Glossar / Erläuterungen

Abbrand:

Maß für den Energieumsatz des Brennstoffs von Kernreaktoren; der Abbrand wird angegeben in MWd/t Uran (Megawatt-Tag je Tonne Uran). Der Abbrand ist ein Maß dafür, wie stark der Brennstoff (U-235-Kerne) bereits verbraucht ist.

Niedrigerer Abbrand: Zu den Besonderheiten und Problemen der Brennelemente mit niedrigerem Abbrand durch die ungeplante Außerbetriebnahme von Atomkraftwerken erklärt die Entsorgungs-Kommission (ESK) in ihrer Stellungnahme vom 27.05.2011: „Anforderungen an bestrahlte Brennelemente aus entsorgungstechnischer Sicht“: [1]

„In den durch das Atomgesetz am 6. August 2007 stillgelegten Kernkraftwerken befinden sich Brennelemente, die teilweise nur zwischen 11 und rund 300 Volllasttagen bestrahlt wurden. Die Anlagen KKK und KKB liegen schon seit vielen Monaten vorübergehend still, der letzte Betriebszyklus hat jeweils 11 bzw. 29 Volllasttage betragen. Damit ergeben sich für die beim letzten Brennelementwechsel neu eingesetzten Brennelemente Abbrände im Bereich von einigen hundert (KKB, KKK) bis einigen tausend MWd/t SM. Im Vergleich zu den Zielabbränden von 40.000 bis ca. 65.000 MWd/t liegen die erreichten Abbrände also deutlich niedriger. Dies hat Auswirkungen auf verschiedene physikalische Eigenschaften dieser teilabgebrannten Brennelemente:

  • Nach einer vergleichsweise kurzen Abklingzeit liegen die Nachwärmeproduktion und die Gamma-Quellstärken niedriger.
  • Die Neutronenquellstärke liegt niedriger, weil weniger (?, n) Reaktionen und weniger Spontanspaltungen stattfinden.
  • Der Gehalt an spaltbarem Uran-235 ist höher, weil das ursprünglich vorhandene Uran-235 nur zum Teil durch Spaltung verbraucht wurde.
  • Bei Uran-Brennelementen ist der Gehalt an Plutonium geringer, weil aufgrund der geringeren Einsatzzeit im Reaktor weniger Plutonium aufgebaut wurde.
  • Die Isotopenzusammensetzung des aufgebauten Plutoniums weist einen höheren prozentualen Anteil an Pu-239 auf, als Plutonium aus höher abgebrannten Brennelementen.
  • Außerdem ist zu beachten, dass einige dieser teilabgebrannten Brennelemente den für die derzeitigen Behältergenehmigungen erforderlichen Mindestabbrand nicht aufweisen.“

Atomkraftwerke - Baulinien [2]

Siedewasserreaktoren

Erste Generation: VAK Kahl, AKW Gundremmingen A, AKW Lingen, AKW Würgassen; Konzept: AEG und General Electric
Alle drei Reaktoren wurden nach Störfällen stillgelegt, Gundremmingen A nach einem Totalschaden durch Kurzschluss, Lingen nach schwerem Maschinenschaden und das VAK Kahl nach mehr als 90 zum Teil ernsthaften Störfällen.

Baulinie 69: AKW Philippsburg 1, AKW Ohu 1/Isar 1, AKW Brunsbüttel, AKW Krümmel; Konzept: Kraftwerk Union (KWU)
Eine im Oktober 2010 veröffentlichte Studie österreichischer Forschungsinstitute stellte gravierende Konstruktionsfehler dieser Baulinie fest. An den Schweißnähten des Reaktordruckbehälters könne es zu Haarrissen  und infolgedessen zu einem Bruch kommen. Eine Überprüfung dieser Schweißnähte sei kaum möglich. Die Konstruktionsfehler seien nachträglich nicht durch Nachrüstmaßnahmen nicht ausgleichbar. Bei einem schweren Unfall in einem Kernkraftwerk des Typs SWR 69 träte mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit eine große Freisetzung von Radioaktivität in die Umwelt auf.  [3]

