Klassifizierung radioaktiver Abfälle

28.10.2016
Rubriken: Atommüll

Es gibt keine international einheitliche Klassifizierung der radioaktiven Abfälle. Kriterien sind z.B. Halbwertszeiten, Verarbeitungszustand, Herkunft, Aktivitätskonzentrationen oder andere Eigenschaften. Die Bundesrepublik Deutschland erklärte Mitte der 1980er Jahre im Zuge der geplanten Einlagerung im Eisenerzbergwerk Schacht KONRAD die Wärmeentwicklung zum Hauptkriterium. Die Internationale Atomenergieorganisation und die Kommission der Europäischen Union haben eigene Klassifizierungen aufgestellt, die jedoch nicht bindend sind.

Internationale Atomenergie Organisation (IAEA)

Die IAEA hat ihre Klassifizierung radioaktiven Abfalls in den 2000er Jahren überarbeitet. Sie nimmt jedoche keine klare Abgrenzung zwischen den Klassen und keine klare Zuordnung der Abfälle in diese Klassen vor. Sie relativiert die Klassifizierung an dem spezifischen Abfallanfall und den möglichen oder geplanten Lagerkonzepten in den jeweiligen Staaten. Führendes Kriterium für die Einteilung sind die Halbwertszeiten und die jeweiligen Anforderungen an die Langzeitsicherheit. Die IAEA unterscheidet folgende sechs Klassen: [1]

Exempt waste (EW): Abfälle dieser Kategorie sollen laut IAEA aus dem Geltungsbereich atomrechtlicher Vorschriften entlassen und konventionell genutzt oder beseitigt werden. Die Obergrenze für die Strahlenexposition der Bevölkerung aus der Deponierung des Materials dieser Kategorie beträgt 10 μSv/Jahr. Je nach Radionuklid entspricht dies laut IAEA einer Aktivität zwischen 0,01 Bq/g und 104 Bq/g.

Very short lived waste (VSLW): Abfälle dieser Kategorie können für eine begrenzte Zeit zur Abklinglagerung, um anschließend aus dem Geltungsbereich atomrechtlicher Vorschriften entlassen und konventionell genutzt oder beseitigt zu werden. Abfälle dieser Kategorie stammen oft aus Forschung oder Medizin. In der Regel handelt es sich dabei um Abfälle mit einer Halbwertszeit unter 100 Tagen (Beispiel: Iridium 192 – 73,831 Tage Halbwertszeit; Technecium 99m – 6,01 Stunden Halbwertszeit). Tatsächlich sieht die IAEA aber keine strikte Definition vor, sondern macht die Einteilung abhängig von einer akzeptablen Menge der im jeweiligen Abfall gleichzeitig vorhandenen langlebigeren Radionuklide, von der Eingangsmenge der kurzlebigen Radionuklide und der jeweils geplanten Dauer der Abklinglagerung

Very low level waste (VLLW): Abfälle dieser Kategorie fallen nicht unter die Freigaberegelung, benötigen laut IAEA jedoch keine hohe Abschirmung sondern können oberflächennah und gegebenenfalls gemeinsam mit anderen gefährlichen Stoffen in Deponien gelagert werden. Allerdings nennt die IAEA keine generellen Kriterien für die Einordnung von Abfällen in diese Kategorie. Dies sei abhängig von den Sicherheitsanalysen der jeweiligen Behörden und von der konkreten Ausgestaltung der Deponien. Typische Abfälle dieser Kategorie seien laut IAEA kontaminierte Erde und Bauschutt mit geringer Aktivitätskonzentration. Langlebige Radionuklide sind im VLLW gering vorhanden.

