollo-Projekt, vermuten Internet-Theoretiker (z.B. Clay Shirky, Micah Sifry), braucht man zunächst kein Großlabor zur Lösung der Probleme. Trotzdem wird -wie die letzten 30 Jahre Endlagerforschung zeigen- die Lösung nach meiner Einschätzung mindestens eine Wissenschaftlergeneration (30 Jahre) benötigen.



1. Modelle

1.1 Modelle sind nur komprimierte experimentelle Daten

Rechenmodelle für Vorgänge in nuklearen Endlagern in tiefen geologischen Formationen sind vom Typ "top-down". Anders als in der Grundlagenforschung formulieren sie z.B. kristallphysikalische Vorgänge global, d.h. nur mit einem weitgehend historisch bedingten praktikablen Grad an Detailwissen. Tiefergehende Systemeigenschaften werden in der Form von Parametern dargestellt. Materialeigenschaften beispielsweise werden als frei wählbare Parameter in die Modelle eingeführt.

Mit den Modellen reproduziert man experimentelle Ergebnisse, indem man den Parametern passende feste Größen zuweist. Das bedeutet im hier behandelten Fall: Experimentell unzugängliche endlagerrelevante Bestrahlungen (niedrige Strahlendosisleistungen bei gleichzeitig hohen Strahlendosen) werden prinzipiell nicht auf die experimentell bestimmten Parameter abgebildet. Auf diese Weise blenden die Modelle vermutlich Details der Strahlenschädigung aus, ohne daß wir wüßten, ob das gerechtfertigt ist (den Hartog, 1994, Modellgrenzen).

Um ein Bild aus der Informationstechnologie (IT) zu verwenden: Ein Modell ist grundsätzlich nur eine Form der Kompression (oder Kodierung) von experimentellen Ergebnissen (Daten), mit anderen Worten: die Vielzahl der Daten wird durch eine geringere Anzahl von Parametern kodiert. Das gilt auch umgekehrt: Die Dekompression (durch Anwendung der Modelle) kann nur die bereits bekannten Daten wiederherstellen. Das Modell ist in der Sprache der IT ein auf den Inhalt (d.h. die experimentell gewonnenen Daten) optimierter Codec. Ebenso wie der Code aber prinzipiell unabhängig vom kodierten Inhalt ist, so ist das Modell kein Analog der Wirklichkeit. Darin unterscheiden sich die top-down Modelle von den großen Modellen (Theorien) der Physik, z.B. der Relativitätstheorie.

Die Strahlenschadenmodelle (Soppe, DTVH) sind also ebenso wenig Simulationen der Strahlenschädigung, wie der MP3-Codec (die mp3-Version) einer von Wilhelm Furtwängler dirigierten Sinfonie Furtwänglers gesamte Interpretationsmöglichkeiten dieser Sinfonie sind. (ein anderes Bild: das funktionale Modell)

Wegen der beschränkten experimentellen Datenbasis und der Meßfehler legt die Kompression die Parameter überdies nicht eindeutig fest (Beispiel: Abbildung 2e), d.h. es gibt immer eine Vielzahl von Parameterkombinationen, welche die Experimente gleich gut repräsentieren. Das erschwert unser Systemverständnis.

Wenn man Modelle zur Aufklärung von bisher unbekannten zukünftigen Abläufen im Endlager verwendet, hofft man demnach implizit, daß man dabei ihren Gültigkeitsbereich nicht überschreitet (wie in Soppe et al, 1996).

1.2 Modelle zur Beschreibung von Strahlenschädigung

Diese Hoffnung ist nicht mehr gerechtfertigt, und das Modell ist nicht "konservativ", wenn

Die in Deutschland diskutierten Experimente und Modelle zur Strahlenschädigung des Endlagermediums Steinsalz stehen in diesem Spannungsfeld (H.W. den Hartog, Bad Bentheim, 1994, im )

Auf der einen Seite stellt das nukleare Establishment fest:

"Die Defektstrukturen und der Mechanismus, der zur radiolytischen Strahlenschädigung in Alkalihalogeniden mit Bildung von molekularen Defektclustern führt, sind heute gut verstanden." (Seite 50 von GRS-142. Weitere problematische Aussagen des GRS-142)

Auf der anderen Seite legt H.W. den Hartog dar,

man dürfe unser heutiges quasi-phänomenologisches Wissen nicht zur Vorhersage der Sicherheit eines Endlagers verwenden. Die Arbeiten der IONMA zeigten, daß keines unserer heutigen Modelle vorhersagen kann, welche Auswirkung die Strahlenschädigung von Steinsalz auf die Endlagersicherheit habe (H.W. den Hartog, Bad Bentheim, 1994).

Im Folgenden werden zwei Modelle bzw. Modellgruppen einander gegenübergestellt. Beide sind Weiterentwicklungen des Modells von U. Jain und A.B. Lidiard (JL-Modell), von ihnen veröffentlicht im Bericht "The Growth of Coiloidai Centres in Irradiated Alkali Holides" im Philosophical Magazine 35, 245-259 (1977):

  1. "Soppe-Modell", Autoren: W. Soppe, E. Kotomin, J. Prij, H. Donker. Dieses Modell wird von der GRS und der RSK favorisiert.
  2. "DTVH-Modell", Autoren: V.I. Dubinko, A.A. Turkin, D.I. Vainshtein und H.W. den Hartog. Diese Modellgruppe wurde von der IONMA der Universität Groningen entwickelt.