Baulinie 72: AKW Gundremmingen B und C; Konzept: Kraftwerk Union (KWU)
Gundremmingen B und C sind die einzigen Reaktoren der Baulinie 72 weltweit, die eine Weiterentwicklung der Baulinie 69 ist. Einige Sicherheitssysteme wurden verbessert. Aber auch bei der Baulinie 72 liegt das Brennelement-Lagerbecken für abgebrannte Brennelemente  im oberen Teil des Reaktorgebäudes außerhalb des Sicherheitsbehälters. Das ist die gleiche Konstruktion wie bei Block 4 des havarierten Reaktors in Fukushima, bei dem Situation immer noch besonders kritisch ist.

Druckwasserreaktoren

1. DWR-Generation: AKW Obrigheim, AKW Stade
Völlig unzureichender Schutz gegen Flugzeugabstürze, die Reaktorkuppel ist nur 60 cm dick. Der Werkstoff des Reaktordruckbehälters ist besonders Bruchanfällig.

2. DWR-Generation: AKW Neckarwestheim 1, AKW Biblis A und B, AKW Esenshamm / Unterweser
Die Reaktoren der 2. Generation weisen eine Vielzahl von Sicherheitsdefiziten auf: Sie sind völlig unzureichend gegen Kernschmelzen gesichert, längere Stromausfälle werden schon zum Problem, ihre Kühlwassermenge ist zu knapp, es fehlen Ventile an den Dampferzeugern u.v.m.

Vor-Konvoi-Anlagen: AKW Philippsburg 2, AKW Grafenrheinfeld, AKW Grohnde, AKW Brokdorf, Konzept: Kraftwerk Union (KWU)
Das Basisdesign der Vor-Konvoi-Anlagen stammt aus dem 70er Jahren. Grundlegende Anlagenteile, wie z.B. die Wanddicke des Reaktordruckbehälters konnten nicht nachgerüstet werden.

Konvoi-Anlagen: AKW Neckarwestheim 2, AKW Ohu 2 / Isar 2, AKW Lingen 2 / Emsland; AKW Mülheim-KÄrlich, Konzept: Kraftwerk Union (KWU)
Die Konvoi-Anlagen, deren Baubeginn immerhin schon 31 Jahre zurück liegt, gelten als die „sichersten“ in Deutschland. Aber auch diese Reaktoren würden einem Absturz einer großen Verkehrsmaschine nicht standhalten.

Becquerel:

Ein Becquerel entspricht einem radioaktiven Zerfall einen Atoms pro Sekunde. Mit jedem Zerfall entsteht auch Gamma-Strahlung, Alpha-Strahlung oder Beta-Strahlung, die messbar ist, z.B. mit einem Geigerzähler bei dem dieser einzelne Zerfall als "klick" bzw. Becquerel hörbar gemacht wird.

Brennelemente

ERU-Brennelemente = WAU-Brennelemente (enriched reprocessed uranium = wiederaufgearbeitetes Uran): Sie werden aus einer Mischung von Uran aus der Wiederaufarbeitung in La Hague und höher angereichertem Uran aus russischen, zum Teil militärischen Beständen hergestellt. Der Anteil von Uran-235 liegt in der Regel um 0,3 Prozent höher als bei einem Brennelement aus Natururan. Der Umgang mit Wiederaufarbeitungsuran ist komplizierter und aus Strahlenschutzgründen viel aufwändiger als die Verarbeitung von Natururan. Wiederaufarbeitungsuran enthält je nach Abbrand und Reaktortyp Verunreinigungen (u.a. Spuren von Plutonium) und verschiedene Anteile von anderen Uranisotopen (U-232, U-233, U-234, U-236, U-237). U-234 und U-236 verschlechtern den Abbrand. Dies erfordert eine höhere Konzentration von U-235 für die gleiche Abbrandleistung wie bei angereichertem Natururan. U-232 und U-236 und ihre Zerfallsprodukte erfordern wegen erhöhter direkter Strahlenbelastung zusätzliche Schutzmaßnahmen. [4] 

