Herkunft radioaktiver Abfälle

Radioaktive Abfälle entstehen bei einer Vielzahl von Aktivitäten, beim Uranabbau, der Uranverarbeitung, durch die Nutzung der Atomenergie, die Behandlung des Atommülls und in Forschungseinrichtungen. Darüber hinaus werden radioaktive Stoffe und Strahler in der Medizin, der Industrie, im Unterricht und bei der Bundeswehr eingesetzt. Aber auch die konventionelle Rohstoffindustrie und die Konsumgüterindustrie verursachen radioaktive Abfälle.

Uranabbau und -verarbeitung

„Uran ist ein radioaktiver Stoff, der natürlicherweise in der Erdkruste vorhanden ist. In einigen Bereichen auf der Erde tritt das Uran konzentrierter auf, dort wird es als Erz in Bergwerken abgebaut und das Erz zu Uranoxid (Yellow Cake) aufbereitet. Der beim Abbau entstehende Abraum und die bei der Aufbereitung anfallenden Schlämme sind die ersten anfallenden Atommüllarten.

Das in Abraum und Schlämmen verbleibende Resturan und beim Abbau frei werdende andere Substanzen und Gase sind für Menschen gefährlicher als wenn sie in der Erdkruste fest gebunden geblieben wären. Die Radionuklidkonzentration in diesen Abfällen ist zwar relativ gering, durch die großen Massen von einigen hunderttausend Tonnen (bzw. Megagramm), die an den entsprechenden Standorten anfallen, wird aber doch ein hohes Radioaktivitätsinventar zugänglich gemacht. Der Abraum türmt sich zu riesigen Bergen auf der Erdoberfläche. Beim Umgang mit dem Abraum sowie durch Erosion bei der Lagerung wird Staub verursacht, den Menschen einatmen. Die Schlämme werden in riesige Becken gepumpt und dort dauerhaft abgelagert. Von dort kann Uran ins Grundwasser gelangen" [1]

Uranabbaugebiete: Weltweit größter Uranproduzent ist Kasachstan mit 23.800 t in 2015, gefolgt von Kanada mit 13.325 t, Australien mit 5.672 t, Niger mit 4.116 t und Russland mit 3.550 t. Weitere Herkunftsländer sind: Namibia, Usbekistan, China, USA, Ukraine, Süd-Afrika, Indien, Pakistan und Brasilien. In der Europäischen Union wird Uran in Tschechien (155 t) und in Rumänien (77 t) gefördert und in Frankreich fallen noch 2 t aus der Stilllegung der alten Minen an. [2]

Auf dem Gebiet der Bundesrepublik Deutschland fallen vor allem die Abfälle aus der Uranproduktion der ehemaligen SDAG Wismut in Sachsen und Thüringen ins Gewicht: ca. 3.700 ha radioaktiv kontaminierte Halden, Absetzanlagen und Betriebsflächen, über 300 Mio. m³ Bergmaterial auf ca. 48 Halden abgelagert, 160 Mio. m³ Schlämme mit radioaktivem Material und anderen Schadstoffen sowie die Altlasten von ca. 1.900 Altstandorten. Dazu kommt in Baden-Württemberg die Halde Krunkelbach aus der Uranförderung in Menzenschwand und Haldenablagerungen im Müllenbach- und Sauersboschtal, in Rheinland-Pfalz die Abfälle aus der Uranerzaufbereitungsanlage in Ellweiler und in Bayern mehrere Halden in Oberfranken und der Oberpfalz.

Urananreicherung und Brennelementfertigung

„Aus dem aufbereiteten Uranoxid werden in mehreren Bearbeitungsstufen (Konversion, Anreicherung, Kalzinierung) in verschiedenen Anlagen aus dem Uran die Brennelemente zum Einsatz in den Atomkraftwerken fabriziert. [...] In ihnen fallen neben dem weiter verwendeten angereicherten Uran große Mengen abgereichertes Uran an. Dieses Uran wird in der chemischen Verbindung Uranhexafluorid (UF6) gelagert, die nicht nur radioaktiv, sondern auch sehr giftig ist. Durch seine Eigenschaften kann UF6 im Falle einer Freisetzung in der näheren Umgebung katastrophale Folgen verursachen.

Uranverarbeitungsanlagen: Urananreicherungsanlagen gibt es in Russland (15.000 UTA/Jahr), bei den drei Standorten der Fa. Urenco in den Niederlanden (5.400 UTA/Jahr), Großbritannien (4.900 UTA/Jahr) und Deutschland (4.500 UTA/Jahr), in den USA (3.700 UTA/Jahr), in Frankreich (2.800 UTA/Jahr), in China (1.900 UTA/Jahr), in Japan (1.150 UTA/Jahr), in Pakistan (5 UTA/Jahr) und in Indien (4,5 UTA/Jahr). [3]

Konversionsanlagen gibt es in Russland, den USA, Frankreich, Kanada, Großbritannien, China, Iran und Brasilien.

