Deutsch (3.6 MB) - Nagra
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wussten Sie, …<br />
erstaunliches<br />
zu radioaktivität<br />
und entsorgung
wussten Sie, …<br />
2 Impressum<br />
Inhalt 3<br />
Wussten Sie, …<br />
Zu diesem Heft<br />
Radioaktivität ist ein Teil der Natur und deshalb allgegenwärtig. Dieses Themenheft zeigt<br />
verschiedene Aspekte der Radioaktivität in unserem Alltag und in Bezug auf die Entsorgung<br />
radioaktiver Abfälle.<br />
…, dass Männer rund 1,5 mal stärker<br />
«strahlen» als Frauen?<br />
…, dass die Maus im Keller gefährlicher<br />
lebt als auf dem Dachboden?<br />
4 – 5<br />
6 – 7<br />
www<br />
Zum Weiterlesen<br />
Bei verschiedenen Themen in diesem Heft wird auf<br />
andere Veröffentlichungen hingewiesen. <strong>Nagra</strong>-<br />
Broschüren können kostenlos bestellt oder direkt<br />
von www.nagra.ch heruntergeladen werden.<br />
…, dass Radioaktivität Pfeffer und<br />
andere Gewürze haltbar macht?<br />
8 – 9<br />
www<br />
Links<br />
Weitere Informationen und eine Zusammenstellung<br />
interessanter Links zu den aufgeführten Themen<br />
finden Sie auf unserer Website www.nagra.ch.<br />
..., dass man radioaktive Stoffe in der<br />
Medizin nutzt?<br />
10 – 11<br />
…, dass auch Erdwärme «Kernenergie»<br />
ist?<br />
12 – 13<br />
…, dass in vielen Gesteinen und<br />
Rohstoffen radioaktive Stoffe<br />
enthalten sind?<br />
14 – 15<br />
…, dass zwei Meter Gestein Strahlung<br />
zuverlässig abschirmen?<br />
16 – 17<br />
Wussten Sie, … Erstaunliches zu Radioaktivität und Entsorgung<br />
Die <strong>Nagra</strong> veröffentlicht in loser Abfolge<br />
Themenhefte zur nuklearen Entsorgung<br />
Mai 2013<br />
…, was wäre, wenn bereits Napoleon ein<br />
Tiefenlager gebaut hätte?<br />
18 – 19
wussten Sie, …<br />
4 5<br />
…, dass Männer rund 1,5 mal stär ker «strahlen» als Frauen?<br />
Die ganze Welt ist leicht radioaktiv – Luft, Gestein,<br />
Wasser, Pflanzen, Tiere und auch wir Menschen.<br />
Natürliche Strahlung gibt es auf unserer Erde<br />
schon immer. Sie kommt aus dem Weltraum und<br />
aus dem Boden und Gestein (Bild 1). In den Bergen<br />
ist die natürliche Strahlung in der Regel höher als<br />
im Flachland und bei Granitgesteinen höher als<br />
bei Kalkgesteinen (Bild 2). Auch Nahrung und<br />
Atemluft enthalten geringe Mengen natürlicher<br />
radio aktiver Isotope.<br />
Durch die Nahrung aufgenommene radioaktive<br />
Isotope (z. B. Kalium, Bild 3) verbleiben zum Teil im<br />
Körper. Daher weist ein 20 bis 30 Jahre alter<br />
Mensch mit 70 Kilogramm Körper gewicht eine<br />
innere Radioaktivität von rund 9000 Becquerel<br />
auf. Ein Becquerel bezeichnet einen Zerfall pro<br />
Sekunde. In einem menschlichen Körper zerfallen<br />
also 9000 Atomkerne pro Se kunde und senden<br />
dabei ionisierende Strahlung aus. Pro Tag ergibt<br />
dies fast 800 Millionen Zerfälle.<br />
1<br />
Die natürliche Strahlung<br />
stammt vor allem aus<br />
dem Zerfall von radioaktiven<br />
Isotopen im Gestein<br />
(terrestrische Strahlung).<br />
Ein weiterer Teil gelangt<br />
kontinuierlich aus dem<br />
Weltall auf die Erde<br />
(kosmische Strahlung).<br />
Radioaktive Isotope im Körper<br />
Kalium ist ein lebenswichtiges Element für den<br />
Stoffwechsel. Das radioaktive Isotop Kalium-40<br />
kommt im natürlichen Kalium mit einem Anteil<br />
von 0,012 Prozent vor und zerfällt mit einer Halbwertszeit<br />
(Bild 4) von 1,3 Milliarden Jahren. Kalium<br />
wird vor allem in der Muskulatur des gesamten<br />
Körpers eingebaut (Bild 5). Bei Männern ist der<br />
Anteil Muskelgewebe am Gesamtkörper grös ser<br />
als bei Frauen. Deshalb haben Männer einen höheren<br />
Kalium gehalt. Kalium trägt mit rund 4500<br />
Becquerel bei 20 bis 30 Jahre alten Männern und<br />
3000 Becquerel bei gleichaltrigen Frauen wesentlich<br />
zur inneren Strahlenexposition bei. Ebenso<br />
unterscheiden sich Sportler von Sportmuffeln.<br />
Erstere besitzen mehr Muskelmasse und sind<br />
deshalb radio aktiver als ihre trägen Zeitgenossen.<br />
