Strahlung und Endlagerung

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1 Strahlung und Endlagerung Grundsätze Unabhängig von allen festgelegten Grenzwerten gelten beim Strahlenschutz immer die Grundsätze, die Strahlenbelastung insgesamt so niedrig wie möglich zu halten und alle Maßnahmen, die zu einer Strahlenbelastung führen können, dahingehend zu prüfen, ob sie unbedingt notwendig sind. Notwendig ist es auf jeden Fall, radioaktive Abfälle so lange wie möglich von der Biosphäre fernzuhalten. Ein Endlager für radioaktive Abfälle müsste diese so lange sicher verwahren, bis die Radioaktivität weitgehend abgeklungen ist und nur eine geringfügige Belastung von Einzelpersonen zu erwarten ist. Verantwortung für Mensch und Umwelt

2 2 Gefährliche Strahlung Freie Neutronen führen zu besonders schweren Strahlenschäden im Körper und können dortige Substanzen so verändern, dass diese selbst radioaktiv werden. Beim Betrieb von Kernkraftwerken entstehen radioaktive Abfälle. So strahlen die Brennelemente nach ihrem Einsatz im Kernreaktor stärker als vorher. Aber auch Gebrauchsgegenstände und Anlagenteile können kontaminiert sein und gelten als radioaktiver Abfall. Große Mengen bestrahlter Bauteile fallen beim Abriss von Kernkraftwerken an. Ein geringer Teil des Materials stammt aus Forschung und Medizin. Welche gesundheitlichen Gefahren gehen von den radioaktiven Abfällen aus? Schwach- und mittelradioaktive Abfälle sind z. B. kontaminierte Schutzanzüge und Handschuhe, ausgediente Abluftfilter, Rohrleitungen und verunreinigte Baumaterialien. Von den radioaktiven Stoffen in diesen Abfällen geht eine unsichtbare Strahlung aus. Diese sogenannte ionisierende Strahlung kann Zellen im menschlichen Körper schädigen. Sie kann zum Beispiel die DNA verändern und gesunde Zellen in Krebszellen verwandeln. Je stärker die Strahlung, desto wahrscheinlicher wird diese Schädigung. Es gibt verschiedene Arten von Strahlung (1). Gammastrahlung ist ähnlich dem Licht, nur wesentlich energiereicher. Sie durchdringt unterschiedlichste Materialien. Neben der Gammastrahlung tritt beim radioaktiven Zerfall auch Teilchenstrahlung, sogenannte Alpha- und Betastrahlung auf. Die kleinen Teilchen haben teilweise viel Energie, aber eine geringere Reichweite als die Gammastrahlung. Hochradioaktive Abfälle sind vor allem abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken. Ihre Gamma- und Teilchenstrahlung ist vielfach stärker als bei schwach- und mittelradioaktivem Abfall. Die radioaktiven Stoffe in den Brennelementen senden außerdem Neutronenstrahlung (2) aus. Ein Aufenthalt von wenigen Minuten in der Nähe der hochradioaktiven Abfälle kann bereits tödlich wirken. Neben der direkten Strahlung, die von außen auf den Körper einwirkt, besteht die Gefahr einer inneren Strahlenbelastung (3). Radioaktive Stoffe können über die Atemluft oder die Nahrung oder auf sonstigen Wegen in den Körper hineingelangen. Über das Trinkwasser könnte Strontium-90 aufgenommen und in den Knochen eingelagert werden, wo es weiterstrahlt. Besonders schädlich bei der Aufnahme in den Körper sind Alphastrahler wie zum Beispiel Radium-226. Die Alphastrahlen schädigen die Zellen in ihrer Umgebung weitaus stärker als Gamma- oder Betastrahlung. 1 3 Gammastrahlung durchdringt den menschlichen Körper. Betateilchen haben in der Luft eine Reichweite bis zu einigen Metern und können auch die menschliche Haut durchdringen. Alphateilchen werden schon von wenigen Zentimetern Luft gebremst. Gasförmiges, radioaktives Jod kann sich in der Schilddrüse anreichern und dort Gamma- und Betastrahlen freisetzen. Eine länger andauernde innere Strahlenbelastung ist die Folge.