Die Fertigung von Brennelementen unterschiedlichen Typs findet in USA, Russland, Kasachstan, Japan, Frankreich, Belgien, Deutschland, Schweden, Südkorea, China, Spanien, Großbritannien, Brasilien, Indien, Rumänien, Argentinien, Iran und Pakistan statt. In jeder dieser Anlagen fallen uranhaltige Abfälle an.

Verbleib der Abfälle: Von der Urananreicherungsanlage in Gronau wurden zwischen 1996 und 2008 über 27.300 t abgereichertes Uran in Form von UF6 als „Wertstoff“ nach Russland transportiert. Am 09.03.2009 verkündete der russische Atomkonzern Rosatom, dass die Verarbeitung von abgereichertem Uran aus dem Ausland 2011 eingestellt werden würde. Etwa 90% des Gronauer Urans lagern dort in rostenden Fässern im Freien. 2019 wurden trotz aller Proteste auch in Russland die Transporte von Uranhexafluorid nach Rüssland wieder aufgenommen. URENCO wil 6.000 t UF6 nach Russland bringen. Von allen bisherigen Lieferungen gab es trotz Deklaration als Wertstoff keine Rücklieferungen. [4]

Die Abfälle aus der Brennelementfertigung bei der Advanced Nuclear Fuels GmbH in Lingen verbleiben im Zwischenlager auf dem Gelände. Die Hanauer Brennelementfabriken ALKEM, NUKEM, Siemens RBU und HOBEG sowie die Siemens RBU in Karlstein sind zurückgebaut. Die Abfälle wurden dekontaminiert und aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entassen, bzw. nach ASSE II und Morsleben bzw. in das Zwischenlager der NCS in Hanau verbracht.

Betrieb von Atomkraftwerken

„Beim Einsatz des Urans als Kernbrennstoff im Reaktor eines Atomkraftwerkes finden durch Spaltung von Atomkernen und Teilcheneinfang verschiedene Prozesse der Kernumwandlung statt, bei denen Atomkerne bestimmter chemischer Elemente (Radionuklide) produziert werden, die radioaktiv sind. Ein Teil der Radionuklide wird durch die Kernspaltung direkt verursacht, die sogenannten Spaltprodukte. Diese bilden sich in großer Zahl in den Brennelementen. Die Brennelemente sind nach einer gewissen Einsatzzeit im Reaktor und der damit verbundenen Bestrahlung „verbraucht“. Sofern sie nicht wiederaufgearbeitet werden müssen sie als radioaktiver Abfall behandelt werden. Es handelt sich um die gefährlichsten der durch die Atomenergienutzung entstehenden Abfälle.

Infolge der Kernspaltung und der dabei auftretenden Direktstrahlung werden im Atomkraftwerk durch Kontamination (Verunreinigung von Flüssigkeiten oder festen Oberflächen mit radioaktiven Stoffen) und Aktivierung (Umwandlung von Atomkernen in festen Stoffen) sowie durch Kontaminationen bei Kontroll- und Instandhaltungsarbeiten weitere Arten radioaktiver Abfälle produziert. Radioaktive flüssige Abfälle sind zum Beispiel Öle, Schlämme, Verdampferkonzentrate (Kühlwasserverunreinigung), Ionentauscherharze (Kühlkreislaufreinigung) und Filterhilfsmittel. Zu den anfallenden festen radioaktiven Abfällen gehören Metallteile, Isoliermaterial, Papier, Kunststoffe, Textilien, Werkzeuge, Bauschutt und Strukturteile.

Wieviel Abfälle produziert werden hängt vom Reaktortyp und vom Alter des Reaktors ab. In den neueren Reaktoren in der Bundesrepublik Deutschland fallen zum Beispiel jährlich durchschnittlich pro Reaktor und Jahr etwa 50 m³ konditionierte Abfälle an. In Deutschland werden wegen des Kostendrucks und den existierenden Sicherheitsanforderungen relativ effiziente Konditionierungsmethoden eingesetzt. Das ist in vielen anderen Staaten nicht der Fall. Deshalb sind die Atommüllvolumina in anderen EU-Mitgliedsstaaten zum Teil erheblich größer. In Frankreich betragen sie zum Beispiel etwa 78 m³ und in anderen Ländern noch mehr. In den genannten Volumina sind die bei größeren Reparatur- oder Nachrüstmaßnahmen anfallenden Abfälle nicht enthalten.“ [1]