MOX-Brennelemente: MOX-Brennelemente enthalten gegenüber den herkömmlich in AKW eingesetzten Uran-Brennelementen neben Uran bis zu 3,5 % Plutonium aus der Wiederaufarbeitung. Durch den Einsatz von Plutonium in Atomkraftwerken steigen die Risiken beim Transport von Brennelementen und bei der Handhabung generell. Bei schweren Unfällen kann in größerem Maße Plutonium frei gesetzt werden. Aus physikalischen Gründen reduziert der Einsatz von MOX-Brennstoff die Wirksamkeit der Steuerstäbe, macht den Reaktor instabiler und erhöht das Risiko, dass ein Unfall zur Katastrophe wird. Im kalten Zustand sind höhere Borsäure-Konzentrationen im Kühlwasser erforderlich, um den Reaktor unkritisch zu halten. Beim Abbrand von MOX-Brennelemente entsteht höhere Strahlung, etwa das 10-fache an langlebigen radioaktiven Transuranen, als bei Uran-Brennelementen und eine höhere Nachzerfallswärme. Das heißt: diese Brennelemente müssen nach Gebrauch länger zwischengelagert werden bis sie eine Temperatur erreicht haben, bei der die Lagerung in tiefen geologischen Formationen überhaupt denkbar ist.  [5] 

Uran-Hochabbrand-Brennelemente: Sie enthalten mehr spaltbares Uran (höhere Anfangsanreicherung von 3,5 % - 4,5 % Uran-235). Dadurch werden höhere Abbrände erzielt und die Brennelemente können vier statt nur drei Jahre im Reaktor verbleiben. Allerdings wird dabei der Atomreaktor näher an die Grenze der Belastbarkeit gefahren. Die metallenen Hüllrohre für die Brennelemente sind höherem Druck ausgesetzt, es ist mit schnellerem Hüllrohr-Versagen zu rechnen. Der höhere Abbrand führt zu einer höheren  Nachzerfallswärmeleistung. Das heißt: diese Brennelemente müssen nach Gebrauch länger als andere Uran-Brennelemente zwischengelagert werden bis sie eine Temperatur erreicht haben, bei der die Lagerung in tiefen geologischen Formationen überhaupt denkbar ist. [6]

Entsorgungsvorsorgenachweis:

Mit dem Vierten Gesetz zur Änderung des Atomgesetzes vom 30.08.1976 wurde erstmals der Umgang mit radioaktiven Abfällen rechtlich geregelt. Dazu gehörte der sogenannte Entsorgungsvorsorgenachweis in §9a, der die Genehmigung von Atomkraftwerken an die Vorsorge der Betreiber für Kernbrennstoffe knüpfte. Was darunter genau zu verstehen ist, wurde von Bund und Ländern in den „Grundsätzen zur Entsorgung von Kernbrennstoffen“ festgeschrieben. Die Fassung der Entsorgungsgrundsätze vom 19.03.1980 hat seit Jahrzehnten Bestand: „Spätestens vor der 1. Teilbetriebsgenehmigung ist der Nachweis zu erbringen, dass ab Inbetriebnahme des Kernkraftwerks für einen Betriebszeitraum von sechs Jahren im voraus der sichere Verbleib der bestrahlten Brennelemente durch zugelassene Einrichtungen des Betreibers oder durch bindende Verträge sichergestellt ist. Dieser Nachweis ist während der Betriebsdauer der Anlage fortzuschreiben.“ [7]

Der Entsorgungsvorsorgenachweis galt also eigentlich nur für die Brennelemente und auch nur über den Nachweis für deren Verbleib für die nächsten sechs Jahre. Trotzdem wurde in den Genehmigungen meistens auf alle Arten radioaktiver Abfälle eingegangen. Inzwischen reicht die jährliche Vorlage realistischer Planungen, dass für die bereits angefallenen und die noch anfallenden abgebrannten Brennelemente ausreichend verfügbare Zwischenlagermöglichkeiten vorhanden sein werden und für den konkreten Bedarf der jeweils nächsten zwei Jahre ausreichende und bedarfsgerechte Zwischenlagermöglichkeiten rechtlich und technisch verfügbar sind.

