Kristalline Medien zur Entsorgung von HAA: Lehren aus der Natur

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Kajetan Schmitz
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Kristalline Medien zur Entsorgung von HAA: Lehren aus der Natur Prof. Dr.

Science & Technology Organisation Argonne National Laboratory, USA Pacific

University, Japan Nagoya University, Japan Cambridge Center for Ceramic

1 Kristalline Medien zur Entsorgung von HAA: Lehren aus der Natur Prof. Dr. Reto Gieré Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften Australian Nuclear Science & Technology Organisation Argonne National Laboratory, USA Pacific Northwest National Laboratory, USA Natural History Museum London, UK Hiroshima University, Japan Nagoya University, Japan Cambridge Center for Ceramic Immobilisation, UK SIA Radon, Moscow, Russia Institute of Geology of Ore Deposits, Moscow, Russia 2 1

2 Zeitachse -1 Mio -100,000-10, heute , , Mio 3 Tiefenlager für HAA

3 Glas oder Keramik? 5 Glas oder Keramik? 3

4 7 Zirkonolit 100 µm Chukanov et al. (2014) 4

5 Zirkonolit Ca Zr Ti 2 O 7 Pyrochlor, Mozambique 1 cm 440 Ma 10 5

(z.b. 239 Pu) 800 700 600 500 400 300 200 100 Spaltprodukte

6 Pyrochlor, Mozambique Ca 440 Ma U 200 µm Gieré et al. (2001) 11 Radioaktiver Zerfall Häufigkeit Aktinide (z.b. 239 Pu) Spaltprodukte (z.b. 137 Cs) Zeit (y) 12 6

7 Radioaktiver Zerfall 238 U 206 Pb + 8 α + 6 β - + E 235 U 207 Pb + 7 α + 4 β - + E 232 Th 208 Pb + 6 α + 4 β - + E Dosis (α/mg) D = 8N 238 e t! 238!1 ( ) + 7N 235 e t! 235 (!1 ) + 6N 232 e t! 232 (!1 ) 13 α- Zerfall 14 7

8 α- Zerfall α-spur (fission track) Reichweite: µm 15 α- Zerfall 50 µm 16 8

α- Zerfall α-rückstoss-spur Reichweite: 10-20 nm

9 α- Zerfall α-rückstoss-spur Reichweite: nm α-spur (fission track) Reichweite: µm 17 Zirkonolit Bergell (Italien) 32 Ma 0.06x10 16 α/mg 10 nm Stavern (Norwegen) 300 Ma 0.3x10 16 α/mg nm 9

10 Fergusonit, Italien 40 Ma 50 µm Gieré et al. (2009) 19 Pyrochlor, Italien 20 µm 40 Ma 20 10

11 10 18 amorph Dosis (α/mg) Pyrochlor Zirkonolit Zirkon Lumpkin et al. (2014) t (y) Brennstäbe Uraninit (UO 2 ) 5 cm Photo: J. Scovil Spaltprodukte (z.b. 137 Cs) 22 11

12 Tiefenlager für HAA 23 Cigar Lake, Canada Alterierter Sandstein Sandstein 100 m Qtz Regolith Kristallin Lagerstätte (~1.5 Ga), eingebettet in Tone Gauthier-Lafaye et al. (2004) 24 12

13 Oklo, Gabon Schw arzs Sandstein chie fer Tone Reaktor (2 Ga) 5m Gauthier-Lafaye et al. (1989) Konglomerat Sandstein 25 Tongesteine 26 13

14 Salz National Geographic Society (February 2007) 27 14

15 Karbonate Gips/Anhydrit Steinsalz Bittersalze 29 Salzstock Gorleben NW SE Tertiär Quartär Hutgestein Hauptsalz Erkundungssohle 200 m BMU (2010) Hauptanhydrit Kaliflöz Strassfurt 30 15

16 Salzstöcke Erdoberfläche Salz 31 1 km 32 NASA (Visible Earth) 16

17 NASA (Visible Earth) 5 km 33 1m 34 17

18 Untersuchungswürdige Wirtsgesteine Tone Salz 35 BGR (2007) Lösung des Problems Lehren aus der Natur Materialien für HLW Technische Barrieren Wirtsgesteine Zeitachse Herausforderungen Bevölkerung Atomsemiotik Politik 36 18

37 Zitierte Literatur BGR (2007) Endlagerung radioaktiver Abfälle in Deutschland: Untersuchungen und Bewertung von Regionen mit potenziell geeigneten Wirtsgesteinsformationen.

Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und Bundesamt für Strahlenschutz (www.bmu.de) Gauthier-Lafaye F., Weber F., Ohmoto H. (1989) Natural Fission Reactors of Oklo.

: Energy, Waste and the Environment: A Geochemical Perspective. Geological Society, London, Special Publications 236, 123-134 Gieré R., Buck E.C., Guggenheim R., Mathys D., Reusser E., Marques J.

19 37 Zitierte Literatur BGR (2007) Endlagerung radioaktiver Abfälle in Deutschland: Untersuchungen und Bewertung von Regionen mit potenziell geeigneten Wirtsgesteinsformationen. Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, Hannover BMU (2010) Weitererkundung des Salzstocks Gorleben - Broschüre zur Öffentlichkeitsarbeit. Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit und Bundesamt für Strahlenschutz ( Gauthier-Lafaye F., Weber F., Ohmoto H. (1989) Natural Fission Reactors of Oklo. Economic Geology 84, Gauthier-Lafaye F., Stille P., Bros R. (2004) Special Cases of Natural Analogues: The Gabon and Cigar Lake U ore deposits. In: Gieré R. & Stille P.: Energy, Waste and the Environment: A Geochemical Perspective. Geological Society, London, Special Publications 236, Gieré R., Buck E.C., Guggenheim R., Mathys D., Reusser E., Marques J. (2001): Alteration of uranium-rich microlite. Materials Research Society, Symposium Proceedings 663, Gieré R., Williams C.T., Wirth R., Ruschel K. (2009) Metamict Fergusonite-(Y) in a spessartine-bearing granitic pegmatite from Adamello, Italy. Chemical Geology 261, Lumpkin G.R., Gao Y., Gieré R., Williams C.T., Mariano A.N., Geisler T. (2014): The role of Th-U minerals in assessing the performance of nuclear waste forms. Mineralogical Magazine, 78,

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