Low level waste (LLW): Abfälle dieser Kategorie sind oberhalb der Freigabegrenzwerte, enthalten eine begrenzte Anzahl langlebiger und ggfs. eine höhere Menge kurzlebiger Radionuklide. Kriterium sei üblicherweise eine Dosisrate von 2 mSv/h. Allerdings gibt es keine genaue Abgrenzung zum intermediate level waste. Manche Staaten haben als Grenze 400 Bq/g im Durchschnitt und 4000 Bq/g im einzelnen Gebinde festgelegt. Diese Abfälle benötigen laut IAEA eine robuste Abschirmung bis zu ein paar hundert Jahren und können in eigens errichteten oberflächennahen Anlagen gelagert werden. In dieser Kategorie finden sich sehr verschiedene Abfälle von kurzlebigen höher radioaktiven bis hin zu langlebigen niedrigeren radioaktiven Abfällen. Je nach Zusammensetzung des Abfalls gibt es dafür unterschiedliche Auslegungen der Lager, von Lagerhallen an der Oberfläche bis hin zu Lagern in 30 m Tiefe, abhängig von den Sicherheitsanalysen und der üblichen Praxis der nationalen Behörden.

Intermediate level waste (ILW): Abfälle dieser Kategorie enthalten eine größere Menge langlebiger Radionuklide und benötigen deshalb eine höhere Abschirmung als eine oberflächennahe Lagerung gewährleisten kann. Sie benötigen jedoch keine besondere Behandlung wegen der Abgabe von Wärme. Aufgrund der langlebigen Alphastrahler müssen diese Abfälle in tieferen geologischen Formationen zwischen einigen zehner bis hunderten von Metern.

High level waste (HLW): Abfälle dieser Kategorie enthalten eine große Menge kurz- und langlebiger Radionuklide und so hohe radioaktive Konzentrationen, dass sie im Laufe ihres Zerfallsprozesses signifikant Hitze entwickeln. Dazu gehören abgebrannte Brennelemente und Abfälle aus der Wiederaufarbeitung. Die Einteilung letzterer in die Kategorie ILW oder HLW hängt teilweise von den nationalen Behörden ab. Es gibt auch Abfälle anderer Kategorien, die Hitze entwicklen. Die anerkannte Option für die Lagerung dieser Abfälle ist laut IAEA in stabilen, tiefen geologischen Formationen von mehreren hundert Metern oder tiefer.

EU-Kommission

Die Kommission der Europäischen Union unterteilt die radioaktiven Abfälle grundsätzlich in zwei Kategorien, festgelegt in der Empfehlung der Kommission vom 15. September 1999 für ein Klassifizierungssystem für feste radioaktive Abfälle (1999/669/EG, Euratom). [2]

Kategorie 1: Materialien, die einer Entsorgung zugeführt werden können, die nicht der atomrechtlichen Aufsicht unterliegt.

Kategorie 2: Restmaterialien, die nicht für eine weitere Verwendung vorgesehen sind und für die entsprechend ihrer radioaktiven Eigenschaften spezielle Entsorgungsverfahren erforderlich sind.

Die Kategorie 2 wird in der Empfehlung vier Klassen unterteilt. In den Statusberichten zum Umgang mit radioaktiven Abfällen und abgebrannten Brennelementen in den Mitgliedstaaten führt sie die abgebrannten Brennelmente als weitere eigene Kategorie auf. [3]

Radioaktive Abfälle in der Übergangsphase: Radioaktive Abfälle (vorwiegend aus der Medizin), die während der Zwischenlagerung abklingen und die dann, sofern die Freigabegrenzen erreicht werden, einer Entsorgung zugeführt werden können, die nicht der atomrechtlichen Aufsicht unterliegt.

Schwach- und mittelaktive Abfälle (LILW): Bei schwach- und mittelaktiven Abfällen ist die Radionuklidkonzentration so gering, dass die Wärmeentwicklung bei der Endlagerung unkritisch bleibt. Die Werte für eine akzeptable Wärmeentwicklung werden im Anschluss an eine Sicherheitsbewertung standortspezifisch festgelegt. Diese Kategorie wird nochmal unterteilt in:

  • Kurzlebige Abfälle (LILW-SL): In diese Kategorie fallen radioaktive Abfälle mit Nuklid-Halbwertszeiten entsprechend denen von Cs137 und Sr90 oder weniger (etwa 30 Jahre), mit einer begrenzten Konzentration langlebiger Alpha-Radionuklide (Begrenzung langlebiger alpha-strahlender Radionuklide auf 4 000 Bq/g in Einzelgebinden und auf einen Durchschnittswert von 400 Bq/g in der gesamten Abfallmenge.
  • Langlebige Abfälle (LILW-LL): Langlebige Radionuklide und Alpha-Strahler in einer Konzentration, die die Grenzwerte für kurzlebige Abfälle übersteigt.