Im Anhang werden grundlegende Eigenschaften von und Prozesse in Kristallen in Kurzvideos dargestellt, um eine Basis zum Verständnis zu legen. Besonders die als Kristallanaloga verwendeten Blasenflächen und die Darstellung der Kristallschädigung durch ein Neutron sollen ein Gefühl dafür vermitteln, daß die Abläufe von vielen Materialeigenschaften abhängen, welche z.B. das Fließen der Fehlstellen, die Stabilität von Poren, die miteinander konkurrierenden Affinitäten von Fehlstellen und Poren bestimmen (siehe Tabelle 2.1 in der Dissertation von Sugonyako und diese Kurzfassung des DTVH-Modells).

2. Bestrahlungsbedingungen im Endlager im Vergleich zu experimentell zugänglichen Bereichen

Strahlendosen aufgetragen gegen Dosisleistungen: Experimente und nukleares Endlager

Abb. 1a (zum Vergrößern auf Bild klicken)

Bestrahlungsregime - EUR 16743, Part I.3: A. Garcia Celma, L.H. Vons, H. Donker, The Theory of Radiation Damage in Salt Crystals and Rocks: the Leading Questions

Abb. 1b (zum Vergrößern auf Bild klicken)

Abbildung 1: Experimentell abgedeckte Bereiche der Dosis und Dosisleistung im Vergleich zu den Bedingungen in einem Endlager für hochradioaktive Abfälle. Abb. 1a entnommen aus Strahlenschäden im Steinsalz, RSK-Stellungnahme, 391. Sitzung (9.3.2006) und modifiziert. Abb. 1b aus A. Garcia Celma, L.H. Vons, H. Donker, The Theory of Radiation Damage in Salt Crystals and Rocks: the Leading Questions

3. Experimente

3.1 Experimente des "nuklearen Establishments": Darstellung durch das Soppe-Modell

in NaCl gespeicherte Energie aufgetragen gegen die Gammastrahlungsdosis -ORNL-5058 Fig.2

Abb. 2a (zum Vergrößern auf Bild klicken)

in NaCl gespeicherte Energie aufgetragen gegen die Gammastrahlungsdosis -ORNL-5058 Fig.4

Abb. 2b (zum Vergrößern auf Bild klicken)

in NaCl gespeicherte Energie aufgetragen gegen die Gammastrahlungsdosis -ORNL-5058 Fig.3

Abb. 2c (zum Vergrößern auf Bild klicken)

de las Cuevas, Miralles: Colloidal Na concentration vs. total dose for GIF-A experiments

Abb. 2d (zum Vergrößern auf Bild klicken)

Abbildung 2: Diese 4 Diagramme sind Beispiele für die vermutete Sättigung der gespeicherten Energie und Na-Kolloid-Anteile im NaCl-Gitter. Das 5. Diagramm soll die geringe Qualität der Parameteranpassung veranschaulichen.

Abb. 2a - 2c sind Figs. 2 - 4 von G.H. Jenks, C.D. Bopp (1977). Modell von Jenks & Bopp in J. Bergsma, R.J. Heijboer (1983). Wegen der Meßwertstreuung sind die Parameter k1 und k2 nicht eindeutig festzulegen. In jedem Fall können Strahlungsdosen jenseits von 0.3 GGy einen Einfluß auf diese Parameter haben oder weitere Kristallprozesse und Parameter erfordern, wie Abb. 2.6 zeigt.

Abb. 2d ist Fig. 4 in C. de las Cuevas and L.Miralles (1996).
Mehr Daten in Donker et al. (1996)

in NaCl gespeicherte Energie aufgetragen gegen die Gammastrahlungsdosis -ORNL-5058 Fig.2, Vergleich mit Soppe-Modell

Abb. 2e (zum Vergrößern auf Bild klicken)

Qualität des Soppe-Modells: Abb. 2e enthält links die Abb. 2a und rechts

  • die experimentellen Daten (dicke Punkte) von de las Cuevas und Miralles und von Jenks & Bopp (letztere übertragen aus dem linken Diagramm)
  • Kurven (durchgezogene und unterbrochene Linien), welche das Soppe Modell liefert.

Das nukleare Establishment trifft eine Entscheidung folgender Art: Die durchgezogene Kurve repräsentiert die Daten ausreichend genau - überschätzt sie sogar, und daher reicht es, nur diejenigen strahlenschadeninduzierten Prozesse zu berücksichtigen, welche im Soppe-Modell vertreten sind.

Die Strahlendosen sind niedrig im Vergleich zu denen im Zernike-Institut benutzten. In Sugonyakos Abb. 2.6 liegen sie im grau hervorgehobenen Kasten mit der Bezeichnung ORNL-5058.

3.2 Experimente des Ionic Materials Group: Darstellung durch das DTVH-Modell

Im Zernike-Institut for Advanced Materials der Universität Groningen hatten die Experimente der Ionic Materials Group (IONMA) ergeben, daß im Steinsalz keine Sättigung mit Strahlenschäden auftritt, während viele Experimente in Labors des nuklearen Establishments (z.B. EU 16743-EN, PART V) eine solche zu zeigen schienen und die daran angepaßten Modelle dann auch ansetzen.

in NaCl gespeicherte Energie aufgetragen gegen die Gammastrahlungsdosis -Sugonyako Fig.2.6

(zum Vergrößern auf Bild klicken)

Abbildung 3 (Figure 2.6 aus Sugonyako): Vergleich von Experiment und DTVH-Modell. Na-Kolloidanteil in reinen und mit KBF4, F oder Br dotierten NaCl-Proben bei einer Dosisleistung K = 107 Gy/h und 100 C. Konzentration der F-Zentrenfallen CTF = 0, 100, 300 und 1000 atom-ppm. Stufenversetzungsdichten = 1012 ... 1015 pro m2.