Die Rubrik „Entsorgungsvorsorgenachweis“ dieses Berichtes dient nicht der abdeckenden Abbildung der Nachweise über Jahrzehnte hinweg oder des aktuellen Standes, sondern anhand von Zitaten aus Teilerrichtungsgenehmigungen wird das Scheitern bzw. die mangelnde Belastbarkeit eines solchen Nachweises aufgezeigt.

Feed

Begriff für das Ausgangsmaterial bei der Urananreicherung, also das Natururan. In der Anreicherung wird das Feed getrennt in das angereicherte Uran („Product“) und das abgereicherte Uran („Tails“).

Halbwertszeiten

Nachdem die Halbwertszeit vergangen ist, hat ein Element nur noch die Hälfte der Zerfälle bzw. Strahlung pro Sekunde. Nach einer weiteren vergangenen Halbwertszeit nur noch die Hälfte von der Hälfte, also ein Viertel der Zerfälle pro Sekunde bzw. Strahlung, usw. Zum Beispiel hat Caesium 137 eine Halbwertszeit von knapp 30 Jahren, ist aber erst nach 300 Jahren so weit zerfallen, dass es als nicht mehr wirksam gilt. Das bei der Katastrophe von Tschernobyl 1986 über Deutschland abgeregnete Caesium ist also immer noch nicht bis zur Hälfte zerfallen.

Handschuhkasten

(auch Glovebox, Isolator oder Handschuhbox) Behälter, der gegenüber dem umgebenden Arbeitsraum (z.B. heiße Zelle) hermetisch und gasdicht abgeschlossen ist. Innerhalb des Handschuhkastens kann eine definierte Atmosphäre zur Bearbeitung empfindlicher oder gefährlicher Stoffe erzeugt werden. Der Bediener kann mit seinen Händen in die fest im Handschuhkasten installierten Handschuhe greifen und damit innerhalb des Kastens arbeiten. Es gibt zwei Möglichkeiten, um die Folgen von Leckagen zu minimieren: Im Handschuhkasten herrscht entweder ein geringer Überdruck, damit bei einem Leck keine Raumluft einströmen kann (nicht verwendete Handschuhe wölben sich nach außen) oder ein geringer Unterdruck, damit keine gefährlichen Stoffe aus dem Handschuhkasten austreten können (z. B. bei Arbeiten mit radioaktiven Stoffen).

Heiße Zelle

(englisch: hot cell) Stark abgeschirmter Raum zur Verarbeitung und kurzfristigen Lagerung von hochradioaktiven Substanzen, die unter anderem in der Nuklearmedizin, in Forschungszentren und bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen verwendet wird. Die Abschirmung dieses Raumes besteht meist aus zentimeterdicken Blei- und Betonblöcken. Um den Austritt von radioaktiven Gasen oder Stäuben zu verhindern, sind Heiße Zellen zudem gasdicht. Zur Handhabung der hochradioaktiven Radionuklide werden in der Heißen Zelle meist fernbediente Manipulatoren verwendet. Lediglich bei schwächer radioaktiven Materialien kommen auch mit Blei oder Wolfram geschützte Handschuhkästen zum Einsatz.

Konditionierung

Behandlung radioaktiver Abfälle (Trocknen, Zerlegung, Schmelzen, Verpressen, Zementierung, Verbrennung, Verglasung) und anschließende Verpackung in einen transport- und/oder lagerfähigen Zustand.