Hochaktive Abfälle: Abfälle mit einer so hohen Radionuklidkonzentration, dass während der gesamten Zwischen- und Endlagerung von Wärmeentwicklung auszugehen ist. (Der Grenzwert für die Wärmeentwicklung ist standortspezifisch; diese Abfälle fallen vorwiegend bei der Behandlung/Konditionierung abgebrannter Brennstoffe an.)

Mit der Richtlinie 2013/59/Euratom [4] wurden die Freigabewerte der IAEA (10 μSv/Jahr) auch für die EU übernommen.

EU-Mitgliedstaaten

Diese Klassifizierung der Kommission ist für die Mitgliedstaaten nicht bindend. Die Empfehlung der Kommission 1999/669/EG,Euratom [2] gibt einen Überblick über die unterschiedlichen Klassifizierungssysteme in den Mitgiedstaaten. Während sich die Klassifizierungen von IAEA und EU-Kommission im Wesentlichen an den verschiedenen Lageroptionen orientieren, verwenden die Mitgliedstaaten teilweise andere Kriterien wie Zustand (z.B. Belgien: konditioniert, unkonditioniert), Herkunft (z.B. Frankreich: geographische Herkunft und Funktion der Anlagen), Wärmeentwicklung (Deutschland), Halbwertszeit (z.B. Irland), Aktivitätskonzentration oder Oberflächendosisrate (z.B. Ungarn), Radionuklidgehalt (z.B. Polen), andere Eigenschaften (z.B. Rumänien: Brennbarkeit, biologische Abbaubarkeit).

Deutschland

Mitte der 1980er führte die Bundesrepublik Deutschland die Wärmeentwicklung als Leitkriterium für die Einteilung radioaktiver Abfälle ein. „Diese Einteilung resultiert aus dem Planfeststellungsverfahren Schacht Konrad. Die Begrenzung der thermischen Beeinflussung des Wirtsgesteins auf 3 Kelvin am Stoß (Seitenwand des Grubenbaues) war eine der ersten Bedingungen, die für das Endlager Konrad entwickelt wurde. Nach dieser Bedingung sind „nicht wärmeentwickelnde Abfälle“ solche, die nur zu einer kleineren thermischen Belastung führen als in der Bedingung gefordert. „Wärmeentwickelnde Abfälle“ sind dagegen solche, deren Wärmefreisetzung zu einer Nichteinhaltung dieser Bedingung führen würde.“ [5] 

Diese Einteilung sagt nur bedingt etwas über die Wärmeentwicklung der einzelnen Abfälle aus. Entscheidend ist nicht, dass jedes Gebinde das umgebende Wirtsgestein nicht mehr als 3°C erwärmt, sondern die Gesamtheit der Abfälle. Somit ist die Anordnung der Gebinde in einer Einlagerungskammer mitentscheidend.

Quellen

[1] IAEA Safety Standards for protecting people and the environment: Classification of Radioactive Waste, General Safety Guide No. GSG-1, Wien 2009

[2] Empfehlung der Kommission vom 15. September 1999 für ein Klassifizierungssystem für feste radioaktive Abfälle (1999/669/EG, Euratom)

[3] Europäische Kommission: Commission Staff working Paper - Seventh Situation Report Radioactive Waste an Spent Fuel Management in the European Union, SEC (2011) 2007 final

[4] Richtlinie 2013/59/EURATOM des Rates vom 5. Dezember 2013 zur Festlegung grundlegender Sicherheitsnormen für den Schutz vor den Gefahren einer Exposition gegenüber ionisierender Strahlung und zur Aufhebung der Richtlinien 89/618/Euratom, 90/641/Euratom, 96/29/Euratom, 97/43/Euratom und 2003/122/Euratom

[5] Öko-Institut e.V. / Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit mbH: Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle in Deutschland – Anhang Abfälle, Entstehung, Mengen und Eigenschaften von wärmeentwickelnden radioaktiven Abfällen 30.09.2008


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