Welche Arten radioaktiver Substanzen gibt es?

Es gibt zu jedem Element – auch bei den stabilen – instabile, radioaktive Untertypen, Radionuklide genannt. Sie unterscheiden sich in der Anzahl an Neutronen, die sie in ihrem Atomkern besitzen. Da die Stabilität von Atomkernen vom Gleichgewicht zwischen Protonen und Neutronen abhängt, lassen sich Atomkerne durch Beschuss mit Neutronen in instabile umwandeln oder sogar spalten.

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Schwach radioaktiver Müll wird in abgedichteten Tonnen gelagert. (Bild: commons.wikimedia.org, Prolineserver)

Die auf diese Weise erzeugten radioaktiven Stoffe sind unterschiedlich gefährlich. Mit am wenigsten bedenklich sind die aktivierten Materialien, die beim Reaktorbetrieb anfallen. So wandelt sich durch die Neutronenstrahlung in einem Kernreaktor ein Teil der Atome im Reaktordruckbehälter und im Kühlsystem in radioaktive Atome um. Diese Substanzen besitzen eine typische Halbwertszeit zwischen wenigen Minuten und fünf Jahren. Aus diesem Grund darf auch einige Jahre nach dem Abschalten eines Kernkraftwerks der innere Bereich nicht von Menschen betreten werden.

Wenn die Brennelemente aus dem Reaktor entfernt sind, müssen die aktivierten Materialien also etliche Jahre abklingen, bis die Radioaktivität weit genug gesunken ist, bevor das Kraftwerk zurückgebaut werden kann. Die aktivierten Materialien machen zusammen mit Betriebsrückständen wie Filter, Arbeitsmaterialien etc. sowie medizinischen und industriellen Radionukliden den schwach- und mittelradioaktiven Atommüll aus. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Halbwertszeiten und schwächeren Radioaktivität kann man mit diesen Stoffen aber prinzipiell verantwortungsvoll umgehen, ohne kommende Generationen vor dieselben Unwägbarkeiten zu stellen wie mit hochradioaktivem Müll. Einige der schwach- bis mittelradioaktiven Substanzen müssen aber immerhin für einige hundert bis tausend Jahre sicher gelagert werden.

Die Asse ist ein gutes Beispiel dafür, wie man aber auch mit diesem Müll unverantwortlich umgehen kann. Denn dort wählte man einen Salzstock als Lager für schwach- und mittelradioaktiven Müll, der durch vorhergehende, jahrzehntelange Bergbautätigkeiten nicht mehr stabil war und wasserdurchlässig wurde. Der Salzstock war schon zu sehr durchlöchert, so dass – was in Atommülllagern nie passieren darf – Wasser in die unterirdischen Kammern eindrang. Denn Wasser erhöht nicht nur die Korrosion enorm, sondern ist auch ein Transport- und Lösungsmittel, das radioaktive Substanzen ins Grundwasser oder an die Erdoberfläche bringen kann. Außerdem sind viele Abfälle in der Asse falsch oder schlecht deklariert worden. Experten streiten deshalb, ob es besser ist, den Müll aus der Asse zu bergen oder lieber das Bergwerk möglichst gut zu versiegeln.

Im Vergleich mit schwach- und mittelradioaktivem Atommüll sieht es bei den Spaltprodukten und den Transuranen aber noch bedeutend problematischer aus. Sie sind die direkten Produkte der Kernspaltungsprozesse in Kernkraftwerken und machen den hochradioaktiven Atommüll aus. Bei dem Prozess der Kernspaltung wird enorm viel Energie frei. Deshalb benötigen sowohl Kernkraftwerke als auch Atombomben nur extrem wenig Uran im Vergleich zu chemischen Verbrennungs- oder Explosivstoffen. Die Größenordnung der Strahlengefahr wird sichtbar, wenn man die Radioaktivität dieser Stoffe mit dem schwach- und mittelradioaktivem Müll vergleicht. So ist die Radioaktivität der Brennstäbe in einem einzigen CASTOR-Behälter etwa 200-fach stärker als die kompletten 47.000 Kubikmeter Abfälle, die sich in der Asse befinden. Und sie strahlen über einen vielfach größeren Zeitraum.

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Techniker überprüfen Castor-Behälter mit hochradioaktivem Atommüll. (Bild: Nuclear Regulatory Commission)

Die Spaltprodukte sind die Trümmerstücke der Kernspaltung. Bei der Kernspaltung teilt sich das schwere Uran mit seinen 92 Protonen und 143 Neutronen in zwei ungefähr halb so schwere Atomkerne. Die genaue Protonen- und Neutronenzahl der Tochterkerne kann hierbei stark schwanken. Deshalb gibt es eine Vielzahl von Spaltprodukten mit unterschiedlichsten chemischen Eigenschaften. Sie können fest oder gasförmig sein, chemisch reaktionsfreudig oder träge. Die entstehenden Spaltprodukte sind aber fast allesamt weit von einer stabilen Konfiguration ihres Atomkerns entfernt und deshalb stark radioaktiv.