Verbleib der Abfälle: Derzeit werden in 32 von 193 Staaten weltweit insgesamt 442 Atomkraftwerke betrieben (Stand 27.11.2021), darunter in 14 von 28 Mitgliedstaaten der Europäischen Union. In Deutschland wurden insgesamt 36 Atomkraftwerke betrieben, davon sind 6 in Betrieb, 2 in der Nachbetriebsphase, 2 im „sicheren Einschluss“, 23 im Rückbau und 3 bereits zurückgebaut. [5] Die abgebrannten Brennelemente aus Deutschland wurden entweder zur Wiederaufarbeitung gebracht oder werden im ZLN Lubmin, im Transportbehälterlager (TBL) Ahaus, im TBL Gorleben oder den AKW-Standorten zwischengelagert. Acht Brennelemente aus dem AKW Gundremmingen A wurden zur dauerhaften Lagerung nach Schweden exportiert. Die Brennelemente aus den Hochtemperaturreaktoren AVR Jülich und THTR Hamm-Uentrop lagern derzeit im Brennelementelager Jülich und dem TBL Ahaus. Derzeit wird gegen den Protest der Initiativen und einen Beschluss der Kommission Lagerung hoch radioaktiver Abfälle der Export dieser Brennelemente in die USA zum dauerhaften Verbleib vorbereitet.

Die Betriebsabfälle werden dekontaminiert und aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entlassen, bzw. wurden in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben gebracht oder werden in den zentralen Zwischenlagern in Mitterteich, Gorleben und Ahaus und an den Standorten zwischengelagert.

Wiederaufarbeitung

„Die Brennelemente werden dabei zerlegt, zerschnitten und in Säure gelöst. Aus der Lösung werden Uran und das im Reaktor entstandene Plutonium abgetrennt und zur eventuellen oder tatsächlichen Weiterverwendung zwischengelagert. Die verbleibende Lösung enthält die durch die Kernspaltung im Reaktor entstandenen radioaktiven Spaltprodukte und die durch Teilcheneinfang im Reaktor entstandenen sehr langlebigen Radionuklide (z.B. Curium, Neptunium), aber auch Reste von Uran und Plutonium. Sie ist hochradioaktiv (HAW). In einem Schmelzofen wird sie mit anderen Stoffkomponenten zu einer Glasschmelze vermischt, in Stahlkokillen abgegossen und abgekühlt. Die so entstandenen HAW-Kokillen werden dann in einem Lager am Standort der Wiederaufarbeitungsanlage oder in einer Lagerhalle des AKW-Betreibers aus dem die Brennelemente gekommen sind, zwischengelagert. Das Gefahrenpotenzial der HAW-Kokillen ist mit dem der bestrahlten Brennelemente vergleichbar.

Neben diesen hochradioaktiven Abfällen entstehen noch die Abfallarten der zerschnittenen Hülsen und Strukturteile der Brennelemente, der Schlämme aus Rückständen in sowie der Flüssigkeiten aus der Reinigung von Komponenten, die betrieblich anfallenden festen Abfälle und die kontaminierten Komponenten und Rohrleitungssysteme.

Die entstandenen Abfallarten werden an den Standorten der Wiederaufarbeitungsanlagen in unterschiedlicher Art und Weise konditioniert und zwischengelagert. Abfälle, die durch die Wiederaufarbeitung bestrahlter Brennelemente aus ausländischen Atomkraftwerken verursacht wurden, werden entweder in der konditionierten Form oder in äquivalenten Mengen hochradioaktiver Abfälle (Anm.: „Curie Swap“) nach einem gewissen Zeitraum in den jeweiligen Herkunftsstaat zur weiteren Zwischenlagerung gebracht.“ [1]

Brennelemente aus Deutschland: Wiederaufarbeitungsanlagen werden in Russland, den USA, Frankreich, Großbritannien, Japan, Indien und Norkorea betrieben. Die Wiederaufarbeitungsanlagen in Mol (Belgien) und Karlsruhe (Deutschland) sind stillgelegt. Die abgebrannten Brennelemente aus den deutschen Atomkraftwerken wurden nach Karlsruhe, Frankreich, Großbritannien, Russland und Belgien zur Wiederaufarbeitung gebracht.

Im TBL Gorleben lagern 108 Behälter mit hochradioaktiven Glaskokillen.

Aus Großbritannien müssen noch 21 Behälter mit hochradioaktiven Kokillen (inklusive der Äquivalenzmenge für die Betriebsabfälle) und aus Frankreich 5 Behälter mit mittleradioaktiven Kokillen zurückgeführt werden. Erstere sollen laut Konzept des Bundesumweltministeriums in den Standort-Zwischenlagern (SZL) Bibilis, Brokdorf und Isar (je 7) gelagert werden, letztere im SZL Philippsburg. [6] Dafür sollen die Genehmigungsverfahren für die Ausweitung der Lagerung in den SZL beschleunigt durchgeführt werden, ohne Konsequenzen aus dem Urteil zum SZL Brunsbüttel zu ziehen. Darüber hinaus müssen verarbeitete Hülsen und Endstücke der Brennelemente sowie radioaktive Abfälle aus der Betriebsabwasseraufbereitung aus La Hague zurückgeführt werden (hochdruckkompaktierte radioaktive Abfälle in Behältern TGC27). Hierfür ist die Lagerung im TBL Ahaus beantragt. Für alle weiteren Betriebsabfälle aus La Hague wurde ebenfalls ein „Curie Swap“ durchgeführt. [7]

Stilllegung und Abriss von Atomkraftwerken

Bei der Stilllegung von Atomkraftwerken (und anderen Atomanlagen) fallen große Mengen radioaktiver Abfälle an. Die Anlagen werden entweder direkt zurückgebaut (Dauer ca. 15 Jahre) oder versiegelt und nach 30 bis 60 Jahren zurückgebaut. Pro Reaktor fallen je nach Art und Größe zwischen 160.000 und 250.000 t radioaktive Abfälle an.