Hinzugefügt: Grauer Kasten mit der Bezeichnung ORNL-5058 und Kurve Jenks & Bopp ORNL-5058: Diese geben die Lage der experimentellen Ergebnisse und den von Jenks und Bopp extrapolierten Strahlenschaden an.

Sugonyako zeigt in seinen Figs. 4.2 and 4.3, daß der Zahlenwert des Na-Kolloidanteils am NaCl-Kristall gemessen in at-% im wesentlichen dem in vol-% gemessenen gleich ist. Daher gibt die y-Achse hier den Na-Kolloidanteil sowohl in vol-% als auch in at-% an.

Das DTVH-Modell reproduziert den größeren Bereich von experimentellen Bedingungen besser und damit den Strahlenschaden realistischer und konservativer als das Jenks&Bopp- und das Soppe-Modell. Das kann das DTVH-Modell, weil es mehr strahleninduzierte Prozesse berücksichtigt als Jenks & Bopp und Soppe (Abb. 2).

4. DTVH-Modellgruppe und Soppe-Modell: Ein Vergleich

siehe auch: A. Garcia Celma, L. Vons and H. Donker, The Theory of Radiation Damage in Salt Crystals and Rocks, the Leading Questions and Underlying Research Issues, EUR 16743 EN, Part I.3

Nachdem die radioaktive Strahlung zunächst Punktdefekte (F- und H-Zentren) erzeugt und aus den Punktdefekten (wie im Soppe-Modell) durch Zusammenballung Na-Kolloide und "dislocation loops" im Kristall entstehen, lösen H-Zentren an Stufenversetzungen im Kristall Leerstellen im Na+-Untergitter mit einem Elektronenloch aus ("VF-Zentren"). Diese drei Punktdefekttypen (F-, H- und VF-Zentren) entwickeln sich auf einem im Soppe-Modell nicht vorhandenen Weg zu den experimentell beobachteten Poren (Dubinko et al, 1999).

Dieser Reaktionsweg verhindert, daß im experimentell untersuchten Gebiet unterhalb von 20 GGy eine Sättigung mit Strahlenschäden auftritt. Wegen der anfangs erwähnten Parameterunsicherheiten und wegen der Meßwertstreuung werden diese Reaktionen erst bei hohen Strahlendosen sichtbar. In späteren Experimenten zeigten sich der IONMA weitere Reaktionen, und den Hartog vermutet noch eine bisher unergründete Fülle solcher neuer Phänomene.

4.1 Mechanismus der Porenbildung

A. Sugonyako hat den Mechanismus der Porenbildung in "Modeling of the growth of extended defects in NaCl under electron irradiation", Kap. II seiner Dissertation, graphisch (Fig. 2.2) und tabellarisch (Tabelle 2.1) dargestellt (Vergleich mit dem Soppe-Modell: Bild 3).

Der Startpunkt zur Porenbildung ist das erwähnte VF-Zentrum. Sugonyako nennt es einen mobilen "Antimorph" zum F-Zentrum:

Dubinko model of radiation damage

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Dubinko model of radiation damage

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Dubinko model of radiation damage

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Das Wachstum der Na-Kolloide während der Bestrahlung (x-Achse: Kolloidradius, y-Achse: Häufigkeit dieses Radiuses): Mit der Fokker-Planck-Gleichung beschreibt Sugonyako in Gleichung (2.12) die Vergrößerung der Na-Kolloide. Anders als hier dargestellt verbreitert sich in seiner Version des DTVH-Modells die Verteilung der Kolloidradien nicht bei steigender Dosis, sondern sie verlagert sich bei gleichbleibender Breite hin zu höheren Radien. (Quelle und Lizenz)

Abbildung 3 (Figure 2.2, Table 2.1 von Sugonyako und Figure 2 von den Hartog et al., 2002): DTVH-Modell des Wachstums von ausgedehnten Defekten und schließlich Poren in NaCl unter Elektronenbestrahlung. Quelle: Sugonyako, Ch. 2 und den Hartog et al., 2002

Die primären Prozesse sind dieselben wie im Soppe-Modell (Bild 3), d.h. die Zusammenballung der F-Zentren zu wachsenden Na-Kolloiden (Zeichentrickfilmsequenz, links) und der H-Zentren zu "dislocation loops" (Zeichentrickfilmsequenz) und letztendlich Cl2-Blasen.

Die folgenden Prozesse sind DTVH-Modell-spezifisch:

  1. H-Zentren wechselwirken mit Stufenversetzungen (dislocations) unter Bildung von beweglichen VF-Zentren (Mitte dieses Diagramms).
  2. Morph (F-Zentrum) und Antimorph (VF-Zentrum) laufen ineinander, woraus sich eine Doppelleerstelle bildet, d.h. in beiden Untergittern (dem Cl- und dem Na-Untergitter) jeweils eine Leerstelle.
  3. Es bilden sich Porenkeime, wenn sich ausdehnende Na-Kolloidbereiche mit sich aufblähenden Cl2-Blasen chemisch zu NaCl-Molekülen (im Gegensatz zum NaCl-Kristall) reagieren. Anschließend wachsen die Keime zu Poren, wenn Morph und Antimorph an die Porenoberflächen wandern und miteinander zu elektroneutralen Doppelleerstellen reagieren.
  4. Die wachsenden Poren sammeln Cl2-Blasen in sich auf.
  5. Sobald die Cl2-gefüllten Poren groß genug sind, entwickelt sich in ihnen explosionsartig ein Überdruck bei Kollisionen mit Na-Kolloiden (weil die Bildung von NaCl-Molekülen heftig unter Wärmeentwicklung abläuft).
  6. Der plötzliche Druckaufbau in einzelnen Poren pflanzt sich in Form von kohärenten Schockwellen ("shocks") durch den Kristall fort. Das könnte zu makroskopischen Rissen führen.