Leistung

elektrisch: Leistung, die bei der Umwandlung der thermischen Leistung in Strom erzeugt wird.
brutto: insgesamt erzeugte elektrische Energie eines Reaktors
netto: Bruttostromerzeugung – Eigenbedarf an elektrischer Energie

thermisch: Wärmeenergie, die die Brennstäbe produzieren.

Potenzen

Darstellung großer Zahlen, ohne dass man viele Ziffern benutzen muss. Beispiele:

  • 2 x 2 x 2 = 8  oder 1 x 23 = 8 
  • 1 Million = 1.000.000 oder 1 x 106 oder auch dargestellt als 1 x E+06
  • Die höchste max. zugelassene Aktivität in einem Standort-Zwischenlager ist im SZL Neckarwestheim 2,4 x 1020 Bq = 240.000.000.000.000.000.000 Bq = 240 Trillionen Bq.
  • Beim Vergleich von Aktivitäten kommt es also nicht auf den ersten Wert, sondern die Höhe der Potenz an: 9 x 106 = 9.000.000; 1 x 107 = 10.000.000.

Product

Mit „Product“ bezeichnet man in der Urananreicherung das angereicherte Uran.

Sievert (Sv)

Maß für den biologischen Schaden, den radioaktive Strahlung anrichten kann. Die Einheit Sievert errechnet sich aus der Energiedosis einer radioaktiven Strahlung und einem Faktor, mit dem diese Dosis multipliziert wird, der den entstehenden Schaden im Körper eines Menschen verdeutlichen soll. Dieser Faktor beträgt für Gamma und Betastrahlung eins, für Alphastrahlung und Neutronenstrahlung bis zu 20 oder noch wesentlich mehr. Das bedeutet, dass die gleiche Energiedosis einer anderen Strahlung einen höheren Schaden anrichtet. Ein Sievert ist ein sehr hoher Wert, daher wird in der Regel Millisievert (mSv), also 1/1000 Sievert, angegeben.

Die radioaktive Strahlendosis, die ein Mensch aufnimmt, summiert sich auf. Wenn ein Mensch einer Strahlung von 1 mSv pro Stunde ausgesetzt ist, hat er nach 3 Stunden 3 mSv aufgenommen. Die gesetzlich festgelegte Jahresdosis für beruflich strahlenexponierte Personen beträgt 20 mSv pro Jahr, über ein Berufsleben dürfen jedoch nicht mehr als 400 mSv zusammenkommen. Für die normale Bevölkerung beträgt die gesetzlich festgelegte Strahlendosis 1 mSv pro Jahr (ohne natürliche Strahlung und medizinische Maßnahmen). Ein ungeborenes Kind darf bis zu seiner Geburt keine höhere Strahlendosis als insgesamt 1 mSv erhalten. Bei Transporten auf öffentlichen Straßen gilt ein gesetzlicher Grenzwert bei zwei Meter Abstand von 0,1 mSv pro Stunde, an der Behälteroberfläche von 2 mSv pro Stunde

Was nehmen wir an Strahlung im täglichen Leben auf:

  • Brustkorb Röntgenaufnahme: 0,04 mSv einmalig
  • Mammografie: bis 0,4 mSv einmalig
  • natürliche Strahlung: ca. 2 mSv jährlich

Allerdings sagt das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS): "Auch geringe Belastungen unterhalb der festgelegten Grenzwerte sind nicht ungefährlich und sie erhöhen die bereits vorhandene Gefährdung durch die natürliche Strahlenbelastung." Die KiKK-Studie ("Kinderkrebs in der Umgebung von Kernkraftwerken"), vom BfS in Auftrag gegeben, ergab ein erhöhtes Auftreten von Leukämieerkrankungen bei bis zu fünfjährigen Kindern in einem Fünf-Kilometer-Umkreis um Reaktorstandorte.