Unser Körper kann offen sichtlich mit einer gewissen<br />
Menge Radio aktivität und den damit<br />
verursachten Schäden gut umgehen. Die Zellen<br />
ver fügen über Reparaturmechanismen, die solche<br />
Strahlenschäden reparieren können.<br />
0<br />
Zerfallsgesetz<br />
Radioaktive Atome<br />
1/2<br />
1/4<br />
1/8<br />
1/16<br />
0 1 2 3 4<br />
Halbwertszeiten<br />
M. Tresch, Harenwilen<br />
5<br />
Kalium im Körper wird vor allem in Muskeln eingebaut.<br />
<strong>Nagra</strong>, U. Frick<br />
2<br />
Im Gebirge aus Granitgestein (im Bild Landschaft am<br />
Grimselpass) ist die Strahlung aus Boden und Gestein<br />
höher als im sedimentbedeckten Flachland.<br />
3<br />
Diese Lebensmittel enthalten relativ viel Kalium.<br />
Davon ist der Anteil von 0,012 Prozent radioaktiv.<br />
Dreamstime<br />
4<br />
Innerhalb einer Halbwertszeit zerfallen die Hälfte der<br />
Kerne eines radioaktiven Isotops. Die Halbwertszeit ist<br />
von Isotop zu Isotop verschieden. Sie kann Bruchteile<br />
von Sekunden bis Milliarden von Jahren betragen.
wussten Sie, …<br />
6 7<br />
…, dass die Maus im Keller gefährl icher lebt als auf dem Dachboden?<br />
Radon ist ein radioaktives Gas, das durch den<br />
Zerfall von Uran und Thorium im Untergrund<br />
entsteht. In Gebäuden kommt Radon gegenüber<br />
der Aussenluft oft in erhöhter Konzentration vor<br />
und trägt wesentlich zur Strahlenbelastung bei.<br />
Radon entsteht beim Zerfall von natürlichem Uran<br />
und Thorium im Boden und Gestein. Radon-222 ist<br />
Teil der Zerfallsreihe von Uran-238 und besitzt<br />
eine Halbwertszeit (vgl. Seite 5) von 3,82 Tagen.<br />
Das radioaktive Gas gelangt zunächst in Kellerräume<br />
und von dort in höher gelegene R äum e<br />
(Bild 1), wo es immer mehr verdünnt wird. Dabei<br />
ist entscheidend, wie gasdurchlässig Boden und<br />
Gestein sind und wie gut das Haus abgedichtet ist.<br />
Die natürliche radioaktive Belastung durch Radon<br />
nimmt in einem Gebäude von unten nach oben ab.<br />
Regelmässiges Lüften hilft, die Radon kon zentration<br />
in den Räumen tief zu halten. Das Eindringen<br />
von Radon in Gebäude kann durch bauliche Mass-<br />
nahmen, insbesondere Abdichtungen oder Bodenentlüftung,<br />
stark reduziert werden.<br />
Hauptstrahlungsquelle Radon<br />
Mehr als 50 Prozent der mittleren jährlichen<br />
Strahlendosis einer Person in der Schweiz gehen<br />
auf Radon zurück (Bild 2). Allerdings ist die natürliche<br />
Belastung in der Schweiz sehr unterschiedlich<br />
und hängt von Boden und Gestein ab (Bild 3).<br />
Im Wohnbereich stellt Radon in erhöhten Konzentrationen<br />
den gefährlichsten Krebserreger dar. Es<br />
sind vor allem die sehr kurzlebigen Zerfallsprodukte<br />
des Radons, die sich an Staub partikel in<br />
der Raumluft anlagern, in der Lunge angereichert<br />
werden und dort grösstenteils zerfallen, bevor sie<br />
überhaupt in andere Körperteile gelangen können.<br />
Nach dem Rauchen ist das natürliche Radon in der<br />
Schweiz die zweithäufig ste Ursache für Lungenkrebs.<br />
natürlich<br />
künstlich<br />
1 Körperinnere Bestrahlung<br />
a) durch Nahrung verursacht 0.35 mSv<br />
b) durch Atemluft in Wohnräumen<br />
verursacht (Radon und Zerfallsprodukte) 3.2 mSv<br />
2 Strahlung aus Boden und Gestein 0.35 mSv<br />
3 Kosmische Strahlung 0.4 mSv<br />
4 Medizinische Anwendungen 1.2 mSv<br />
5 Übrige: industrielle Anwendungen < 0.1 mSv<br />
inklusive Atombombentests, Tschernobyl,<br />
Kernanlagen, Forschung<br />
Total<br />
3<br />
2<br />
4<br />
5 1a<br />
5.5 mSv<br />
Die Dosen aus medizinischen Anwendungen und bei<br />
Radon weisen eine grosse Streubreite auf.<br />
2<br />
Mittlere jährliche Strahlendosis für eine Person in der<br />
Schweiz gemäss Bundesamt für Gesundheit (2010).<br />
1b<br />
www<br />
Zum Weiterlesen<br />
Bundesamt für Gesundheit: Strahlung, Radioaktivität<br />
und Schall (Stichwort Radon)<br />
www.ch-radon.ch<br />
W4<br />
Radon aus<br />
Baumaterial<br />
Ventilation<br />
1<br />
Wege für Radongas in einem Haus. Die Hauptquelle<br />