    Lineare Ausbreitung einer Schockwelle im Gitter. Anders als hier dargestellt gewinnt die Schockwelle im DTVH-Modell bei ihrer Wanderung an Stärke.
    Quelle und Lizenz

5. Schlußfolgerungen aus dem DTVH-Modell

"Daß die radiolytisch erzeugten Teilchen in stark bestrahlten Salzkristallen hoch-organisierte Strukturen bilden, kann die hohe Kapazität der NaCl-Kristalle für Natrium-Ausfällungen erklären. In der Tat könnte die Selbstorganisation der radiolytisch erzeugten Ausfällungen der Grund dafür sein, daß Natrium und Chlor so effizient getrennt werden."

Quelle: A. Sugonyako, Summary, Dissertation (2007).

"D.I. Vainshtein recently [1997] observed the formation of void and void structure in heavily irradiated NaCl under electron irradiation. Natural rock salts and KCl were among the salts irradiated with 1.35 MeV electrons from a Van de Graaf accelerator. Irradiation doses up to 1.5 109 Gy were applied at temperatures between 30 C and 150 C. The samples were 6 mm in diameter and were 0.5 - 1 mm thick. Under these irradiation conditions, up to 15% of NaCl crystal was reported to be transformed into elemental sodium and chlorine.

Researchers observed voids with sizes between 0.05 and 0.7 10-3 mm in many samples. However, in heavily irradiated natural rock salts, very large void with diameters from 1.2 to 5 10-3 mm were created. The size, shape, and distribution of the voids depended strongly upon the irradiation dose, irradiation temperature, and the presence of impurities.

H.W. den Hartog found that the size and density of the voids did not saturate for KBF4-doped NaCl crystals, even when the crystals were irradiated at doses up to 1.5 109 Gy. These sodium and chlorine precipitates and void structures are accompanied by the accumulation of stored energy with a maximum of about 78 KJ/mol"

Quelle: Lav Tandon, "Radiolysis of Salts and Long-Term Storage Issues for Both Pure and Impure PuO2 Materials in Plutonium Storage Containers", L.K. Wood, Group CIC-1 (ed.), LA-13725-MS, Los Alamos National Laboratory (May 2000).

Sugonyako, dissertation, Fig. 2.4
(zum Vergrößern auf Bild klicken)

Abbildung 4 (Figure 2.4 aus Sugonyako, Ch. 2, Dissertation, 2007)

Researchers proposed that possibly the collapse of large voids initiates an explosive release of stored energy, giving rise to a localized hot spot and a thermal shock wave. These explosions in NaCl were explained by a number of features of the damage centers

  • in which shock waves in heavily damaged NaCl induce very localized and coherent back-reactions between sodium and chlorine.
  • These reactions amplify the strength of the shock wave.
  • The presence of voids (not the chemical reactions) effectively feeds energy to the shock wave.

Therefore, extremely small, nanometer-sized, and radiolytic sodium and chlorine precipitates are important reaction products that give rise to very fast local reactions and transfer of chemical energy to the shock wave, which in turn leads to explosive decomposition.

6. Bewertung der Modelle

Da wir im Fall der Strahlenschädigung des Endlagersalzes die zukünftigen Umweltbedingungen prinzipiell nie kennen werden, kann man sich -nach meiner Ansicht- nicht gegen das DTVH-Modell entscheiden, solange es keine Erkenntnisse gibt, die dieses mit "angemessener Sicherheit" ausschließen. Es stellt sich also die Frage nach der Belastbarkeit von Aussagen des deutschen nuklearen Establishments.

Die RSK kommt in ihrer 391. Sitzung am 9.3.2006 zu dem Schluß:

"Bei einer explosionsartigen Rückreaktion der gesamten gespeicherten Energie kommt es zu deutlichen Temperaturerhöhungen sowie zu Erhöhungen der Gebirgsdrücke. Dabei ist eine lokale Beeinträchtigung der Barrierenintegrität im Bereich von wenigen 10 cm um die Bohrlöcher herum möglich. Wegen der abschirmenden Wirkung des Gebirges werden die Rückreaktionen aber auf das unmittelbare Umfeld eines Bohrlochs begrenzt bleiben. Die Integrität der Barriere Salzgestein insgesamt wird dadurch nicht beeinflusst."

H.W. den Hartog sagte 1994 in Bad Bentheim:

"Unsere Schlußfolgerung war und ist es noch, daß die Instabilität von starker radioaktiver Strahlung ausgesetztem Steinsalz eine ganz generelle Eigenschaft dieses Materials ist. In Ausnahmefällen könnte Steinsalz dabei stabil bleiben, aber diese vorläufige Annahme erfordert zu ihrer Bestätigung intensive Forschungsarbeit."

Hier stellt sich die Frage nach der Haftung für eine Fehleinschätzung. In jedem Forschungsbericht lastet die GRS, auf die sich die RSK abstützt, diese Haftung dem Autor an. Der Autor kann aber offensichtlich zivil- und strafrechtlich für den möglichen Schaden nicht haftbar gemacht werden, wie das Beispiel der Asse-Katastrophe zeigt. Es muß nach meinem Dafürhalten der Öffentlichkeit im Internet der vollständige, maschinenlesbare und kostenfreie Zugang zu allen Arbeiten gegeben werden ("Open Data"), damit die Chance besteht, daß die beste Lösung gefunden wird.