Tonnen Schwermetall (t SM)

Diese Maßeinheit wird speziell für abgebrannte Brennelemente benutzt.  Das Metall der Hüllrohre, Abstandhalter, etc. wird dabei nicht mitgerechnet. 1 t SM sind also 1000 kg abgebrannte Brennelemente. In einem CASTOR®-Behälter mit einem Leergewicht von 120 t werden z.B. Brennelemente mit 6 t SM transportiert.

Tails

Mit „Tails“ bezeichnet man in der Urananreicherung den Abfall bzw. den verbleibenden Stoff, also das abgereicherte Uran.

Tailings

Tailings im Uranbergbau sind die schlammartigen Rückstände, welche bei der Uranerzgewinnung übrig bleiben, nachdem das Uran aus dem Gestein abgetrennt worden ist. Sie werden in Absetzbecken eingespült. Die darin enthaltenen Radionuklide sind vor allem Radium-226, Radon-222 und Blei-210. Der Wind verteilt die feinen Sande der radioaktiven Nuklide und Schwermetalle von ausgetrockneten Deponien in der Umgebung. Über Sickerwasser oder bei Dammbruch können Grundwasser, Flüsse und Seen verseucht werden.

Urantrennarbeit (UTA)

Urantrennarbeit ist eine Messeinheit bei der Urananreicherung. Sie beschreibt den Aufwand, der für die Trennung der Uranisotopen erforderlich ist. Dieser hängt ab von der Uranmenge, dem Anreicherungsgrad und dem Abreicherungsgrad des verbleibenden Urans. Ca. 100 – 200 UTA sind im Jahr nötig, um den Bedarf eines 1000-MW-Reaktors zu decken.

Wärmeleistung

Auch in abgebrannten Brennelementen entsteht durch den radioaktiven Zerfall der noch vorhandenen Spaltprodukte Wärme. Diese vom radioaktiven Inventar ausgehende Wärme muss abgeführt werden, sonst erleidet das zur Abschirmung eingesetzte Moderatormaterial Schaden oder die Behälter werden undicht. Deshalb ist die zulässige Wärmeleistung pro CASTOR®-Behälter und pro Lagerhalle begrenzt. Die Wärmeableitung in den Zwischenlagern findet durch sogenannte Naturzugkühlung, also durch Öffnungen im Bereich des Daches statt.

Yellow Cake

Ausgangsstoff für die Herstellung von Brennelementen, Produkt der Uranerzaufarbeitung. Aus 2 t Uranerz werden ca. 1 kg gelbes Uranpulver, das Yellow Cake.

Quellen:

[1] ESK-Stellungnahme: Anforderungen an bestrahlte Brennelemente aus entsorgungstechnischer Sicht, 27.05.2011

[2] Greenpeace: „Nukleares Roulette“ Magazin 6/2010

[3] Kromp, Wolfgang / Roman Lahodynsky / Viet Anh Nguyen / Norbert Meyer / Wilfried Rindte / Emmerich Seidelberger / Steven Sholly / IlseTweer / Geert Weimann und Manfred Zehn (2010) – „Schwachstellenbericht Siedewasserreaktoren Baulinie 69 – Kurzstudie zu Schwachstellen in den Kernkraftwerken SWR 69 Brunsbüttel, Isar 1, Krümmel und Philippsburg“ im Auftrag der Landesregierungen von Oberösterreich, Niederösterreich, Salzburg und der Umweltanwaltschaft Wien, Wien. ISR Report 2010/2.

[4] Greenpeace Schweiz: „Recycling von Wiederaufarbeitungsuran?“ Zürich Juni 2009

[5] Contratom: „Gefahr MOX-Brennelemente“

[6] RSK – EMPFEHLUNG: „Auswirkung fortgeschrittener Kernbeladungen auf das Reaktivitätsverhalten des Reaktorkerns und seiner Reaktivitätsstellglieder, 10.08.2006 (394. Sitzung)

[7] RS-Handbuch 3-25: „Bekanntmachung der Grundsätze zur Entsorgungsvorsorge für Kernkraftwerke vom 19. März 1980 (BAnz 1980, Nr. 58)

 

 

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