3 Abstand und Abschirmung 4 Von Sekundenbruchteilen bis zu mehreren Milliarden Jahre kann es dauern, bis die radioaktiven Stoffe weitgehend zerfallen sind. 5 Beim Castorbehälter umgibt ein Mantel aus 40 cm Gusseisen die abgebrannten Brennelemente. Wie kann man sich vor diesen Gefahren schützen? Radioaktive Stoffe können nicht unschädlich gemacht werden. Ihre Strahlenintensität nimmt aber berechenbar ab, weil sie nach einem natürlichen Zeitplan (4) zerfallen. Je nach Stoff geschieht das unterschiedlich schnell. Die Abfälle müssen also so lange sicher verwahrt werden, bis die Strahlung auf ein akzeptiertes Maß abgeklungen ist. Vor der Aufnahme radioaktiver Teilchen in den Körper schützt zunächst die Verpackung in Transportbehälter. Damit werden Alpha- und Betastrahlung abgeschirmt, die Gammastrahlung wird je nach Dicke der Behälterwand abgeschwächt. Der einfachste Schutz vor der verbleibenden Strahlung ist ein ausreichender Abstand (6). Zusätzlich kann die Strahlung durch geeignete Abschirmungen gemindert werden. So dringen z. B. Gammastrahlen schlechter durch Beton oder Blei als durch Luft. Selbst für hochradioaktive Abfälle können Abschirmbehälter für den Transport hergestellt werden. Ein Beispiel dafür sind die Castorbehälter (5). Ein Mantel aus 40 cm Gusseisen umgibt die abgebrannten Brennelemente. Weil die Neutronenstrahlung durch Beton oder Gusseisen nur schlecht abgeschirmt wird, müssen die Neutronen erst durch Moderatorstäbe gebremst werden, damit sie von sogenannten Neutronenfängern wie Bor oder Cadmium aufgenommen werden. 6 Mit der Verdopplung des Abstandes zur Strahlenquelle reduziert sich die Intensität auf ein Viertel.

4 Der große Abstand zur Erdoberfläche und die Abschirmung durch die dazwischen liegenden Gesteinsschichten reduzieren die direkte Strahlung. In einem Zeitraum von vielen Jahrtausenden könnten sich radioaktive Stoffe über eindringendes Wasser ausbreiten. Wären eine Million Menschen permanent einer Strahlendosis von 0,1 msv/a ausgesetzt, würden dadurch im statistischen Durchschnitt 5,5 von ihnen pro Jahr zusätzlich an Krebs sterben. Die Phase des Auspressens von radioaktiv verunreinigter Flüssigkeit bis ins Grundwasser ist bei der Asse schwer zu prognostizieren. Transportbehälter können aber keinen Schutz über einen Zeitraum von tausenden Jahren und mehr bieten. Sie werden irgendwann undicht, noch bevor die Strahlung des Inhalts ausreichend abgeklungen ist. Lagert man die Abfälle mehrere hundert Meter unter der Erdoberfläche, wie im Endlager für radioaktive Abfälle Morsleben (7), wird die direkte Strahlung sehr stark reduziert. Es bleibt noch die Gefahr, dass durch geologische Prozesse (8), wie z. B. Rissbildungen im Gestein, Wasser in das Endlager eindringt. Dann können Schadstoffe über diesen Weg doch wieder zur bewohnten Erdoberfläche in die Biosphäre gelangen. Morsleben ist kein neu eingerichtetes Endlager, sondern ein altes Salzbergwerk mit vielen Abbaukammern im Salzgestein. Hohlräume in diesen Kammern wurden aufgefüllt, damit die Grube langfristig stabil und dicht bleibt. Verbindungsstrecken zu den Einlagerungskammern sollen mit Abdichtbauwerken fest verschlossen werden. Im ungünstigsten Fall kann Prognoserechnungen zufolge in mehreren tausend Jahren dennoch Wasser in die Einlagerungskammern eindringen. Radioaktive Stoffe könnten sich nach und nach über das Wasser im Bergwerk ausbreiten und schließlich die Biosphäre erreichen. Über das Grundwasser und die Nahrungsaufnahme kann es dann zu einer inneren Strahlenbelastung der Bevölkerung kommen. Die stärkste Belastung haben die Rechenmodelle in diesem Fall für die Zeit nach Jahren ermittelt. Wie gefährlich wären die radioaktiven Stoffe, die aus dem Endlager in die Umwelt gelangen, dann noch für den Menschen? Im Falle von Morsleben liegt der errechnete Spitzenwert bei 0,003 msv/a (Millisievert pro Jahr) für Einzelpersonen der Bevölkerung. Dieser Wert liegt weit unterhalb des Dosiswertes von 0,1 msv/a, der gegenwärtig als langfristige Sicherheitsanforderung (9) nach der Stilllegung eines Endlagers diskutiert wird. Endlagerung und Langzeitgefahren Was bedeutet eine Dosis von 0,1 msv/a? Sievert ist die Maßeinheit für die auf den menschlichen Körper einwirkende Strahlendosis. Angenommen, eine Million Menschen wären permanent einer Strahlendosis von 0,1 msv/a ausgesetzt, dann würden dadurch im statistischen Durchschnitt 5,5 von ihnen pro Jahr zusätzlich an Krebs sterben. Würde man die Schachtanlage Asse II (10) ähnlich wie Morsleben mit Spezialbeton und Abdichtungen verschließen, kann nicht ausgeschlossen werden, dass der Wert von 0,1 msv/a nach der Stilllegung überschritten wird. Deswegen wird hier die Rückholung der Abfälle geplant. Im Endlager Konrad (11) ist die geologische Situation günstiger als in der Asse oder in Morsleben. Deshalb wurde Konrad als Endlager für radioaktive Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung (das sind schwach- und mittelradioaktive Abfälle) genehmigt und wird derzeit für den Endlagerbetrieb ausgebaut. Hier könnte Tiefenwasser, das sich in der Nähe der Einlagerungsbereiche befindet, erst nach frühestens Jahren an die Oberfläche gelangen. Die Spitzenbelastung liegt den Berechnungen zufolge dann bei maximal 0,06 msv/a. 11 Eine bis zu 400 m dicke Schicht aus Tongesteinen schirmt die Abfälle nach oben hin ab und hält die Einlagerungsbereiche des Endlagers Konrad dicht verschlossen.