7. Freiheit der Endlagerforschung

Zumindest in den Jahren 1973 - 1982, während ich im Hahn-Meitner-Institut für Kernforschung in Berlin (HMI) Forschung zur Sicherheit nuklearer Endlager betrieb, war dort die Freiheit der Forschung auf ähnliche Weise beeinträchtigt, wie nach meiner Einschätzung die Forschung in den USA zur Zeit G.W. Bushs. Gegenwärtige Publikationen der GRS deuten mir auf einen Fortbestand der Unfreiheit bis heute hin. Im Gegensatz zu Deutschland haben in den USA über 15000 Wissenschaftler ihren Congress auf den Mißstand in ihrem Land aufmerksam und Vorschläge zu dessen Abhilfe gemacht.

UCS 2008 Statement: Scientific Freedom and the Public Good
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Scientific Freedom and the Public Good
February 14, 2008

Scientific knowledge and its successful applications have played a large role in making the United States of America a powerful nation and its citizens increasingly prosperous and healthy. The challenges that face the United States in the twenty-first century can only be met if this tradition is honored and sustained.

To that end, the U.S. government must adhere to high standards of scientific integrity in forming and implementing its policies. Breaches of this principle have damaged the public good and the international leadership of the United States. To meet its obligation to serve the public interest, the government must have reliable scientific work and advice at its disposal, and provide the public with reliable scientific information. This requires the government to provide federal scientists with the resources and the professional environment necessary to carry out their missions effectively and honestly. The government should also draw on the knowledge of federal scientists and of the larger scientific community to formulate public policy in an objective and transparent manner.

Scientists employed by government institutions commit themselves to serve the public good free from undisclosed conflicts of interest and to carry out science that is reliable and useful, while respecting statutory limitations such as national security laws. Therefore, government scientists should, without fear of reprisal or retaliation, have the freedom:

  • to conduct their work without political or private-sector interference;
  • to candidly communicate their findings to Congress, the public, and their scientific peers;
  • to publish their work and to participate fully in the scientific community;
  • to disclose misrepresentation, censorship, and other abuses of science; and
  • to have their technical work evaluated by scientific peers.

We call on Congress and the executive branch to codify these freedoms, to establish stronger means for gathering scientific advice, and to take concrete steps to enhance transparency, so as to create conditions conducive to a thriving scientific enterprise that will serve our democracy with integrity and bring the full fruits of science to all Americans and to the world.

8. Den Hartogs Plädoyer

Angesichts

  1. des gigantischen Gefahrenpotentials, das einem Endlager für hochradioaktiven Abfall innewohnt und
  2. der geringen Sicherheitsmarge, welche das Soppe-Modell aufzeigt (Na-Kolloidkonzentration liegt nach diesem Modell bei maximal 0.5 mol-%, während explosive Rückreaktionen zwischen radiolytisch gebildetem elementarem Chlor und Natrium bei 7 mol-% einsetzen)

ist man nach Meinung von H.W. den Hartog gehalten, wissenschaftlich auf der Basis des konservativeren DTVH-Modells weiterzuarbeiten (Bad Bentheim-Papier, im Cache): Aber ...

"There is another problem, which is far more severe. It is related with the reason why the research on radiation damage of NaCl has been abandoned. For many people it is certain that the decision to stop the research on radiation damage in NaCl was made for political reasons. High ranking persons have said that radiation damage was not a problem. This kind of approach of the scientific problem will turn out to be a major difficulty, because several scientists will have been influenced by this and moved away from a subject, which is very important, in particular for Germany. The most relevant question is now how does Germany get qualified and critical scientists back into the field of radiation damage in heavily irradiated NaCl. This question is related with many other questions regarding the nuclear energy cycle. The most important one being: Is it possible to earn back the trust of the reasonable average German citizen.

Also for the average citizens there are problems. Because for many of them it is clear that discussions about the issues, connected with radiation damage in NaCl, have been avoided systematically. This is felt very strongly by many people, who were interested to take part in the discussions about nuclear power. They ask themselves, is there anything related with radiation damage in NaCl that the authorities are hiding for us?

It is clear that in the first place the German authorities should start an open discussion about the feasibility of storage of HLW in rock salt formations (or eventually other natural hosts). The discussion should not be limited to a discussion about the best choices for a location. The role of scientists in the feasibility discussion is an important one, because it is possible in principle to benefit from the independent and critical ideas put forward by these scientists. Until now on an overwhelming scale scientists from German institutions played a role in the general debate and also the advise for the Government and quite often the information for the members of the German Parliament is provided by workers from these institutions. Of course it is important for a Government to be certain that sufficiently qualified people are available to solve all problems associated with the storage of HLW, but equally important is, especially when the issues are controversial, that there is a significant contribution from independent scientists. At the present moment the discussion in Germany is held at two different and totally separated levels. There is a discussion among experts and there is a discussion in the German society.

This situation is unhealthy and it will not lead to solutions, because a large part of the public will say that the experts are biased, because they depend on their institutions, which on their turn depend on the Government. It will not be easy to change the situation, but changes are required otherwise the controversy will persist and the public will not trust its own Government. In conclusion: An open debate on all subjects related with the storage of HLW should be held and efforts should be made to stimulate that independent scientists make their contributions to the solutions of the "hard-to-crack" problems, among which 'Radiation damage in NaCl'."