sind in der Regel Boden und Gestein unter dem Haus.<br />
Entlang Rissen, Fugen und Poren im Mauerwerk sowie<br />
entlang von Leitungsrohren gelangt das radioaktive<br />
Gas als erstes in Kellerräume und von dort in höher<br />
gelegene Räume.<br />
3<br />
Radon kommt<br />
verstärkt in Gebieten<br />
mit hohem Uran- und<br />
Thorium gehalt im<br />
Boden und Gestein<br />
vor. «Radongebiete»<br />
finden sich vor allem<br />
in den Alpen und im<br />
Jura.<br />
Risse<br />
Fugen<br />
Wasserzuleitung<br />
Kanalisation<br />
Radon aus<br />
dem Boden
wussten Sie, …<br />
8 9<br />
…, dass Radioaktivität Pfeffer und andere Gewürze haltbar macht?<br />
Radioaktivität kommt ausserhalb der Energiegewinnung<br />
in Kernkraftwerken in verschiedenen<br />
Bereichen unseres Alltages zum Einsatz.<br />
Radioaktive Stoffe werden in der Industrie und<br />
Technik, in der Medizin sowie in der Forschung genutzt.<br />
In verschiedenen Ländern werden sie auch<br />
bei der Bekämpfung von Krankheitserregern und<br />
Schädlingen eingesetzt.<br />
Behandlung von Lebensmitteln<br />
Durch Behandlung mit ionisierenden Strahlen<br />
(vgl. Bild 1) können Lebensmittel länger halt -<br />
bar gemacht und Krankheitserreger abgetötet<br />
werden. Die bestrahlten Lebensmittel müssen<br />
entsprechend gekennzeichnet werden. Die behandelten<br />
Stoffe werden durch die Bestrahlung nicht<br />
radioaktiv.<br />
In der Schweiz erteilte das Bundesamt für Gesundheit<br />
2007 eine Bewilligung zur Bestrahlung von<br />
getrockneten Kräutern und Gewürzen (Bild 2).<br />
Andere Länder wenden diese Methode bei Lebensmitteln<br />
in grösserem Umfang an (z. B. Frankreich,<br />
Belgien, Holland, England).<br />
2<br />
Getrocknete Kräuter und<br />
Gewürze können mit<br />
ionisierenden Strahlen<br />
behandelt werden, damit<br />
sie besser haltbar sind.<br />
©Pitopia, Katharina 2009<br />
Weitere technische Anwendungen<br />
Eine wichtige und verbreitete Anwendung ist die<br />
Sterilisierung von medizinischem Material (vgl.<br />
Bild 3).<br />
Schreiber GmbH, Fridingen<br />
3<br />
Diese Skalpellklinge wurde mit Strahlung sterilisiert<br />
(vgl. Hinweis «sterilized by γ-radiation» auf der<br />
Packung).<br />
In Industrie und Technik werden Strahlenquellen<br />
zur zerstörungs- und berührungsfreien Materialprüfung<br />
eingesetzt. Beispiele sind die Prüfung von<br />
Schweissnähten, Qualitätskontrollen im Flugzeugund<br />
Schiffsbau, aber auch Dickemessungen von<br />
Stahlplatten und Blechen.<br />
Verschiedene radiometrische Messtechniken werden<br />
eingesetzt, wenn wegen spezifischer Bedingungen<br />
(z. B. aggressive chemische Substanzen,<br />
hohe Drucke oder Temperaturen) ein direkter Zugang<br />
zum Messgut schwierig oder nicht möglich<br />
ist. Die Messung erfolgt dann durch Tankwände<br />
oder Rohrleitungen hindurch. Solche Anwendungen<br />
(vgl. Bild 4) spielen zum Beispiel in der<br />
chemischen Industrie, bei der Papierherstellung<br />
oder Zementproduktion eine Rolle.<br />
Bis vor wenigen Jahren spielten radioaktive Stoffe<br />
in Leuchtfarben von Uhrzifferblättern eine wichtige<br />
Rolle. Heute kommen solche Leuchtfarben nur<br />
noch für Spezialzwecke zum Einsatz (z. B. Bild 5).<br />
Füllstandsmessung<br />
Strahlenquelle aus Abschirmbehälter<br />
herausgehoben<br />
Lebensmittel oder anderes<br />
Material wird bestrahlt<br />
1<br />
Anlage zur Bestrahlung von Lebensmitteln oder zur<br />
Sterilisierung von medizinischem Verbrauchsmaterial.<br />
W4<br />
γ-Quelle<br />
Endress+Hauser GmbH<br />
Detektor<br />
4<br />
Bei der Füllstandsmessung<br />
wird die Stärke der<br />
Absorption von Gammastrahlen<br />
zwischen einer<br />
γ-Quelle und einem<br />
Detektor gemessen.<br />
Daraus lässt sich die<br />
Spiegelhöhe des Messgutes<br />
bestimmen. Nach<br />
dem selben Prinzip<br />
funktionieren zum<br />
Beispiel auch Dichtemessungen<br />
oder Überfüllsicherungen.<br />
5<br />
Tritiumlichtquellen verlieren erst in<br />
12,3 Jahren (Halbwertszeit von Tritium)<br />
die Hälfte ihrer Leuchtkraft.
