Radioaktive Abfälle und Endlagerbarrieren

Unsere Forschung zur Entsorgung nuklearer Abfälle behandelt verschiedene Themenkomplexe zur Sicherheit in der Betriebs- und Nachbetriebsphase eines Lagersystems in tiefen geologischen Formationen sowie zur sicheren Zwischenlagerung der Abfälle. Aktuell konzentriert sich ein Großteil der Arbeiten auf die Langzeitsicherheit von Mehrbarriensystemen von Tiefenlagern in verschiedenen Wirtsgesteinen.

Angewandte und grundlegende Untersuchungen werden zu Subsystemen (Abfallmatrizes, Behältermaterialien, geotechnische und geologische Barrieren) verschiedener Lagerkonzepte in Ton-, Kristallin- und Steinsalz-Wirtsgesteinen durchgeführt. Die Arbeiten umfassen eine breite Spanne experimenteller und theoretischer Studien zum Verhalten schwach- bis hoch-radioaktiver Abfallprodukte unter den Bedingungen eines Tiefenlagers, Radionuklidfreisetzung aus solchen Abfallprodukten, Entwicklung des geochemischen Milieus im Nahfeld eines Tiefenlagers, Alteration von Behältermaterialien und geotechnischer Barrieren, Radionuklidrückhaltung durch Komponenten im Nahfeld eines Tiefenlagers und des angrenzenden Wirtsgesteins.

Wir untersuchen die Stabilität hoch-radioaktiver Abfälle wie abgebrannter Kernbrennstoff, verglaste Wiederaufarbeitungsabfälle, aktivierter Stahl und aktivierte Brennstabhüllrohre sowie das Verhalten zementierter (schwach- / mittel-radioaktiver) Abfallprodukte in Kontakt mit verschiedenen Formations- / Grundwassertypen. Insbesondere die Freisetzung von Radionukliden aus den Abfallprodukten, nachfolgende Speziationsreaktionen im Wasser des Endlagersystems und die Wechselwirkungen der gelösten Radionuklide mit den verschiedenen Oberflächen der Behältermaterialien, geotechnische und geologische Barrieren stehen im Fokus unserer Untersuchungen.

Mittels geochemischer Modellierungsmethoden lassen sich all diese Reaktionen im Prinzip simulieren. Durch die Koppelung der geochemischen Modelle mit Hydrodynamik- oder Diffusionsmodellen, ist es auch möglich, das Ausmaß eines potentiellen Transports von Radionuklide durch die (geo-)technischen Barrieren und das Wirtsgestein zu quantifizieren. Ziel unserer Arbeiten ist die Aufklärung und modellhafte numerische Beschreibung der Speziation von Radionukliden in der Lösung und in Kontakt mit relevanten Mineralen und anderen Feststoffen des Endlagersystems.

Bei Betrachtung des Zeitraums, bis zu dem ein Endlager für hochradioaktive Abfälle bereitgestellt werden kann, wird deutlich, dass eine über viele Jahrzehnte verlängerte Zwischenlagerung von bestrahltem Kernbrennstoff und verglasten Wiederaufarbeitungsabfällen erforderlich wird. Die Entwicklung der Integrität von Brennstäben während der trockenen Zwischenlagerung ist über diese lange Zeitspanne nicht hinreichend bekannt. Hierzu führen wir materialwissenschaftliche und chemische Untersuchungen zu möglichen Korrosions- und Versprödungsprozessen unter Zwischenlagerbedingungen durch.

Darüber hinaus werden Experimente mit Strahlenquellen und numerische Simulationen durchgeführt, zum einen zur Bewertung der Photonen- und Neutronenortsdosis in der Umgebung von Behältern mit hoch-radioaktiven Abfällen und zum anderen zur Bestimmung der individuellen Dosimetrie des Betriebspersonals während der Lagerung in Oberflächeneinrichtungen und während der Einlagerung der Abfallprodukte in Tiefenlagern.

Die wissenschaftlichen Ergebnisse unserer Forschungsarbeiten werden für Sicherheitsanalysen, Entwicklung von Sicherheitskonzepten und Auslegung von Tiefenlagern laufender und zukünftiger Endlagerprojekte angewandt. Zu dem dienen sie zur Information der Öffentlichkeit für einen Vergleich von Endlagerkonzepten in verschiedenen Wirtsgesteinen. Im Bereich des Wissenstransfer in die Gesellschaft arbeiten wir in interdisziplinären Forschungsprojekten zu soziotechnischen Fragestellungen von Entsorgungspfaden und beteiligen uns an zahlreichen Öffentlichkeitsveranstaltungen zur nuklearen Entsorgung.