endlagerforschung in deutschland
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Endlagerforschung in Deutschland. Thomas Fanghänel Forschungszentrum Karlsruhe Institut für Nukleare Entsorgung (INE) http://www.fzk.de/ine. Radioaktive Abfälle in Deutschland -Prognose* ) -. Abfälle mit vernachlässigbarer 280.000 m³ Wärmeentwicklung. 22 GWe Szenario. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft
112. Sitzung des Kompetenzverbundes KerntechnikKarlsruhe, 9. 9. 2005
Endlagerforschung in Deutschland
Thomas FanghänelForschungszentrum Karlsruhe
Institut für Nukleare Entsorgung (INE)
http://www.fzk.de/ine
Forschungszentrum Karlsruhein der Helmholtz-Gemeinschaft
212. Sitzung des Kompetenzverbundes KerntechnikKarlsruhe, 9. 9. 2005
Radioaktive Abfälle in Deutschland-Prognose*)-
Abfälle mit vernachlässigbarer 280.000 m³Wärmeentwicklung
Wärmeentwickelnde Abfälle 24.000 m³insgesamt
davon:Abgebrannte Brennelemente 18.000 m³Verglaste Abfälle**) 860 m³Technologische Abfälle**) 2.800 m³Abgebrannte BE aus Forschungsreakt. 130 m³Ausgediente BE aus Hochtemperaturreakt. 1975 m³
*) Quelle: BfS(2005), Basis Ausstiegsbeschluss, **) Aus der Wiederaufarbeitung bei COGEMA und BNFL
2005 2010 2015 2020 2025 2030 10
11
12
13
14
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17
18
Ab
ge
bra
nn
ter
Ke
rnb
ren
ns
toff
Jahr
x 1000 tSM
Ausstiegaus der
Kernenergie
22 GWeSzenario
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previous
heat producingwaste
waste withnegligible heat
production
Waste Category Waste Type
HLW-glass
Spent fuel
Claddingmaterial
Low and medium
level waste
today
3.7 E12
3.7 E14
3.7 E10
3.7 E08
Final Disposal
5% of thetotal waste
99% of the radioactivity
T >> 3°C
95 % of the total waste
1% of theradioactivity
T max. 3°C
HLW
ILW
LLW
Source: H. Nickel, atw 37 (1992)
Bq/m3
3.7 E16
Einteilung der radioaktiven Abfälle in Deutschland
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Endlagerung - Randbedingungen
In Deutschland sollen alle Arten von radioaktiven Abfällenin tiefen geologischen Formationen endgelagert werden.
Dadurch soll der sichere Einschluss der Abfälle und ihre langfristige Isolierung von der Biosphäre gewährleistet werden.
Die sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle liegt in der Verantwortung des Bundes.
Die Sicherheitsforschung zur Endlagerung ist gesellschaftliche Vorsorgeforschung und langfristig angelegt.
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~ 1965 Entscheidung für die Endlagerung aller Arten radio-aktiver Abfälle in tiefen geologischen Formationen
1967 -1978 Asse Salzbergwerk, 126 000 Fässer LAW/(MAW)
1978 - 1980 Eignungsstudie Eisenerzmine Konradseit ~1982 Planfeststellungsverfahren (längstes in Deutschland) Planfeststellungsbeschluss 2002
1977 Beginn der Erkundung des Salzstocks Gorleben für alle Arten von Abfällen (HAW, MAW, LAW)
1999 Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium
1978 Einlagerungsbetrieb von ERAM (DDR)1990 Wiedervereinigung, Weiterführung der Einlagerung1990 - 1998 Einlagerung von 20 000 m3 LAW im ERAM
Zurzeit: Verfüllung und Vorbereitung auf Verschluß
Endlagerung – Historie in Deutschland
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Endlagerung – Situation
Asse (Forschungsbergwerk)Maßnahmen zur Verfüllung und zum Verschluss
MorslebenPlanfeststellungsverfahren zur Stillegung
Konrad - Planfeststellungsbeschluss 2002 (n. 20 Jahren)- Betrieb erst nach gerichtlicher Entscheidung über Einsprüche
Gorleben (Projekt)Untertägige Erkundung gestoppt - 10 Jahre Moratorium
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AkEnd - Auftrag
1999-2002Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens und von Kriterien für die Suche und Auswahl eines (relativ) bestmöglichen Standortes zur Endlagerung radioaktiverAbfälle unter den Gesichtspunkten Sicherheit, Akzeptanz und Einsatz von Resourcen.2002Abschlussbericht
Vorgabe vom BMU:
Alle radioaktiven Abfälle sollen in tiefen geologischen Formationen inDeutschland endgelagert werden.