9. Open Science

Auf dem Kongress Öffentlichkeit und Demokratie hat Tom Schimmeck in der Abschlußerklärung angesichts grundlegender Defizite des bestehenden Mediensystems einige Aufgaben benannt.

  1. "Die Gesellschaft muss die Medieninhaber viel stärker in die Pflicht nehmen (u.a. durch Redaktionsstatute, Presserecht, institutionalisierte Pressekritik). Sie haben eine enorme demokratische Verantwortung.
  2. Wir brauchen eine Renaissance des öffentlich-rechtlichen Rundfunks und Fernsehens, die für Unabhängigkeit, Qualität, Meinungsvielfalt und Offenheit für alle gesellschaftlichen Gruppen Sorge trägt.
  3. Quer durch die Medienlandschaft und ihre neuen digitalen Ergänzungen ziehen sich verstärkte ... Ausgrenzungen.
  4. Eine demokratische Öffentlichkeit braucht aber gleiche Zugangs- und Beteiligungschancen.
  5. Wir brauchen ein anderes, freieres, zornigeres, couragierteres journalistisches Selbstverständnis. Zu viele werden gebrochen ... durch den Druck des Marktes. Zu viele schwimmen mit im Mainstream...
  6. Wir brauchen Strukturen wie Stiftungen und Vereine, die unabhängigen Journalismus fördern.
  7. Wir müssen

Die gleichen Aufgaben hat nach meinen Erfahrungen die durch die öffentliche Hand finanzierte Wissenschaft vor sich, d.h. man ersetze in Schimmecks Aufgabenkatalog

Diese Aufgaben können heute unter IT-gestützter Beteiligung der Öffentlichkeit angegangen werden (Wiki-Prinzip, Weblogs, soziale Medien). Formen und Chancen wurden im März 2010 von E. Huang, Leiter einer United States Federal Communications Commission Taskforce zum "National Broadband Plan: Connecting America", diskutiert: E. Huang, "The Future of Civic Engagement in a Broadband-Enabled World" (annotated transscript)

9. 1 Open Government - Open Data

Wie hier für die Politik dargestellt, so sollte auch mit Daten und Modellen aus der Wissenschaft umgegangen werden.

9.2 Whistleblower-Schutz

10. Literatur

Im Internet hat die Öffentlichkeit nur sehr begrenzt freien Zugang zum Volltext von Publikationen mit diesen beiden Modellen:

10.1 Soppe-Modell

  1. J. Mönig, "realistische Abschätzung der Strahlenschädigung von Steinsalz bei EInlagerung von HA in Bohrlöchern", GRS-142, Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (1997) (im Cache)
  2. G.H. Jenks and C.D. Bopp, "Storage and Release of Radiation Energy in Salt in Radioactive Waste Repositories", ORNL-5058, Oak Ridge National Laboratory (1977).
  3. J. Bergsma, R.J. Heijboer, Modell von Jenks & Bopp, in Radiation Dose Deposition and Energy Accumulation in a Rock Salt Waste Repository, ECN-144, Netherlands Energy Research Foundation (1983)
  4. THE EFFECTS OF GAMMA RADIATION ON SALT
    A. Garcia Celma, H. Donker (eds.)
    European Commission Topical Report EU 16743 EN (1996)

10.2 DTVH-Modell

  1. J.R.W. Weerkamp, J.C. Groote, J. Seinen, and H.W. den Hartog, Radiation Damage in NaCl. I. Optical-absorption experiments on heavily irradiated samples, Physical Review B 50, 9781-9786 (1994),
  2. J. Seinen, J.C. Groote, J.R.W. Weerkamp, and H.W. den Hartog, Radiation Damage in NaCl II. The early stage of F-center aggregation, Physical Review B 50, 9787 - 9792 (1994),
  3. J. Seinen, J.R.W., Weerkamp, J.C. Groote, and H.W. den Hartog, Radiation Damage in NaCl III. Melting phenomena of sodium colloid, Physical Review B 50, 9793 - 9797 (1994),
  4. J.C. Groote, J.R.W. Weerkamp, J. Seinen, and H.W. den Hartog, Radiation Damage in NaCl IV. Raman scattering, Physical Review B 50, 9798 - 9802 (1994).
  5. V.I. Dubinko, A.A. Turkin, D.I. Vainshtein and H.W. den Hartog, Modeling of the radiation-induced microstructural evolution in ionic crystals, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 153, Issues 1-4, Pages 163-166 (1999),
  6. D.I. Vainshtein, V.I. Dubinko, A.A. Turkin and H.W. den Hartog, Effect of the void formation on the explosive fracture of electron irradiated NaCl crystals, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 166-167, 550-555 (2000),
  7. V.I. Dubinko, A.A. Turkin, D.I. Vainshtein and H.W. den Hartog, Effect of dose rate, temperature and impurity content on the radiation damage in the electron irradiated NaCl crystals, Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B, 166-167, 561-567 (2000),
  8. A. V. Sugonyako, Nano-sized precipitated formations in irradiated NaCl, Dissertation (2007)(im Cache, 6.6.2013)
  9. D.I. Vainshtein, C. Altena, and H.W. den Hartog, "Evidence of Void Lattice Formation in Heavily Irradiated NaCl", Mater. Sci. Forum 239-241, 607 (1997)
  10. H.W. den Hartog and D.I. Vainstein, "Explosive Phenomena in Heavily Irradiated NaCl", Mater. Sci. Forum 239-241, 611 (1997)
  11. weitere Publikationen zum DTVH-Modell.