Die Kerneinbauten, der Reaktordruckbehälter, das Biologische Schild (Betonabschirmung um den Reaktordruckbehälter), der Betonriegel zur Abschirmung des Reaktorraumes, Gestelle im ehemaligen Brennelementlagerbecken, Dampferzeuger und Teile des Primärkreislaufes sind durch die Neutronenstrahlung aktiviert und können nicht dekontaminiert werden. Des weiteren fallen mittelradioaktive Abfälle wie Verdampferkonzentrate und Ionenaustauscher an. Den großen Volumenanteil bilden geringer kontaminierte Betonstrukturen, Metallteile, Papier, Kunstoff, Textilien, Öle, Schlämme, etc.

In Deutschland wird seit der Neuregelung der Strahlenschutzverordnung 2001 höchstes Augenmerk darauf gerichtet, die anfallenden Abfälle soweit zu behandeln, dass das Volumen der als radioaktive Abfälle zu behandelnden Reststoffe so gering wie möglich ist. Denn bisher werden die Kosten für die spätere „Endlagerung“ nach Volumen berechnet (Schacht KONRAD 25.000.- €/m³). Die Abfälle werden dekontaminiert und konditioniert. Nur eine geringe Menge wird weiter als radioaktiver Abfall behandelt, große Mengen werden freigegeben, d.h. aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entlassen. Diese Abfälle werden entweder wiederverwertet (z.B. Straßenbau, Schrottrecycling) oder auf Mülldeponien gelagert.

Beispiel für die Mengen der anfallenden Abfälle aus dem Rückbau des AKW Esenshamm (Unterweser): [8]

Gesamtmenge 681.000 t
davon 193.000 t aus dem Kontrollbereich
davon sollen 188.800 t freigegeben werden (97,8 %)
4.200 t werden als radioaktive Abfälle gelagert (2,2 %)

Lagerung der Abrissabfälle: In Deutschland wurden insgesamt 36 Atomkraftwerke betrieben, davon sind 8 in Betrieb, 9 in der Nachbetriebsphase, 2 im „sicheren Einschluss“, 14 im Rückbau und 3 bereits zurückgebaut. [5] Die Abrissabfälle wurden in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben und in die zentralen Zwischenlager Gorleben, Ahaus, Mitterteich und Lubmin verbracht. Im Zuge der Stilllegungsverfahren nach der Änderung des Atomgesetzes 2011 sind die Betreiber dazu übergegangen, Lagerkapazitäten für die Abrissabfälle innerhalb bestehender Strukturen auf dem Kraftwerksgelände oder in neu zu errichtenden Abfalllagern an den jeweiligen Kraftwerksstandorten zu beantragen.

Forschungsreaktoren

Forschungsreaktoren dienen nicht der Stromerzeugung sondern der Erzeugung von Neutronen für Forschungszwecke und für Materialtests bzw. der Isotopenproduktion für die Medizin und Technik. Es wird nicht die Wärmeenergie sondern die Neutronenstrahlung genutzt.

Forschungsreaktoren sind kleine Reaktoren bei denen eine geringere Menge radioaktiver Abfälle anfällt.

Forschungsreaktoren in Deutschland: Derzeit sind in Deutschland 3 Forschungsreaktoren in Betrieb: Der FRM II in Garching, der mit hoch angereichertem Uran betrieben wird, der BER II in Berlin und der TRIGA Mark II in Mainz. 26 Forschungsreaktoren sind in Stilllegung, im Rückbau oder wurden bereits zurückgebaut, 2 sind im sicheren Einschluss. [9]

Die Brennelemente aus Forschungsreaktoren wurden in der Regel in die USA, nach Dounrey in Schottland bzw. die Sowjetunion zum Verbleib gebracht. Im TBL Ahaus lagern 18 Behälter mit 951 Brennelementen aus dem Forschungsreaktor Rossendorf; Verträge mit Ahaus gibt es für den BER II und den FRM II. Eine Abreicherung des hoch angereicherten Urans in den Brennelementen des FRM II vor der Lagerung ist nicht geplant. Die Brennelemente aus dem TRIGA Mark II lagern vor Ort in Mainz.

Die Betriebs- und Abrissabfälle wurden dekontaminiert und aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entlassen, bzw. in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben, in das Fasslager Gorleben und in die Landessammelstellen verbracht oder lagern an den Forschungsstandorten.