wussten Sie, …<br />
10 11<br />
…, dass man radioaktive Stoffe in der Medizin nutzt?<br />
Vor der Strahlung radioaktiver Stoffe muss man<br />
sich schützen, da sie unsere Organe schädigen<br />
und die Körperfunktionen beeinträchtigen kann.<br />
In der Medizin gibt es Anwendungen von radioaktiven<br />
Stoffen (ionisierender Strahlung), die<br />
posi tive Auswirkungen haben und die häufig zum<br />
Einsatz kommen.<br />
Ionisierende Strahlung kann zum Schutz der<br />
Gesund heit beitragen, heilen und Leben retten. In<br />
der Medizin werden radioaktive Stoffe in Untersuchungen<br />
(Diagnose) und bei Behandlungen<br />
(Therapie) eingesetzt. Bei der Abtötung von Krebszellen<br />
(Tumoren) oder bei der Sterilisierung von<br />
medizinischem Material werden starke Quellen<br />
verwendet.<br />
Einsatz radioaktiver Stoffe bei Untersuchungen<br />
Praktisch alle Organe können mit radioaktiven<br />
Markierstoffen untersucht werden. Dazu ver abreicht<br />
man radioaktive Stoffe mit kurzer Halbwerts<br />
zeit, die Gammastrahlung aus senden, welche<br />
den Körper durchdringt und von aussen gemessen<br />
werden kann. Es werden bis einige Hundert Millionen<br />
Becquerel Aktivität pro Untersuchung eingesetzt<br />
(vgl. mit Werten in Tabelle Seite 14). Mit<br />
Gammakameras wird die austretende Strahlung<br />
als Szintigramme aufgezeichnet.<br />
Eine sehr häufige Anwendung ist die Unter suchung<br />
der Schilddrüse. Radioaktives Iod wird dem Patienten<br />
verabreicht. Es sammelt sich in der Schilddrüse<br />
an. Die Strahlung bildet das Organ ab. Eine<br />
weitere häufig eingesetzte Methode ist die Positronen-Emissions-Tomografie<br />
(PET). Man wendet<br />
sie vor allem in der Krebsdiagnose an. Dem Patient<br />
wird eine radioaktiv markierte Substanz<br />
(z. B. Traubenzucker) verabreicht, die sich über<br />
den ganzen Körper verteilt. Lage und Struktur der<br />
Orga ne werden mit dem PET-Scanner aufgenommen<br />
und in Schnittbildern abgebildet.<br />
Mit Radioaktivität Krebs behandeln<br />
In der Behandlung wendet man starke externe<br />
Strahlenquellen an, welche die Krebszellen in<br />
Tumoren gezielt abtöten. Oder man setzt Strahlenquellen<br />
direkt in den Körper ein; dabei<br />
kommen vor allem Betastrahler zum Einsatz, die<br />
nur das unmittelbar benachbarte Gewebe bestrahlen.<br />
Als Beispiel ist hier die sogenannte Radioembolisation<br />
von Lebertumoren dargestellt (vgl. Bild 1).<br />
Radioaktive Kunstharzkügelchen mit Yttrium-90<br />
von einer Grösse von rund 0,03 Millimeter werden<br />
in die Blutbahn der Leber gespritzt und bleiben<br />
dort hängen. Über mehrere Tage wird dadurch<br />
Krebsgewebe abgetötet.<br />
W4<br />
Früher versprach man sich von der Anwendung<br />
von Radioaktivität (im Bild Werbung für radio akti ve<br />
Unterwäsche!) zum Teil Hilfe und Schutz gegen<br />
unterschiedlichste Leiden. Dabei wurden in Kuren<br />
sogar grosse Mengen Radioaktivität eingenommen<br />
oder eingeatmet. Heute kennt man die Gefahren<br />
der Anwendung radioaktiver Stoffe und<br />
wendet diese nur unter grossen Sicherheitsvorkehrungen<br />
an, und nur wenn die Vorteile mögliche<br />
Nachteile deutlich überwiegen.<br />
www.paratonnerres-radioactifs.fr<br />
Ionisierende Strahlung<br />
Beim «radioaktiven Zerfall» entstehen Gammastrahlung,<br />
Betastrahlung und Alphastrahlung.<br />
Während Gammastrahlung den Körper durchdringt,<br />
wird Beta- und Alphastrahlung vom unmittelbar<br />
benachbarten Gewebe absorbiert.<br />
Weiter gehört auch die Röntgenstrahlung und die<br />
Neutronenstrahlung zur ionisierenden Strahlung.<br />
Die bei Untersuchungen häufig eingesetzte Röntgenstrahlung<br />
wird mit ein- und ausschaltbaren<br />
Röntgenröhren erzeugt, dabei werden keine radioaktiven<br />
Stoffe benötigt.<br />
1<br />
Behandlung von Lebertumoren: Vor der eigentlichen<br />