Für die Endlagerung aller Arten und Mengen radioaktiver Abfälle soll ein Endlager ausreichen, das ab 2030 betriebsbereit ist.
Bundesumweltminister Trittin hat im Februar 1999 den Arbeitkreis Auswahlverfahren Endlagerstandorte (AkEnd) eingerichtet.
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Standortauswahl undLangzeitsicherheits-
nachweis
Geologie,Hydrogeologie,
Geotechnik
BGR
Geologie, PA
GRS
Geochemielanglebiger RN
FZK - INE
Bundesrepublik
Errichtung und Betrieb
BFS (DBE)
Bundesland
Genehmigungsbehörde
Radiochemie,Geologie,Bergbau
Universitäten
Product-charakterisierung
FZJ - ISR
Endlagerforschung in Deutschland Wer macht was?
RN im Öko-system, U-Kontam.
FZR - IRC
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0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02
Institutionelle Förderung Projektförderung Asse Summe
Jährliche Aufwendungen des Bundes für FuE-Arbeiten zur Endlagerung radioaktiver Abfälle
Mio €
Quelle: PTKA+WTE
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1012. Sitzung des Kompetenzverbundes KerntechnikKarlsruhe, 9. 9. 2005
Entwicklung der Fördermittel (Projektförderung)für Endlagersicherheitsforschung
0
2,5
5
7,5
10
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
Mio
. €
/a
Salz Granit/Ton unabhängig von Wirtsgestein
~ 1,8
~2,0
Granit ~ 1,2
~3,0
Ton
Quelle: PTKA+WTE
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Overburden
Host rock
Emplacement in galleries
Emplacementin drill holes
Biosphere
HostrockHostrock
SealingSealing
naturalnatural gasesgases
backfillbackfill gas volumeair, H2O
mineral phasesof the host rock
concrete, clayBitumenFe
pH, Eh
SolutionsT>100°C
Solutionstypical for the host rock
HostrockHostrock
SealingSealing
naturalnatural gasesgases
backfillbackfill gas volumeair, H2O
mineral phasesof the host rock
concrete, clayBitumenFe
pH, Eh
SolutionsT>100°C
Solutionstypical for the host rock
Standortbezogene
Standortunabhängige
Forschung
Was brauchen wir?
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Standortbezogene UntersuchungenAuswahl Wirtsgestein und Standort
Erkundung (Wirtsgestein und Deckgebirge)
Mechanik, Bergbau, Geochemie, Hydraulik
Endlagerkonzept- Tiefe- Temperatur- Behälter, Versatz, Verschluss- Lagergeometrie- Technik (Bergbau, Transport,...)
Host rock
Emplacement in galleries
Emplacementin drill holes
Sicherheitsanalyse (PA)- FEPs- Szenarien- Konzeptionelle Modelle- Optimierung
Sicherheitsnachweis
Overburden
Biosphere
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HostrockHostrock
SealingSealing
naturalnatural gasesgases
backfillbackfill gas volumeair, H2O
mineral phasesof the host rock
concrete, clayBitumenFe
pH, Eh
SolutionsT>100°C
Solutionstypical for the host rock
HostrockHostrock
SealingSealing
naturalnatural gasesgases
backfillbackfill gas volumeair, H2O
mineral phasesof the host rock
concrete, clayBitumenFe
pH, Eh
SolutionsT>100°C
Solutionstypical for the host rock
Standortunabhängige Untersuchungen
Grundlagen
Fundamental Chemistryof Actinides:• Solids• Aqueous• Interfaces• Reactions• Interactions
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm
f0 f1
f2
f3 f4
f5
f6 f7
+7
+3
+4
+5
+6
Grundlagen
Fundamental Chemistryof Actinides:• Solids• Aqueous• Interfaces• Reactions• Interactions
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm
f0 f1
f2
f3 f4
f5
f6 f7
+7
+3
+4
+5
+6
Ac Th Pa U Np Pu Am Cm
f0 f1
f2
f3 f4
f5
f6 f7
+7
+3
+4
+5
+6
Waste form
Engineered barriers
EDZ
Nahbereich Fernbereich
Porous Media,Rocks, minerals,Fracture zone,Fracture filling, ..