10.3 Literaturstudie

  1. J. Mönig "Literaturstudie über die Fortentwicklung des Kenntnisstandes seit 1997 zur Bildung von Strahlenschäden in Alkalihalogeniden, GRS-A-3058, Juli 2002 (Auftrags-Nr. 551180)
    (im Cache)

    "Die theoretischen Modelle werden fortlaufend verbessert, die Entwicklung ist noch nicht abgeschlossen. Das neue Modell von den Hartog und Kollegen weist gegeüber den bisherigen Modellen den großen Vorteil auf, dass es die beobachtete Rissbildung und die explosive Rückreaktion konzeptionell erklären kann."

11. Anhang

11.1 Gittermodelle

Die folgenden Links veranschaulichen grundlegende Eigenschaften und Prozesse im Kristall.

  1. H. McQueen, Dislocations, Engineering & Computer Science - Concordia University Montreal, Quebec, Canada
  2. H. Fossen, Structural Geology, Chapter 10 e-module: Plastic Deformation, emods, Cambridge Book Resources, University of Cambridge.
  3. Teaching and Learning Packages Library, Dissemination of IT for the Promotion of Materials Science (DoITPoMS), University of Cambridge
  4. Note: These animations requires Adobe Flash Player 8 and later, which can be downloaded here.

11.2 GRS-142: Probleme

Kursiv gedruckte Texte sind Zitate aus GRS-142 oder aus der Stellungnahme der Reaktorsicherheitskommission vom 9.3.2006. Hervorhebung durch Fettdruck von J. Gruber

S. 21

Aus den experimentellen Daten wurde ein Umrechnungsfaktor für die gespeicherte Energie von ca. 65 J/g pro mol-% Na-Kolloid bestimmt. Dieser Wert liegt nahe bei dem experimentell von Jenks und Bopp bestimmten Wert von 70 J/g. Auf der Basis von optischen Absorptionsmessungen ergibt sich eine gespeicherte Energie pro Elektronenzentrum (F, F2, F3 und Na-Kolloide) von (102 +- 17) J/g, und Messungen der latenten Wärme lieferten einen Wert von 87,5 J/g für 1 mol-% Na /SEI 94a/.


Tabelle 2, S. 24

(Effizienz der Energiespeicherung = im Kristall gespeicherte Energie pro gamma-Dosis)

Effizienz der Energiespeicherung

Zusammenfassung

Die Defektstrukturen und der Mechanismus, der zur radiolytischen Strahlenschädigung in Alkalihalogeniden mit Bildung von molekularen Defektclustern führt, sind heute gut verstanden.


Eine gewisse Unsicherheit betrifft weiterhin den Einfluß der y-Dosisleistung auf die Strahlenschädigung, da nur sehr wenige experimentelle Daten zu diesem Aspekt vorhanden sind. Nach dem Soppe-Modell ist der Einfluß relativ gering. So erhöht sich die Strahlenschädenbildung bei einer Verringerung der Dosisleistung um eine Größenordnung um den Faktor 1,5. Obwohl das Soppe-Modell als gut abgesichert gelten kann, wären weitere experimentelle Untersuchungen sinnvoll, in denen gezielt der Einfluß der Dosisleistung untersucht wird.


Einige Parameter des Soppe-Modells wurden durch Anpassung an experimentelle Daten zum Teil verbessert. Ein Vergleich mit experimentellen Daten zeigt, daß der Einfluß der meisten Parameter qualitativ sehr gut wiedergegeben wird. Trotzdem könnten noch einige Modellparameter genauer bestimmt werden, so z.B. die Kinetik der Rückreaktion zwischen F-Zentren und den Chloransammlungen und die maximale Versetzungsliniendichte.


In quantitativer Hinsicht führen die Rechnungen mit dem Soppe-Modell im experimentell zugänglichen Dosisleistungsbereich generell zu einer Überschätzung der Strahlenschädenbildung, da bestimmte Reaktionen, die zur Ausheilung von Defekten führen, in den Modellen nicht berücksichtigt sind. Die berechneten Strahlenschädigungen können somit als konservative Obergrenze betrachtet werden. Nach heutigem Kenntnisstand ist nicht zu erwarten, daß die Modellrechnungen nach dem Soppe-Modell unter endlagerrelevanten Bedingungen eine Unterschätzung der Strahlenschädenbildung ergeben.


Auf der Basis der hier vorgestellen Modeiirechnungen kann die maximal in einem Endlager im Salinar auftretende Strahlenschädigung mit 2 mol-% Na abgeschätzt werden. Die gespeicherte Energie liegt dann bei ca. 165 J/g.

Innerhalb des zulässigen Temperaturbereiches für das Endlager sollten möglichst hohe Temperaturen für einen langen Zeitraum herrschen. Dies könnte durch eine Optimierung der Abstände zwischen den Einlagerungsbohrlöchern erreicht werden. Bei höheren Temperaturen sind zur Bildung von Strahlenschäden höhere Dosisleistungen notwendig. (Frage bei Einlagerung von abgebrannten Brennelementen (also nicht von wiederaufgearbeitetem Abfall): bleibt eine solche Anordnung bei mechanischen Störungen, z.B. durch Entladung der im NaCl gespeicherten Energie, Neutronenbilanz-unterkritisch?)


Die Ergebnisse liegen in einem Bereich, in dem noch keine negativen Folgen, wie z.B. eine spontane Energiefreisetzung mit erheblicher Aufheizung des Wirtsgesteins und potentieller Rißbildung, zu befürchten sind. Die Integrität des Einlagerungsbereiches ist durch das Ausmaß der Strahlenschädenbildung nicht gefährdet.