Ausgehend vom Rohstoff Uran entstehen aber auch schwerere Stoffe, die sogenannten Transurane. Manche Atomkerne können Neutronen einfangen, ohne sofort gespaltet zu werden. Auf diese Weise baut sich sukzessive eine ganze Palette überschwerer Radionuklide auf. Das gefährlichste von ihnen ist Plutonium. Es eignet sich hervorragend zum Bau von Atomwaffen, besitzt eine große Halbwertszeit von rund 24.000 Jahren und ist ein sehr starker Alpha-Strahler. Es ist auch chemisch stark toxisch. Die tödliche Dosis liegt im Bereich von gerade einmal einigen Milligramm. Plutonium wird aber nur schlecht über die Magen- und Darmschleimhaut aufgenommen.

Aber auch zahlreiche andere Spaltprodukte und Transurane sind sehr starke Strahler. Einige von ihnen zerfallen bereits Minuten, Stunden oder Tage nach Beendigung der Kernspaltungsreaktion, wenn der Reaktor durch neutronenabsorbierende Steuerstäbe heruntergefahren wird. In dieser Zeit setzen die kurzlebigen Spaltprodukte aber immer noch einige Prozent der Wärme frei, die während des Volllastbetriebs erzeugt wird. Diese Wärme muss immer noch über das Kühlsystem abgeführt werden. Versagen die Pumpen, kann dies zu einer Kernschmelze führen wie in Fukushima.

Viele der in Kernreaktoren entstehenden Substanzen sind aber noch sehr viel langlebiger als Plutonium. All diese Stoffe, aus denen der hochradioaktive Atommüll besteht, müssen dauerhaft von der Biosphäre abgeschlossen bleiben.

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Dirk Eidemüller studierte Physik und Philosophie in Darmstadt, Heidelberg, Rom und Berlin. Nach einem Diplom in der Astroteilchenphysik und Promotion in Wissenschafts- und Erkenntnistheorie führte ihn die Lust am Schreiben zum Wissenschaftsjournalismus.

11 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Dass hochradioaktiver und langlebiger radioaktiver Abfall anders behandelt werden muss sehe ich auch so. Deshalb ist mir unverständlich, dass bis jetzt kein Konzept existiert um die Transurane (Aktiniden) vom übrigen radioaktiven Abfall zu trennen und speziell zu behandeln. Diese spezielle Behandlung könnte ein Transmutation sein oder eine Lagerung in sehr tiefen Erdschichten wie mit dem depp borehole disposal vorgeschlagen.

  2. Die Asse enthält 200 Mal weniger Radioaktivität als ein Castor verursacht aber über die empfohlene Räumung 3.7 Milliarden Kosten.
    Da haben ein paar Leute überhaupt nichts gedacht, entweder als sie Asse in Betrieb nahmen oder aber jetzt bei der Absicht sie zu räumen. Klar ist allerdings, dass ein Lager für radioaktive Abfälle nicht ins Grund- oder Oberflächenwasser hinein lecken sollte. So gesehen wäre eine Entsorgung von schwach radioaktiven Abfällen auf dem Ozeanboden wohl gescheiter. Man könnte sie so verpacken, dass die Behälter einige dutzend Jahre lang dicht bleiben. Eine langsame Leckage später wäre wegen des Verdünnungseffekts unbedenklich. Es ist jedenfalls grotesk für eine so kleine Menge an Radioaktivität wie sie in der Asse gelagert ist später Milliarden auszugeben.

    • Das Meer ist kein ruhiger steriler unbelebter Rundkolben. Im Ozean gibt es Strömungen und Leben. Besonders über die Nahrungskette (bzw das Nahrungsnetz) können sich Substanzen schnell in Organismen anreichern, von denen man eigentlich erwartet hätte, dass sie sich im Wasser weit verteilen.

      • Von 1946 bis 93 wurde radioaktiver Abfall von 13 Ländern im Meer entsorgt. Die Nachunterschungen ergaben folgende Resultate:
        – Artik: 1992–94 Probenentnahmen bei der Entsorgungsstelle und Umgebung ergaben erhöhte Radioaktivitätslevel nur an der Entsorgungsstelle nicht aber in der Umgebung
        – Atlantik-Nordost: Dito
        – Nordost Pacific, Nordwest Atlantic : Dito (Cäsium+Plutonium wurde gefunden)
        – Nordwest Pacific: Zuordung der gefundenen Radioaktivität zu globalem Fallout

        Wichtig: Diese Entsorgungen enthielten bei weitem nicht nur schwach radioaktiven Abfall wie man folgendem Zitat entnimmt:

        The waste materials included both liquids and solids housed in various containers, as well as reactor vessels, with and without spent or damaged nuclear fuel

        Fazit: Von 1946 bis 93 wurde teilweise hochradioaktiver Abfall im Ozean entsorgt ohne dass erhöhte Radioaktivität in grösserer Entfernung von den Entsorgungsstellen gefunden wurde. Schwachradioaktiver Abfall sollte deshalb noch weit weniger Auswirkungen haben.