Behandlung wird mit einem radioaktiven Kontrastmittel<br />
die Leber untersucht (Bild oben). Später werden<br />
radioaktive Kunstharzkügelchen (Bild unten) in die<br />
Leber gespritzt. Die Kügelchen enthalten radioaktives<br />
Yttrium-90 (Halbwertszeit 64 Stunden). Das Yttrium<br />
sendet Betastrahlung aus, die das benachbarte Gewebe<br />
(Eindringtiefe wenige Millimeter) während einiger Tage<br />
bestrahlt und abtötet.<br />
imago/Sabine Gudath
wussten Sie, …<br />
12 13<br />
…, dass auch Erdwärme «Kernen ergie» ist?<br />
Unter der Erdoberfläche steckt viel Wärme.<br />
Diese wird zunehmend zur Energieversorgung<br />
genutzt.<br />
Radioaktive Zerfallsprozesse in der Erdkruste<br />
sor gen für rund zwei Drittel der Erdwärme. In<br />
Mine ralen eingebaute radioaktive Isotope von<br />
Uran, Thorium oder Kalium sind vor allem dafür<br />
verantwortlich. Die angenehmen Lebensbedingungen<br />
an der Erdoberfläche sind damit auch eine<br />
Folge der Radioaktivität.<br />
Das letzte Drittel der Erdwärme stammt aus der<br />
Zeit der Erd entstehung. Als sich Materie im All zur<br />
Erde zusammenballte, wurde potenzielle Energie<br />
in Wärme umgewandelt. Weil Gesteine Wärme<br />
schlecht leiten, ist ein Rest dieser Wärmeenergie<br />
immer noch im Erdkern vorhanden und wird nur<br />
sehr langsam zur Erdoberfläche hin abgegeben.<br />
Im Durchschnitt nimmt die Temperatur in der Erdkruste<br />
gegen die Tiefe mit rund 30 Grad Celsius<br />
pro Kilometer zu. 99 Prozent der Erdkugel sind<br />
heisser als 1000 Grad Celsius. Der Temperatur-<br />
unterschied zwischen Sommer und Winter wirkt<br />
sich nur 10 bis 20 Meter in die Tiefe aus. Darunter<br />
bleibt die Temperatur des Untergrunds im Jahresverlauf<br />
weitgehend stabil.<br />
Nutzung gestern und heute<br />
Der Gebrauch von heissem Quellwasser gilt als<br />
älteste Form der Erdwärmenutzung. Thermal bäder<br />
profitieren von solchem Wasser, das natürlich an<br />
der Oberfläche austritt oder aus Bohrungen gefördert<br />
wird.<br />
In der Schweiz ist die Nutzung von Erdwärme zur<br />
Heizung von Wohn- und Bürogebäuden mit Erdwärmesonden<br />
(Bild 1) über Wärmepumpen weit<br />
verbreitet und wird weiterhin ausgebaut.<br />
www<br />
Zum Weiterlesen<br />
Schweizerische Vereinigung für Geothermie<br />
www.geothermie.ch<br />
www.tropenhaus-frutigen.ch<br />
W4<br />
Schweizer Kaviar und Tropenfrüchte<br />
Erdwärme wird auch in Form von Bergwässern<br />
genutzt. Warme Abwässer aus Tunnels dürfen aus<br />
Umweltschutzgründen nicht direkt in Flüsse eingeleitet<br />
werden. Sie können aber zum Heizen von<br />
nahe gelegenen Siedlungen oder Treibhäusern<br />
genutzt werden. Dies geschieht beispielsweise in<br />
Frutigen (BE), wo auf diese Weise tro pische Früchte<br />
und Störe (Bild 2) gezüchtet werden.<br />
Nutzung der Geothermie in Island<br />
In Island werden rund 90 Prozent aller Haushalte<br />
durch Erdwärme geheizt und mit Warmwasser<br />
versorgt. Fünf grosse geothermische Kraftwerke<br />
(Bild 3) produzieren rund 20 Prozent der elektrischen<br />
Energie für die Insel. Es ist zudem so viel<br />
warmes Wasser vorhanden, dass damit im Winter<br />
sogar Strassen geheizt werden können.<br />
<strong>Nagra</strong><br />
1<br />
In der Schweiz sind derzeit schon über 160 000 Wärmepumpen<br />
installiert. Die Bohrungen für die<br />
Erdwärmesonden reichen meist 50 bis 300 Meter in die<br />
Tiefe. Bei der Nutzung der Geothermie in Form von<br />
Niedertemperaturwärme nimmt die Schweiz international<br />
einen Spitzenplatz ein.<br />
<strong>Nagra</strong><br />
2<br />
Das Tropenhaus Frutigen wird mit Berg wasser aus<br />
dem Lötschbergtunnel beheizt. Dadurch können in<br />
einem Gewächshaus tropische Früchte angebaut und<br />
eine Fischzucht betrieben werden.<br />
Prisma<br />
3<br />
Geothermisches Kraftwerk Nesjavellir im Südwesten<br />
von Island.