5 Transport und Zwischenlagerung Die Belastung durch Direktstrahlung (12+13) beim Transport radioaktiver Abfälle ist gesetzlich begrenzt. Wegen der kurzen Transport- und Aufenthaltszeiten an Fahrzeugen werden die vergleichsweise hohen Werte für die Dosisleistungen akzeptiert. In der Praxis werden diese Grenzwerte deutlich unterschritten. Bei der Zwischenlagerung radioaktiver Abfälle gilt für die direkte und innere Strahlenbelastung (14) der Bevölkerung der allgemeine Grenzwert für kerntechnische Anlagen von insgesamt 1,0 msv/a. Beispiel Konrad: Was bedeutet dieser Wert für die konkrete Gesundheitsgefahr? Angenommen, Personen würden sich ein Jahr lang direkt am Zaun der zukünftigen Umladehalle aufhalten und der zulässige Grenzwert von 1,0 msv/a würde dabei voll ausgeschöpft. In diesem unrealistischen Fall würde statistisch gesehen eine Person durch diese Strahlenbelastung zusätzlich an Krebs sterben. Tatsächlich würde sich wohl niemand ununterbrochen dort aufhalten und selbst dann würden 1,0 msv/a sicher unterschritten. Beispiel Asse: Für die Rückholung der radioaktiven Abfälle aus dem Endlager Asse II gibt es vergleichbare Modellrechnungen. Die Belastungen für die Bevölkerung durch Transport und Zwischenlagerung lägen danach im Einzelfall bei maximal 0,4 msv/a An der Oberfläche des Transportbehälters darf die sogenannte Dosisleistung 2,0 msv/h nicht überschreiten. 13 In zwei Meter Abstand vom Transportfahrzeug darf der Wert maximal 0,1 msv/h betragen. Umgerechnet auf den Jahreswert wären das 876 msv/a. Impressum Bundesamt für Strahlenschutz Öffentlichkeitsarbeit Postfach Salzgitter Telefon: +49 (0) Telefax: +49 (0) Internet: Angenommen, Personen würden sich ein Jahr lang direkt am Zaun der zukünftigen Umladehalle des Endlagers Konrad aufhalten und tatsächlich mit 1,0 msv belastet werden, so würde dadurch zusätzlich eine Person an Krebs sterben. Gestaltung: Quermedia GmbH Bildrechte: BfS Druck: Bonifatius GmbH Stand: April 2013