Forschungszentren

Die großen Forschungszentren in Deutschland (Karlsruhe, Jülich, Geesthacht, Rossendorf) sind weitaus mehr, als Labore oder Standorte von Forschungsreaktoren. Im Kernforschungszentrum Karlsruhe wurde u.a eine Wiederaufarbeitungsanlage (WAK), ein Schneller Brüter (KNK II) und ein Schwerwasserreaktor (MZFR) betrieben, in der Kernforschungsanlage Jülich u.a. ein Hochtemperaturreaktor (AVR). Dementsprechend stammen aus den Forschungszentren ein Großteil besonders problematischer radioaktiver Abfälle. Für die hochradioaktiven flüssigen Abfälle aus der WAK wurde eine eigene Verglasungseinrichtung (VEK) gebaut. Für den Reaktordruckbehälter des AVR Jülich, der aufgrund schwerer Störfälle so stark strahlt, dass er Jahrzehnte lagern muss, bevor er zerlegt werden darf, wurde ein eigenes Zwischenlager gebaut, in das er 2015 umgelagert wurde. Das Natrium aus dem KNK II wurde in Großbritannien kostengünstig verbrannt.

Verbleib der Abfälle: Die Brennelemente aus dem AVR Jülich sollen laut Bundesregierung in die USA verbracht werden (s.o. Betrieb von Atomkraftwerken). Die Brennelemente aus dem Schnellen Brüter wurden nach Dounrey (Schottland) und Cadarache (F) verbracht. Die Abfälle aus der Wiederaufarbeitung in Cadarache lagern ebenso wie die hochradioaktiven Abfälle aus der WAK Karlsruhe im Zwischenlager Nord. Die Brennelemente aus dem MZFR wurden in Sellafield (GB) und in der WAK Karlsruhe wiederaufgearbeitet. (Zu den Brennelementen aus den Forschungsreaktoren siehe Kapitel Forschungsreaktoren)

Die Betriebs- und Stilllegungsabfälle der vier Forschungszentren wurden dekontaminiert und aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes entlassen, bzw. in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben verbracht oder lagern in den Zwischenlagern der Forschungsstandorte.

Unterricht

Unterrichtsreaktoren dienen der Ausbildung. Es handelt es sich um Feststoff-moderierte Nullleistungsreaktoren, die mit <20 Massen-% U-235-angereichertem Kernbrennstoff betrieben werden, welcher in Form von Uranoxid (U3O8)-Pulver mit Polyethylen (PE) vermischt ist. Die Reaktorkerne aus den stillgelegten Unterrichtsreaktoren wurden im Staatlichen Verwahrlager für Kernbrennstoff in Hanau zwischengelagert. Vom Forschungsministerium finanziert wurde ein Verfahren entwickelt, das Polyethylen pyrolytisch zu zersetzen und die Pyrolyseprodukte zu verbrennen. Das Uranoxid bleibt in reiner Form zurück. Danach wird das <20 % U-235-angereicherte Uranoxid mit abgereichertem Uranoxid (0,549 % U-235) auf eine Endanreicherung von <4,9 % U-235 geblendet und in Brennelementen für Leichtwasserreaktoren verwendet. [10]

Unterrichtsreaktoren in Deutschland: Es befinden sich 4 Unterrichtsreaktoren in Betrieb in Dresden, Stuttgart, Furtwangen und Ulm. 9 Unterrichtsreaktoren sind stillgelegt bzw. bereits zurückgebaut.

Sonstige radioaktive Materialien im Unterricht: Für Demonstrations- bzw. Schülerversuche im naturwissenschaftlichen Unterricht steht eine Vielzahl radioaktiver Stoffe zur Verfügung. Ihr Umgang ist je nach Höhe der Strahlung genehmigungsfrei oder er muss bei der Aufsichtsbehörde angezeigt oder sogar genehmigt werden. Die Abfallstoffe werden entweder durch den Hersteller entsorgt oder durch den Anwender bei der Landessammelstelle abgeliefert. [11] In der Vergangenheit wurden radioaktive Abfälle aus den Landessammelstellen in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben verbracht.

Medizin

In der Medizin werden radioaktive Strahler und Substanzen zur Markierung, Diagnostik und Therapie verwendet. Dabei fallen unterschiedlich stark strahlende radioaktve Abfälle an.

Hochradioaktive Strahlenquellen in der Medizin sortiert nach der Halbwertszeit (Stand Feb 2012; Prozentzahlen = Anteil des Isotops an den Strahlenquellen in Deutschland): [12]

Plutonium-238 - 6 Stück: Herzschrittmacher, Halbwertszeit 87,7 Jahre
Caesium-137 - 11 %: Bestrahlungsgeräte, Teletherapie (und Industrie), Halbwertszeit 30,2 Jahre
Cobalt-60 - 32 %: Bestrahlungseinrichtungen, Bestrahlungsgeräte, Teletherapie (und Industrie), Halbwertszeit 5,3 Jahre
Iridium-192 - 44%: Brachytherapie (und Industrie), Halbwertszeit 74 Tage
Iod-125 - 3 Stück: Medizin und Industrie, Halbwertszeit 59,6 Tage
Radium-226 <0,1 %: Ra/Be-Quellen wurden früher in der Medizin verwendet, Halbwertszeit 1600 Jahre

Mit Stand Dezember 2010 waren im „International Catalogue of Sealed Radioactive Sources and Devices (ICSRS)“ der IAEA ca. 300 Hersteller, 170 Verteiber und 650 Hersteller von Vorrichtungen, in die hochradioaktive Strahlenquellen eingebaut werden, erfasst.