wussten Sie, …<br />
14 15<br />
…, dass in vielen Gesteinen und Rohstoffen radioaktive<br />
Stoffe enthalten sind?<br />
Radioaktivität ist etwas Natürliches und es gibt<br />
sie eigentlich überall – in der Luft, im Wasser, im<br />
Boden und Gestein. Die Konzentration an radioaktiven<br />
Stoffen ist in diesen Medien aber sehr<br />
unter schiedlich.<br />
Während in der Biosphäre in Luft und Wasser nur<br />
wenige Becquerel Aktivität pro Liter oder Kilogramm<br />
vorhanden sind, findet man in Böden und<br />
im Gestein bis um tausendfach höhere Werte<br />
(Bilder 1 und 2). Die höhere Strahlung in den<br />
Gesteinen wird vor allem durch natürliches Uran<br />
und Thorium (mit ihren radioaktiven Zerfallsprodukten)<br />
sowie Kalium verursacht.<br />
Die unterschiedliche Konzentration von radioaktiven<br />
Stoffen im Untergrund zeigt sich auch im Profil<br />
der Tiefbohrung Weiach (vgl. Bild 4). Die oben liegenden<br />
Sand- und Siltsteine der Tertiär-Schichten<br />
sind viel radioaktiver als die tiefer folgenden Kalksteine<br />
(Meeresablagerungen). Im Meer gebildete<br />
Kalksteine enthalten kaum radioaktive Stoffe, da<br />
sie meist wenig vom Land her eingeschwemmte<br />
Gesteinsteilchen enthalten. Die noch tiefer folgen-<br />
Granit<br />
1220 Bq/kg<br />
Kalkstein<br />
120 Bq/kg<br />
Ton<br />
1100 Bq/kg<br />
Bergsee<br />
1 Bq/l<br />
1<br />
Radioaktivität in unserer Umwelt (gemittelt). Luft und<br />
Wasser enthalten im Vergleich zu Böden und Gestein<br />
nur wenig Aktivität.<br />
Aktivität natürlicher radioaktiver Stoffe in<br />
1 kg Braunkohle 40 Bq<br />
1 kg Kalkstein/Marmor 120 Bq<br />
1 kg Steinkohle 280 Bq<br />
1 kg Basalt 325 Bq<br />
1 kg Sandstein/Quarzit 545 Bq<br />
1 kg Flugasche (nicht spezifiziert) 900 Bq<br />
1 kg Ton/Lehm 1 100 Bq<br />
1 kg Granit 1 220 Bq<br />
1 kg Phosphat-Kali-Dünger (<strong>Deutsch</strong>land) 6 300 Bq<br />
1 kg Uranerz (0,3 %) 1) 500 000 Bq<br />
1 kg Uranerz (15 %) 25 000 000 Bq<br />
Bq = Becquerel (1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde)<br />
1) Angabe aus www.nucleonica.net; alle anderen Angaben (gerundet) aus: BMU<br />
Bonn «Umweltradioaktivität und Strahlenbelastung, Jahresbericht 2009»<br />
2<br />
Beispiele typischer Radioaktivitätsgehalte (Mittelwerte).<br />
den Tonsteine und tonig-kalkigen Gesteine (v. a.<br />
Opalinuston, 'Brauner Dogger' und Lias) sind<br />
gegen oben und unten von schwächer aktiven<br />
Kalksteinen eingeschlossen. Die höchste Aktivität<br />
zeigen die in rund 2400 Meter Tiefe liegenden<br />
Gneise (granitähnliche Gesteine).<br />
Rhein (Basel)<br />
wussten Sie, …<br />
16 17<br />
…, dass zwei Meter Gestein Strah lung zuverlässig abschirmen?<br />
Zwei Meter Gestein schirmen die Strahlung aus<br />
einem geologischen Tiefenlager zuverlässig ab.<br />
Der Einschluss der radioaktiven Stoffe ist durch<br />
ein Barrierensystem gewährleistet.<br />
In einem geologischen Tiefenlager für radioaktive<br />
Abfälle schirmen Behälter, Stollenverfüllung und<br />
angrenzendes Gestein die Strahlung aus dem Abfall<br />
vollständig ab. Schon zwei Meter tief in der<br />
Stollenwand ist die natürliche Strahlung aus dem<br />
Gestein höher als die Strahlung aus den hochaktiven<br />
Abfällen. Die natürliche Strahlung stammt vor<br />
allem aus dem Zerfall von natürlich vorhandenem<br />
Uran und Thorium im Gestein.<br />
Einschluss funktioniert in der Natur<br />