Die ermittelte Strahlenschädigung ist hinsichtlich der Langzeitauswirkungen unbedenklich. Eine spontane Freisetzung der gespeicherten Energie ist nicht zu erwarten, da kein Freisetzungsmechanismus vorstellbar ist. Aber selbst unter der Annahme, daß die gesamte um ein Einlagerungsbohrloch gespeicherte Energie plötzlich freigesetzt wird, wären die mechanischen Auswirkungen gering und auf wenige Meter um das Bohrloch herum begrenzt.

11.3 RSK-Stellungnahme

Paragraph 11 der RSK-Satzung legt fest:

(1) ... Empfehlungen oder Stellungnahmen sind nachvollziehbar zu begründen. In der Begründung sind die Untersuchungsgegenstände genau zu bezeichnen, die Erkenntnismittel und Tatsachenfeststellungen auszuweisen und die aus ihnen abgeleiteten Schlußfolgerungen zu belegen.
(2) Sieht sich die Kommission nicht in der Lage, eine Empfehlung oder Stellungnahme abzugeben, stellt sie dies durch Beschluß fest und legt ihre Gründe dar.

Ich kann nicht nachvollziehen, woher die RSK die Expertise für ihre Entscheidung gegen die Arbeiten der Ionic Materials Group nimmt. Die folgende Stellungnahme der RSK entspricht daher nicht Paragraph 11(1). Die RSK hätte vielmehr nach (2) beschließen und begründen können, keine Stellungnahme abzugeben.

11.3.1 Strahlenschäden im Steinsalz

09.03.2006 (391. Sitzung)

Schwellenwert für explosionsartige Rückreaktionen

Bei einer Dosis von 100 MGy, die in einem Endlager für hochradioaktive Abfälle an der Gesteinsoberfläche zu erwarten ist, ergibt sich unter Zugrundelegung einer Effizienz der Strahlenschädigung von 0,07 % ein Gehalt an kolloidalem Natrium von 0,8 mol%. Dieser Wert liegt deutlich unter dem experimentell ermittelten Schwellenwert für eine mögliche explosionsartige Rückreaktion von 7,5 mol%. Die Bestrahlungsversuche, bei denen der Wert für die hierbei verwendete Effizienz der Strahlenschädigung ermittelt wurde, sind jedoch bei deutlich höheren Dosisleistungen durchgeführt worden als im Umfeld einer HAW-Kokille im Endlager zu erwarten ist. Korrigiert man die gemessenen Werte für die Effizienz der Strahlenschädigung auf der Basis der einfachen Modelle mit dem in Abschnitt 2.3 genannten Faktor 30, dann wäre von einem Wert von 2,1 % auszugehen. Bei einer Dosis von 100 MGy ergäbe sich damit ein Gehalt an kolloidalem Natrium von 25 mol%, der deutlich über dem Schwellenwert für eine mögliche explosionsartige Rückreaktion von 7,5 mol% liegt.

Es ist nicht geklärt, ob es zulässig ist, den bei sehr hohen Dosisleistungen ermittelten Schwellenwert auf die um mehrere Größenordnungen niedrigeren endlagerrelevanten Dosisleistungen zu übertragen. Für diese Bedingungen besteht auch die Möglichkeit, dass der Schwellenwert für explosionsartige Rückreaktionen anders ist als Extrapolationen auf der Basis einfacher Modelle anzeigen.

Belastbare Zahlenwerte für die Effizienz der Energiespeicherung bzw. den Schwellenwert für mögliche explosionsartige Rückreaktionen bei den Verhältnissen im Endlager sind noch nicht entwickelt.

Mögliche Auswirkungen der Strahlenschädenbildung

Bei einer explosionsartigen Rückreaktion der gesamten gespeicherten Energie kommt es zu deutlichen Temperaturerhöhungen sowie zu Erhöhungen der Gebirgsdrücke. Dabei ist eine lokale Beeinträchtigung der Barrierenintegrität im Bereich von wenigen 10 cm um die Bohrlöcher herum möglich. Wegen der abschirmenden Wirkung des Gebirges werden die Rückreaktionen aber auf das unmittelbare Umfeld eines Bohrlochs begrenzt bleiben. Die Integrität der Barriere Salzgestein insgesamt wird dadurch nicht beeinflusst.

Die Abhängigkeit der Effizienz der Strahlenschädigung von der Dosisleistung basiert auf Abschätzungen und ist experimentell nicht belegt und der Schwellenwert für explosionsartige Rückreaktionen ist nur für hohe Dosisleistungen ermittelt worden. Mit entsprechenden Forschungsarbeiten könnten die Dosisleistungsabhängigkeit der Effizienz der Strahlenschädigung und den Schwellenwert für explosionsartige Rückreaktionen auch für kleinere Dosisleistungen belastbar ermittelt werden.

Falls sich keine deutlich erhöhte Effizienz der Strahlenschädigung zeigt und der Schwellenwert für explosionsartige Rückreaktionen auch für kleine Dosisleistungen verwendbar ist, können explosionsartige Rückreaktionen ausgeschlossen werden, und das Problem ist als gelöst anzusehen.

Aus Sicht der RSK wird wegen der geringen Ausdehnung des von den Auswirkungen etwaiger Strahlenschäden betroffenen Bereichs durch die mögliche Strahlenschädenbildung im Steinsalz die grundsätzliche Eignung von Steinsalz als Endlagermedium für hochradioaktive Abfälle nicht in Frage gestellt.


Version: 11.7.2016
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