Weitere Strahlenquellen: [13]

Niedrigdosisleistungsquellen (LDR-Quellen):

schwach-radioaktives Jod-125, Halbwertszeit 59,6 Tage
Palladium-103, Halbwertszeit 17 Tage

Beta-Strahler:

Ruthenium-106, Halbwertszeit 1,02 Jahre
Lutetium-177, Halbwertszeit 6,6 Tage

„Radiopharmaka stellen eine relativ junge und sehr spezielle Gruppe von Arzneimitteln dar, die sich erheblich von klassischen Medikamenten unterscheiden. Für die nuklearmedizinische Diagnostik und Therapie sind mittlerweile zahlreiche Präparate kommerziell verfügbar.“ [14] In der Diagnostik werden radioaktive Isotope verwendet, die mit γ- oder Positronenstrahlern markiert sind, u.a.:

Kohlenstoff-14, Halbwertszeit 5568 Jahre
Thalliumchlorid-201, Halbwertzeit 3 Tage
Indium-111, Halbwertszeit 2,8 Tage
Iod-123, Halbwertszeit 13,2 Stunden
Technetium-99m, Marktanteil ca. 80%, Halbwertszeit 6 Stunden
Fluor-18, Halbwertszeit 110 Minuten
Gallium-68, Halbwertszeit 68 Minuten

In der Therapie werden radioaktive Isotope verwendet, die mit β- oder α-Strahlern markiert sind, u.a.:

Strontium-89, Halbwertszeit 50,5 Tage
Phosphor-32, Halbwertszeit 14,3 Tage (auch zur Diagnostik verwendet)
Erbium-169, Halbwertszeit 9,4 Tage
Iod-131, Halbwertszeit 8,1 Tage (auch zur Diagnostik verwendet)
Rhenium-186, Halbwertszeit 3,7 Tage
Yttrium-90, Halbwertszeit 64 Stunden
Samarium-153, Halbwertszeit 46,3 Stunden

In Deutschland werden medizinisch genutzte Strahlenquellen, Radiopharmaka und Geräte vor allem von Eckert & Ziegler (Braunschweig / Berlin) hergestellt.

Vagabundierende Strahlenquellen: 2003 sprach die Europäische Kommission von ca. 500.000 Strahlenquellen, die in den damals 15 Mitgliedstaaten in den vergangenen 50 Jahren genutzt wurden. Etwa 30.000 dieser Strahlenquellen seien „verloren geangen“. In mehreren Ländern außerhalb der EU kam es bereits zu schweren Verstrahlungen und mehreren Todesfällen durch solche Quellen. Ursache war entweder der direkte Kontakt oder weil die umschlossenen Quellen im Schrottrecycling landen und beim Einschmelzen die enthaltene Radioaktivität frei wird. [15] Mit der Richtlinie 2003/122/EURATOM [16] wurden die Mitgliedstaaten deshalb erstmals verpflichtet, ein Register für hochradioaktive Strahlenquellen zu führen. Mit dem Gesetz zur Kontrolle hochradioaktiver Strahlenquellen vom 12.08.2005 [17] wurde ein solches Register erstmals auch in Deutschland eingeführt. Die Annahme und Weitergabe eines Strahlers oberhalb der Freigrenzen der Strahlenschutzverordnung unterliegt ebenso wie der Transport der behördlichen Meldepflicht. Verlust oder Fund einer Strahlenquelle sind dem BfS unverzüglich mitzuteilen. 2009 bis 2017 wurden bundesweit 226 Meldungen über den Verlust beziehungsweise Fund von Strahlenquellen mit einer Aktivität größer als 1 GBq gemeldet. [18]

Verbleib der Abfälle: Die Strahlenquellen werden mitsamt der Geräte an den Gerätehersteller zurückgegeben. Dieser prüft gegebenenfalls eine weitere Verwendung der Strahler oder gibt sie zurück an den Hersteller. Die nicht mehr verwendbaren Strahler werden vom Hersteller oder direkt vom Anwender ebenso wie der andere radioaktive Abfall aus der Medizin bei den Landessammelstellen abgegeben. In der Vergangenheit wurden radioaktive Abfälle aus den Landessammelstellen in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben verbracht. Der Volumenanteil aus der Medizin beträgt weniger als 0,5 Prozent der Gesamtmenge radioaktiver Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. [19]

Industrie

In der Industrie werden radioaktive Strahler und Substanzen zur Markierung, Prüfung, Messung, Speicherung und in der Konsumgüterindustrie verwendet. Dabei fallen unterschiedlich stark strahlende radioaktve Abfälle an.