Der langfristige Einschluss von radioaktiven Stoffen<br />
funktioniert auch in der Natur, wie beispielsweise<br />
ein Uranerzvorkommen in Kanada zeigt. Beim 1,3<br />
Milliarden Jahre alten Erzvorkommen von Cigar<br />
Lake ist das Uranerz von einer 10 bis 50 Meter<br />
dicken Tonschicht wirksam eingeschlossen. Deshalb<br />
gilt es als Naturanalogon – das heisst als<br />
natürliches Beispiel – für den Einschluss von<br />
radio aktiven Stoffen in einem geologischen Tiefenlager.<br />
Gestein schirmt ab,<br />
Barrieren schliessen ein<br />
Ein gestaffeltes Barrierensystem (Bild 2) soll den<br />
dauerhaften Einschluss gewährleisten. Die hochaktiven<br />
Abfälle sowie der einschliessende Metallbehälter<br />
sind beide nicht wasser löslich. Das<br />
quellfähige Verfüllmaterial und das Wirt gestein<br />
dichten zudem gegen eindringendes Wasser ab.<br />
Keine flüssigen Abfälle<br />
Schwach- und mittelaktive Rohabfälle werden in<br />
eine chemisch und physikalisch langfristig stabile<br />
Form gebracht. Flüssige Abfälle werden verfestigt<br />
und genauso wie radioaktive Feststoffe in ein<br />
schwer lösliches Bindemittel eingebunden (Bild 3).<br />
Für die Einlagerung werden jeweils mehrere<br />
Fässer mit schwach- und mittelaktiven Abfällen in<br />
einen Betoncontainer (Bild 4) einzementiert.<br />
Rückstände als radioaktive Abfälle entsorgt werden.<br />
Dazu werden sie in der Regel mit Glasschmelze<br />
vermischt, erkalten gelassen und in<br />
Stahlfässer einzementiert.<br />
Anspruchsvoller als die Abschirmung der Strahlung<br />
(vgl. Bild 1) ist der Einschluss der radioaktiven<br />
Substanzen in einem Tiefenlager, damit diese<br />
auch nach langen Zeiten nicht in die Biosphäre und<br />
die Nahrungskette gelangen.<br />
Brennbare schwachaktive Abfälle können in einem<br />
Plasmaofen mineralisiert werden. Dabei werden<br />
organische Stoffe vernichtet und gleichzeitig das<br />
Abfallvolumen deutlich verringert. Die Radioaktivität<br />
bleibt aber bestehen. Deshalb müssen die<br />
<strong>Nagra</strong><br />
Comet Photoshopping<br />
1<br />
Hochaktive Abfälle werden in dickwandigen Behältern<br />
zwischengelagert, welche die Strahlung effizient<br />
abschirmen, so dass man sich neben den Behältern im<br />
Zwischenlager aufhalten kann.<br />
2<br />
Gestaffelte Sicherheitsbarrieren in einem Lager für<br />
hochaktive Abfälle. Ein Metallbehälter mit verbrauchten<br />
Brennelementen oder Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung<br />
ruht auf einem Sockel aus<br />
Bentonitelementen. Der Stollenraum wird mit<br />
Bentonitgranulat verfüllt. Das Wirtgestein bildet<br />
abschliessend die geologische Barriere.<br />
Hochaktive Abfälle<br />
Verfüllmaterial<br />
Wirtgestein<br />
Metallbehälter<br />
Schwach- und mittelaktive Abfälle<br />
<strong>Nagra</strong><br />
3<br />
Abfallfässer mit schwach- und mittelaktiven Abfällen.<br />
Metall teile (links) werden in einem 100-Liter-Fass in<br />
Mörtel eingegossen und dann zusätzlich in einem<br />
200-Liter-Fass einbetoniert. Andere Abfälle werden<br />
nach der Verarbeitung im Zwilag in Würenlingen als<br />
erstarrte Schlacke (rechts) einzementiert und<br />
zwischengelagert.<br />
4<br />
Teilweise verfüllter Betoncontainer mit Fässern für schwachund<br />
mittelaktive Abfälle. Solche Container werden in Lagerkavernen<br />
gestapelt. Am Ende werden die Hohlräume zwischen<br />
den Containern mit einem Spezialmörtel verfüllt.