6 Grenzwerte Auch geringe Belastungen unterhalb der festgelegten Grenzwerte sind nicht ungefährlich und sie erhöhen die bereits vorhandene Gefährdung durch die natürliche Strahlenbelastung. Diese liegt in Deutschland im Durchschnitt bei 2,1 msv/a. In bestimmten Gebieten, wie dem Nordrand der Alpen und dem Erzgebirge, ist sie durch Radon (15) besonders hoch. Auch medizinische Untersuchungen (16) tragen heute zu einem erheblichen Teil zur Strahlenbelastung der Bevölkerung bei. Die durchschnittliche Strahlenbelastung pro Einwohner erhöht sich dadurch um 2,0 msv/a auf 4,1 msv/a. Deswegen muss bei allen Röntgenuntersuchungen der medizinische Nutzen gegen ein zusätzliches Gesundheitsrisiko abgewogen werden. Weil im Strahlenschutz davon ausgegangen wird, dass jede Strahlendosis gesundheitsgefährdend ist, treffen auch Grenzwerte lediglich eine Aussage darüber, welches Risiko die Gesellschaft für einen bestimmten Nutzen in Kauf nimmt. So ist der Grenzwert für die Belastung der Bevölkerung durch kerntechnische Anlagen gesetzlich auf 1,0 msv/a festgelegt. Für strahlenexponierte Personen (17) wie Mitarbeiter kerntechnischer Anlagen gelten 20,0 msv/a als gesetzlicher Grenzwert. Sie tragen somit ein höheres berufliches Gesundheitsrisiko. Welche Strahlenbelastungen sind bei der Rückholung der radioaktiven Abfälle aus dem Endlager Asse II zu erwarten? Studien haben für alle notwendigen Arbeitsvorgänge die möglichen Belastungen für die Mitarbeiter errechnet. Rechnet man alle diese Arbeitsschritte und Zeiten zusammen, ergibt sich eine sogenannte Kollektivdosis (18) von 889 msv. Diese hohe Gesamtbelastung muss auf viele einzelne Arbeiter und Einsatzzeiten verteilt werden. In besonders kritischen Bereichen sind darum z. B. nur sehr kurze individuelle Arbeitseinsätze möglich Das aus dem Erdboden austretende radioaktive Gas Radon gelangt durch schlecht abgedichtete Gebäudekeller in Häuser, kann sich in der Atemluft anreichern und ist statistisch für Lungenkrebstote pro Jahr in Deutschland verantwortlich. Einzelne Untersuchungen, wie z. B. eine Computertomographie des Bauchraumes, verursachen eine Strahlendosis von bis zu 25 msv und können daher langfristig Auslöser für eine Krebserkrankung sein Auch Flugpersonal gehört aufgrund der kosmischen Strahlung zu den strahlenexponierten Berufsgruppen. Die hohe Gesamtbelastung bei der Rückholung der radioaktiven Abfälle aus dem Endlager Asse II muss auf viele einzelne Arbeiter und Einsatzzeiten verteilt werden.

7 Strahlenschutzbereich Wie in allen kerntechnischen Anlagen tragen Beschäftigte von Endlagerbergwerken Dosimeter am Körper. Damit wird eine Belastung durch Direktstrahlung permanent überwacht und auch die jährlich erhaltene Dosis erfasst. In festgelegten Strahlenschutzbereichen sind bestimmte Verhaltensregeln (19) einzuhalten. Eine innere Strahlenbelastung wird durch verschiedene Vorsichtsmaßnahmen weitgehend vermieden. So ist die Aufnahme von Nahrungsmitteln im Kontrollbereich nicht zugelassen. Die Atemluft unter Tage wird kontinuierlich überwacht. Um beim Verlassen des Kontrollbereichs eine mögliche Verschleppung von radioaktiven Partikeln in die Umwelt auszuschließen, muss das Personal die Arbeitskleidung ablegen, bei Bedarf duschen und im sogenannten Körperkontrollschrank eine Messung durchführen. Ziel aller Strahlenschutzmaßnahmen ist es, den gesetzlich festgelegten Grenzwert für Mitarbeiter nicht nur einzuhalten, sondern möglichst weit zu unterschreiten. Über Tage gelangen geringe Mengen gasförmiger radioaktiver Stoffe wie Tritium, Radon-222 oder Kohlenstoff-14 mit der Abluft in die Biosphäre. Ihre Konzentration wird durch Messungen überwacht. 19 Müssen Abfallbehälter bewegt werden, so werden - wenn möglich - abgeschirmte oder ferngesteuerte Geräte eingesetzt.