Waste form
Engineered barriers
EDZ
Waste form
Engineered barriers
EDZ
Nahbereich Fernbereich
Porous Media,Rocks, minerals,Fracture zone,Fracture filling, ..
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Paradigmenwechsel
makroskopische(integrale) Betrachtung
(KD-Konzept)1 Parameter Ansatz
Prozessverständnisauf molekularer Ebene
Quantifizierung Übertragung in makroskopische Systeme
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Endlagersicherheitsforschung am INE
Konzentration auf hochradioaktive, wärmeentwickelnde Abfälle: - abgebrannter Kernbrennstoff, - HAW-Glas
ca. 5% der Abfälleca. 99% der Aktivität
Konzentration auf die Actiniden,wegen ihre Langlebigkeitund Radiotoxizität
Generische Forschung zu allen drei Wirtsformationen: Salz, Ton, Granit
101 102 103 104 105 106102
103
104
105
106
107
108
109
Summe Plutonium Minore Actiniden Spaltprodukte
Rad
ioto
xizi
tät
(Sv/
tSM
)Jahre nach Entladung aus Reaktor
Verlauf der Radiotoxizität von 1Tonne abgebranntem Kernbrennstoff
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Was brauchen wir?Endlagersicherheitsforschung
Geochemisch geführter LangzeitsicherheitsnachweisG
rund
lage
n
Anw
endu
ng
Granit Ton
generischeForschung
Vernetzung
Salz
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GrundlegendeUntersuchungen
Prozessverständnis aufmolekularem Niveau
AnwendungsorientierteUntersuchungen
Radionuklid-Rückhaltungim Multibarrierensystem
Entwicklung und Anpassung von
Speziationsmethoden
Strukturinformation im Spurenbereich
FuE-Programm des INEGeochemisch geführter Langzeitsicherheitsnachweis
• Aquatische Chemie/ Thermodynamik der Actiniden
• Wechselwirkung von Actiniden mit Mineralober-flächen
• Einbau von Actiniden in Sekundärphasen
• Genese und Stabilität von Kolloiden
• Technische,geotechnischeund geologische Bariere: (abgebrannter Kernbrenn-stoff, HAW-Glas, Behälter, Versatz, Deckgebirge)
• Strahlenchemische Effekte
• Naturnahe Systeme(Untertagelabors)
• Gekoppelte Transport/Speziationsmodelle
• Laserspektroskopie TRLFS, LPAS, LIBS, LIBD
• Summenfrequenz- IR-Spektroskopie
• Röntgenspektroskopie (Synchrotronstrahlung) EXAFS, XANES, GIXAFS
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Endlagersicherheitsforschung - wissenschaftl. Herausforderung Voraussagen für extrem lange Zeiten notwendig
Zeithorizont fürStandortfindung, Errichtung und Betrieb einesEndlagers reicht bis über die Mitte des Jahrhunderts
Die Forschung ist Basis für die Bewertung und Erkundung von Standorten
Mit der Auswahl des Endlagerstandortes erfolgt die konsequenteFokusierung auf standortbezogene Untersuchungen
Die Errichtung und der Betrieb werden wissenschaftlich begleitet
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Erhalt und weiterer Ausbau der KompetenzNotwendig:
Sicherstellung der Ausbildung- Enge Zusammenarbeit mit den Hochschulen
Motivierung des wissenschaftlichen Nachwuchses zur Mitarbeit auf dem Gebiet der Endlagersicherheitsforschung- nur durch attraktive Forschung
Großer Bedarf an Fachleuten bei- Forschung, - Genehmigung,- Begutachtung
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Sicherheit der Nuklearen Entsorgung muss unabhängigvon der weiteren Nutzung der Kernenergie gewährleistet sein
Eine Renaissance der Kernenergie wird es nicht ohne den Nachweis der sicheren Entsorgung geben.
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