Nuklearer Abfall ist der radioaktive Abfall, der von Kernreaktoren produziert wird oder bei Forschungsprojekten, medizinischen Anwendungen und der Herstellung von Atomwaffen übrig bleibt. Die Klassifizierungsmethoden können von Land zu Land etwas variieren, aber zwei Kategorien – hochaktive Abfälle (HLW) und schwachaktive Abfälle (LLW) – werden im Allgemeinen basierend auf Radioaktivität, Quelle und Halbwertszeit anerkannt. Diese Materialien sind potenziell gefährlich, da sie ionisierende Strahlung aussenden, die Zellen schädigen oder abtöten, Mutationen und Geburtsfehler erzeugen und Krebs verursachen kann. Der Grad des Risikos hängt von der Höhe und Art der Radioaktivität ab, wobei einige Materialien in roher Form sehr gefährlich sind und andere unter den meisten Umständen eine geringe Bedrohung darstellen. Die sichere Entsorgung von Atommüll ist ein anhaltendes und umstrittenes Thema.
Typen und Quellen
Bei hochradioaktiven Abfällen handelt es sich hauptsächlich um abgebrannte Brennstäbe aus Kernreaktoren. Diese Kraftwerke sind auf Kernspaltung angewiesen, um Wärme zu erzeugen, und der Brennstoff wird zu Stäben verarbeitet, die zur Steuerung des Prozesses in den Reaktorkern hinein und aus ihm heraus bewegt werden können. Nach einiger Zeit nimmt die Spaltungsrate in einer Rute bis zu dem Punkt ab, an dem sie nicht mehr effizient ist, und die Rute wird entfernt. Die entfernten Stäbe werden als abgebrannte Brennstäbe bezeichnet und sind hochradioaktiv und enthalten eine Reihe von Spaltprodukten – radioaktive Elemente, die durch den Spaltungsprozess entstehen. Diese Elemente zerfallen unterschiedlich schnell, und im Laufe der Zeit werden die Stäbchen weniger radioaktiv, bleiben aber für viele Jahrtausende potenziell gefährlich.
In den USA umfasst der schwachaktive Abfall im Wesentlichen alles, was nicht in die Kategorie des hochaktiven Abfalls fällt. Es stammt aus den unterschiedlichsten Quellen. Es besteht aus Materialien, die mit radioaktiven Stoffen in Kontakt gekommen sind oder durch die Einwirkung bestimmter Strahlenformen selbst radioaktiv geworden sind, sowie aus geringen Mengen von Radioisotopen aus Forschungseinrichtungen und Krankenhäusern. Beispiele sind Schutzkleidung, die von Mitarbeitern getragen wird, die mit radioaktiven Stoffen arbeiten, sowie Spritzen und Nadeln zur Injektion von Radioisotopen für medizinische Zwecke. Es bleibt typischerweise für einige zehn bis einige hundert Jahre potenziell gefährlich.
In einigen Ländern gibt es eine Zwischenkategorie von Abfällen. Dies ist in den USA nicht anerkannt, wird aber in Europa verwendet und umfasst ausrangierte Teile von Kernreaktoren, die mit Kernbrennstoff in Kontakt gekommen sind, sowie Materialien, die bei der Stilllegung von Reaktoren anfallen. Eine weitere Kategorie sind „Mill Tailings“, die Überbleibsel bei der Gewinnung von Uran aus seinem Erz sind. Diese sind nur schwach radioaktiv und werden in der Regel eher als chemische denn als radiologische Gefahr angesehen, da sie oft giftige Schwermetalle enthalten.
Verfügung
Hochaktive Abfälle werden in Kernkraftwerken in der Regel vor Ort gelagert, bis eine geeignete Deponie zur Verfügung steht. Während dieser anfänglichen Lagerzeit wird es mindestens 20 Meter unter Wasser gehalten, das die Strahlung absorbiert. Die bevorzugte Option für die Langzeitlagerung ist tief unter der Erde, wobei das radioaktive Material in Glas eingeschlossen und sorgfältig überwacht wird. Die Suche nach einer geeigneten Deponie ist jedoch problematisch, da Pläne, hochradioaktiven Abfall an einem bestimmten Ort zu lagern, auf heftigen Widerstand stoßen. Abgebrannte Brennstäbe können auch oberirdisch in großen Metall- und Betonbehältern gelagert werden.
Eine weitere Option für abgebrannte Brennstäbe ist die Wiederaufarbeitung. Nachdem ein Kernbrennstoffbündel aus einem Reaktor entnommen wurde, enthält es noch den größten Teil seines ursprünglichen Urans, jedoch vermischt mit hochradioaktiven Spaltprodukten. Dieser radioaktive Cocktail kann durch einen Prozess namens nukleare Wiederaufarbeitung abgetrennt werden, der die Elemente in den abgebrannten Brennelementen sortiert und die Rückgewinnung und Wiederverwendung von nützlichem Brennstoff ermöglicht. Dieser Prozess hinterlässt noch einige hochradioaktive Abfälle, die entsorgt werden müssen, aber die Menge ist sehr viel geringer. In den USA wird seit 2013 keine Aufbereitung mehr praktiziert, sondern in Großbritannien und Frankreich.
Die Lagerung von schwachradioaktiven Abfällen erfolgt in speziellen Behältern, die ggf. eine dem Grad und Art der Radioaktivität entsprechende Abschirmung aufweisen. Stoffe, die Alphastrahlung aussenden, bedürfen keiner Abschirmung, da sie nur beim Verschlucken oder Einatmen gefährlich sind. Gammastrahlung und Neutronenemitter erfordern jedoch eine erhebliche Abschirmung. Wie bei hochaktiven Abfällen werden die Materialien unter der Erde vergraben, aber normalerweise relativ nahe der Oberfläche.
Das Risiko von Atommüll
Atommüll ist potenziell gefährlich, weil er Strahlungsarten aussendet, die genug Energie haben, um Atome zu ionisieren, was bedeutet, dass die Atome beispielsweise durch die Entfernung von Elektronen elektrisch aufgeladen werden. Im menschlichen Körper können diese geladenen Atome mit anderen Atomen interagieren und chemische Veränderungen in Zellen und in der DNA verursachen. Hohe Konzentrationen ionisierender Strahlung töten Zellen und können unmittelbar lebensbedrohliche Auswirkungen haben, während niedrigere Werte genetische Schäden und Krebs verursachen können. Zum Vergleich: Atommüll ist aber nicht unbedingt gefährlicher als chemische Gifte, die in viel größeren Mengen produziert werden. Es wurde geschätzt, dass die öffentliche Exposition gegenüber krebserregenden Stoffen aus Kohlekraftwerken aufgrund von Chemikalien und natürlichen radioaktiven Elementen, die bei der Verbrennung von Kohle in die Atmosphäre freigesetzt werden, viel höher ist als durch Atommüll.