wussten Sie, …<br />
18 19<br />
…, was wäre, wenn bereits Napol eon ein Tiefenlager gebaut hätte?<br />
Der grösste Teil der radioaktiven Abfälle zerfällt<br />
rasch. Der Rest muss für sehr lange Zeit sicher<br />
von der Biosphäre fern ge halten werden.<br />
Jedes radioaktive Isotop hat eine charakteristische<br />
Zerfallszeit, während der die Hälfte der vorhandenen<br />
radioaktiven Isotope zerfallen (Halbwertszeit).<br />
Natürliches Uran-238 hat zum Beispiel eine Halbwertszeit<br />
von 4,5 Milliarden Jahren. Radioaktive<br />
Messlatte Natur<br />
In 30 000 Jahren sind die<br />
schwach- und mittelaktiven<br />
Abfälle so radioaktiv wie<br />
Granit.<br />
Abfälle enthalten ein Gemisch verschiedener radioaktiver<br />
Isotope, deren Halbwertszeiten sehr unterschiedlich<br />
sind.<br />
Die meisten Stoffe verlieren ihre Strahlung<br />
bereits vor der Tiefenlagerung<br />
Bei der Spaltung von Uran-235 in einem Kernreaktor<br />
entstehen radioaktive Spaltprodukte. Sie<br />
beginnen sofort zu zerfallen. In den Ab kling becken<br />
und Zwischenlagern müssen die ver brau chten<br />
Brenn elemente wegen der hohen Strahlung isoliert<br />
und ihre Strahlung muss abgeschirmt werden.<br />
Diese Auf gabe erfüllen unsere Kernanlagen mit<br />
höchster Zuverlässigkeit. Mit dem Abfall gelangt<br />
wegen des raschen Zerfalls letztlich weniger als<br />
ein Hundertstel der anfänglichen Radioaktivität in<br />
ein Tiefen lager.<br />
Wenn Napoleon ein Tiefenlager<br />
gebaut hätte ...<br />
In einem Tiefenlager zerfallen die Abfälle im Vergleich<br />
zum Einlagerungszeitpunkt rasch weiter.<br />
Hätte Napoleon vor rund zwei hundert Jahren<br />
bereits ein Tiefenlager gebaut, so betrüge die<br />
Strahlung der Abfälle heute nur noch wenige<br />
Prozent im Vergleich zum Einlagerungszeitpunkt.<br />
Im Jahr 2250 beträgt die Strahlung der Ab fälle<br />
eines Lagers für hochaktive Abfälle nur noch 3,3<br />
Prozent im Vergleich zum Referenzjahr 2050 (Bild<br />
1). Diese Tatsache hat damit zu tun, dass in den<br />
radioaktiven Abfällen die Anteile mit kurzer<br />
Zerfallszeit und hoher Aktivität zu Beginn extrem<br />
dominieren. Die Abfälle enthalten aber auch einen<br />
kleinen Anteil an strahlenden Stoffen, die über<br />
sehr lange Zeit mit geringer Aktivität strahlen.<br />
Messlatte Natur<br />
In 200 000 Jahren sind die<br />
hochaktiven Abfälle so radioaktiv<br />
wie die äquivalente Menge<br />
Uranerz, die zur Herstellung<br />
der Brennelemente abgebaut wurde.<br />
W4<br />
Abfälle in Tiefenlager<br />
Abfälle in Zwischenlagern<br />
Abfälle in Tiefenlager (Einlagerung ab 2050)<br />
Aktivität (Bq)<br />
3,0 . 10 19<br />
2,5 . 10 19<br />
2,0 . 10 19<br />
1,5 . 10 19<br />
1,0 . 10 19<br />
0,5 . 10 19<br />
Zerfall des schwach- und mittelaktiven Abfalls<br />
SMA<br />
Die Aktivität der SMA beträgt nur rund 1 Prozent<br />
der Aktivität aller radioaktiven Abfälle.<br />
0<br />
2050 +100 Jahre +200 Jahre +300 Jahre +1000 J.<br />
100% 24,2% 6,4% 0,4%<br />
Restaktivität SMA<br />
1<br />
Rechts: Rund 99<br />
Prozent der Aktivität<br />
wird durch die<br />
hochaktiven Abfälle<br />
(Brennelemente)<br />
verur sacht (Stichjahr<br />
2050).<br />
Links: Die schwachund<br />
mittelaktiven<br />
Abfälle dominieren<br />
zwar volumenmässig,<br />
ihre Aktivität<br />
ist aber gering.<br />
Aufsummierte Aktivität<br />
sämtlicher Brennelemente<br />
1 Monat<br />
nach Entnahme aus<br />
Reaktor.<br />
Im Jahr 2050.<br />
Bei Einlagerungsbeginn<br />
noch vorhandene<br />
Aktivität.<br />
Aktivität (Bq)<br />
3,0 . 10 19<br />
2,5 . 10 19<br />
2,0 . 10 19<br />
1,5 . 10 19<br />
1,0 . 10 19<br />
0,5 . 10 19<br />
0<br />
Caesium-137<br />
Barium-137M<br />
Strontium-90<br />
Yttrium-90<br />
Diverse<br />
Zerfall des hochaktiven Abfalls<br />
HAA<br />
Radionuklide mit kurzer Halbwertszeit verursachen<br />
den Hauptanteil der Aktivität der HAA. Sie sind in den<br />
ersten 100 bis 200 Jahren für die hohe Strahlung<br />
verantwortlich. Diese nimmt aber rasch ab.<br />
Die Anteile mit langer Halbwertszeit strahlen<br />
mit geringer Aktivität, aber über lange Zeit.<br />
2050 +100 Jahre +200 Jahre +300 Jahre +1000 J. +10 000 J. +100 000 J. +1 000 000 J.<br />
100% 11,1% 3,3% 2,2% 1,0% 0,3% 0,03% 0,003%<br />
Restaktivität HAA im Vergleich zum Einlagerungsbeginn<br />
100% 0,15% 0,15% 0,017% 0,005% 0,003% 0,0015% 0,0005% 0,00005% 0,000005%<br />
Restaktivität HAA im Vergleich zur aufsummierten Aktivität
wussten Sie, …<br />
20<br />
Nationale Genossenschaft<br />
für die Lagerung<br />
radioaktiver Abfälle<br />
Hardstrasse 73<br />
5430 Wettingen<br />
Schweiz<br />
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Fax 056 437 12 07<br />
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Themenheft Nr. 6 / Mai 2013