Hochradioaktive Strahlenquellen in der Industrie sortiert nach der Halbwertszeit (Stand Feb 2012; Prozentzahlen = Anteil des Isotops an den Strahlenquellen in Deutschland): [12]

Ameritium-241 - 1,7%: Füllstands-, Dichtemessung, Ionisationsrauchmelder, Ameritium-241/Beryllium-Quellen zur Bohrlochmessung, Halbwertszeit 432,2 Jahre
Plutonium-238: Radionuklidbatterien (häufigstes Radionuklid für RTG-Batterien in der Raumfahrt), Halbwertszeit 87,7 Jahre
Caesium-137 - 11%: Kalibrationsstrahler, Füllstands-, Dichte-, Massendurchflussmessung (und Medizin), Halbwertszeit 30,2 Jahre
Strontium-90 - 1,2%: Radionuklidbatterien (RTG), Füllstands-, Dichte-, Massendurchflussmessung, Halbwertszeit 28,8 Jahre
Tritium - <0,1%: Neutronengeneratoren, Halbwertszeit 12,2 Jahre
Cobalt-60 - 32%: industrielle Radiographie, Füllstands-, Dichte-, Massendurchflussmessung, Bestrahlung von Lebensmitteln (und Medizin), Halbwertszeit 5,3 Jahre
Californium-252 - <0,1%: Bohrlochmessung, Halbwertszeit 2,6 Jahre
Selen-75 - 10%: industrielle Radiographie, Halbwertszeit 119,8 Tage
Iridium-192 - 44%: industrielle Radiographie (und Medizin), Halbwertszeit 74 Tage
Iod-125 - 3 Stück: Industrie und Medizin, Halbwertszeit 59,6 Tage

In Deutschland werden industriell genutzte Strahlenquellen vor allem von den Firmen Endress+Hauser (Weil a. Rhein) und der Mesacon Messelektronik GmbH (Dresden) hergestellt.

In der Industrie werden weitere radioaktive Substanzen eingesetzt zur Ermittlung von Fließgeschwindigkeiten, Verweilzeiten, hydrodynamisches Verhalten von Materialströmen, Diffusion und Verdampfung, Ermittlung von räumlichen Verteilungen von Nukliden, Elementen, Verbindungen, Materialströmungen usw. wie Homogenitäten, Vermischung und Abwanderung durch Lecks, Ermittlung von mengenmäßigen Verteilungen wie Materialbilanzen, Stoffumwandlungen, Verschleiß und Korrosion. [20]

Konsumgüterindustrie: Bestrahlung von Lebensmitteln, Ionisationsrauchmeldern, und Leuchtanzeigen. Bis in die 1960er Jahre wurde für Leuchtziffern Radium-226 und Promethium-147 verwendet: Die Fabrikarbeiterinnen in der Produktion wurden bei der Herstellung verstahlt (Radium-Girls). [21] Seitdem wird Tritium verwendet. Tritium kann als flüchtige Substanz durch den Uhrenboden diffundieren und über die Haut in den Körper des Trägers gelangen. Deshalb wird seit den 1990er Jahren das Tritium in kleine Glasröhrchen als zusätzliche Abschirmung eingebaut. [22]

Verbleib der Abfälle: Einige radioaktive Abfälle aus der Industrie fallen unter die Kategorie der NORM-Abfälle (s. Kapitel NORM-Abfälle). Andere werden ebenso wie die Strahlenquellen an die Landessammelstellen abgegeben. In der Vergangenheit wurden radioaktive Abfälle aus den Landessammelstellen in die Salzbergwerke ASSE II und Morsleben verbracht. (Zum Problem von vagabundierenden Strahlenquellen siehe Kapitel Medizin)

Bundeswehr

Der Umgang mit radioaktiven Stoffen bei der Bundeswehr ist der zivilen Aufsicht und damit der öffentlichen Kontrolle entzogen. Genehmigungs- und Aufsichtsbehörden sind das Bundesministerium für Verteidigung und Dienststellen der Bundeswehr. Auch bei einer Einfuhr oder einer grenzüberschreitenden Verbringung radioaktiver Stoffe muss die Bundeswehr nur eine Anzeige beim Verteidigungsministerium erstatten. [23]

Laut Bundesministerium der Verteidigung verfügt die Bundeswehr nicht über Kernbrennstoffe sondern nur über sonstige radioaktive Stoffe. Diese sind u.a. [24]

Armaturen und Instrumente mit radioaktiven Leuchtfarben,
Vorrichtungen mit thoriumhaltigen optischen Bauteilen,
Vorrichtungen mit gasgefüllten Tritiumlichtquellen
elektronische Bauteile mit radioaktiven Stoffen
Bauteile, die aus thoriumhaltigen Metalllegierungen bestehen
Versorgungsartikel mit radioaktiven Stoffen
offene radioaktive Stoffe (Radionuklide und Zweck war nicht zu eruiren)
hoch radioaktive Strahlenquellen

Des weiteren hantiert das Wehrwissenschaftliche Institut für Schutztechnologie - ABC Schutz in Munster im Rahmen seiner ABC-Forschung mit diversen unbekannten radioaktiven Stoffen.