  3. Das radioaktive Inventar der Asse ist nicht nur 2 Größenordnungen schwächer als das eines CASTOR-Behälters (kein Wunder, man hat dort unter anderen benutzte Handschuhe entsorgt, mit denen radioaktive Proben angefaßt wurden) sondern auch schwach verglichen mit dem Kalium-40, das vorher im Zuge des Salzbergbaus herausgeholt worden war. (In der Nähe der Asse gibt es eine natürliche radioaktive Quelle, die sich aus eben demselben Salzstock speist…)

    Die sinnvollste Maßnahme wäre, das Bergwerk einfach durch kontrollierte Sprengung der Stollen dichtzumachen.

    Bei Plutonium wäre es nicht schön, wenn es unkontrolliert in die Biosphäre entweicht. Bei dem ganzen Dioxin in den Endlagern für chemische Gifte wäre es ebensowenig schön, dennoch gibt es dort keine Genehmigungsprobleme. Es wäre also sicher möglich, Transurane genauso sicher endzulagern wie Dioxin – es wäre nur sehr dumm, weil Transurane der Brennstoff für die Kernreaktoren von morgen sind. Stark strahlend und langlebig heißt ja nichts anderes als besonders energiereich – und damit prima geeignet für Reaktoren mit schnellem Neutronenspektrum. Allein deswegen ist eine rückholbare Lagerung gegenüber einer Endlagerung zu bevorzugen.

  4. es gibt bekanntlich alfa- beta- und gamma-Strahlung. Was wenig beachtet wird ist die nicht unerhebliche Neutrino-Abgabe nuklearer Materialien und Reaktoren! Deshalb sollten meines Erachtens nur ältere Arbeitnehmer und Fremdarbeiter in Reaktornähe arbeiten. Insbesondere ist die Einstellung von jungen Auszubildenden an Reaktorstandorten keineswegs notwendig oder ein lobenswertes Verhalten der Branche!

    • Der 1. April war schon. Wenn Neutrinos gefährlich wären dürften sie nicht auf der Erde leben, denn jeder Quadratmeter der Erde wird jede Sekunde von Millionen Neutrions durchflossen. Gegen die Sonne, sind die vom Menschen fabrizierten Atomreaktoren geradezu lächerlich was die Neutrionproduktion angeht.

      Falls sie es mit ihrem Kommentar ernst meinen, empfehle ich ihnen zu einem äusseren Planeten unseres Sonnensystems umzuziehen. Am besten suchen sie sich ein Plätzchen auf dem Pluto. Der erhält nämlich kaum noch Sonnenstrahlen und hat Durchschnittstemperaturen zwischen – 223 und – 233 Grad Celsius. Bei diesen Temperaturen bleiben sie auch schon frisch.

    • Die Neutrinos stellen keinen Grund zur Beunruhigung dar: Bei den Energien, wie sie aus dem Reaktor kommen, gehen sie praktisch überhaupt keine Wechselwirkung mit Materie ein. Man braucht sehr große Tanks mit speziellen Detektoren, um sie überhaupt nachweisen zu können. (Solche Experimente in der Nähe von KKWs gibt es etwa in Südkorea und China.) Diese Tanks liegen außerdem unterirdisch, weil sonst die kosmische Hintergrundstrahlung (die wir auch abbekommen) die Messungen unmöglich machen würde, und weil – wie andere schon kommentiert haben – uns von der Sonne sehr viel mehr Neutrinos erreichen, ohne dass diese einen Effekt hätten.

      Nur ein konzentrierter Strahl sehr hochenergetischer Neutrinos könnte einen Strahleneffekt haben. Solche kommen nicht aus KKWs, können aber sehr wohl in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Die beteiligten Wissenschaftler kümmern sich deshalb beim Design zukünftiger Teilchenbeschleuniger sehr wohl um Neutrinos, denn deren Gefährlichkeit ist im Gegensatz zur hypothetischen Erzeugung Schwarzer Mini-Löcher durchaus real – wenn auch nicht unbedingt lebensbedrohlich.

  5. Hallo Konrad, gab´s da bei Dir einen Schreib- oder Verständnisfehler? … die nicht unerhebliche Neutrino-Abgabe… Eventuell meintest Du ja die ungleich wirksamere Neutronenstrahlung?!?

    • ich meinte schon Neutrinos, denn Neutronen sind ja abschirmbar mit einigen Meter dicken Betonwänden, Neutrinos nicht. Wenn diese kein (oder vielleicht kaum ein) Problem für die Körperzellen Erwachsener sind, dann bin ich ja beruhigt. Zumindest bis zum Planeten Mars sollten es Astronauten in Zukunft dann ja mittels leichtgewichtiger Kernreaktor-Raketen schaffen, ohne Krebsrisiko. Aber was ist mit Familien und Babys, wenn man mal an eine zukünftige Marssiedlung denkt?

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