Lagerung der Abfälle: Die Abfälle der Bundeswehr werden in Sammelstellen bei den Wehrbereichskommandos und bei Bedarf eingerichteten Zwischensammelstellen gesammelt und bei der Zentralen Sammelstelle für radioaktive Abfälle der Bundeswehr (ZESAM) in Munster abgeliefert. Die ZESAM wird vom Wehrwissenschaftlichen Institut für Schutztechnologie - ABC Schutz betrieben. Dieses dekontaminiert und entlässt die Abfälle aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes oder konditioniert und lagert die radiaoktiven Abfälle bis zur Abgabe an ein Bundesendlager. Von der ZESAM wurden 236 Fässer mit radioaktiven Abfällen in der ASSE II und 80 m³ im ERA Morsleben eingelagert.

NORM-Abfälle

NORM: Natural Occurring Radioactive Material = Natürlich anfallende radioaktive Stoffe: Dabei handelt es sich um Materialien, die natürliche Radionuklide enthalten und bei denen durch Eingriffe die Exposition von Menschen erhöht wird (z.B. Bergbau, Öl- und Gasförderung) oder bei denen durch technisch-chemische Prozesse natürliche Radionuklide angereichert werden (z.B. Gewinnung von Metallen aus Erzen). Letzteres wird auch als TENORM-Abfälle (Technologically Enhanced Natural Occurring Radioactive Material) bezeichnet.

Zu den NORM-Abfällen zählen Nebengesteine, Schlämme, Ablagerungen, Stäube, Sande, Schlacken aus der Erdgas- und Erdölindustrie, der Verarbeitung von Rohphosphat, der Gewinnung und Aufbereitung von Bauxit, Columbit, Pyrochlor, Mikrolyth, Euxenit, Kupferschiefer-, Zinn-, Seltene-Erden- und Uranerzen und anderer Rohstoffe, der Rauchgasreinigung bei der Primärverhüttung in der Roheisen- und Nichteisenmetallurgie. [25]

Aus der Industrie stammen u.a. thorierte Schweißelektroden oder Thoriumlegierungen, nicht mehr benötigte Uran- und Thorium-Chemikalien, Ra-226-haltige Leuchtfarben, Abfälle aus der Nutzung von Thoriumgasglühstrümpfen, Ionenaustauscher zur Uran-Abtrennung aus Trink- und Mineralwasser, Geothermie, etc.

Entlassung von NORM-Abfällen aus der Überwachung: NORM-Rückstände können aus der Überwachung bereits entlassen werden wenn eine effektive Dosis von 1 mSv im Kalenderjahr für Einzelpersonen der Bevölkerung nicht überschritten wird. Für die Freigabe radioaktiver Abfälle aus dem Geltungsbereich des Atomgesetzes gilt ein niedrigerer Wert von 10 μSv/Jahr. Der selbe Wert für NORM-Rückstände hätte laut Bundesregierung zur Konsequenz, „dass große Bereiche der natürlichen Lebensumwelt des Menschen, wie z. B. viele Böden und Baustoffe in das System der Strahlenschutzüberwachung mit einbezogen werden müssten.“ [26] Firmen, bei denen in den letzen Jahren Rückstände aus der Erdgas- und Erdölindustrie angefallen sind bzw. von ihnen weiter verarbeitet wurden:

Dela GmbH Essen: Gewinnung von Quecksilber aus Rückständen der Erdöl-/Erdgasgewinnung aus Deutschland und den Niederlanden (Scales, Schlämme). Die Rückstände wurden in die Niederlande zurück gebracht, lagern bei der DELA und sollen auf eine Deponie in Sachsen gebracht werden.
GMR mbH Dresden: Gewinnung von Quecksilber aus Rückständen der Erdöl-/Erdgasgewinnung aus Deutschland und den Niederlanden (Scales, Schlämme). Die Rückstände wurden mit Geopolymer immobilisiert, aus der Überwachung entlassen und auf die Deponien Seehausen, Cröbern und zur Fa. Remondis verbracht.
Siempelkamp Nukleartechnik GmbH Krefeld: Einschmelzen von radioaktivem und quecksilberhaltigem Schrott. Die Aschen und Schlacken werden auf der betriebseigenen Deponie und in der Untertagedeponie Heilbronn gelagert oder an den Ablieferer zurück gegeben.
Gaz de France SUEZ E&P Deutschland GmbH: Aufarbeitung, Direktverhüttung und Bohrlochverfüllung. Die Rückverfüllung von NORM-Rückständen in Bohrlöcher der Erdöl- und Erdgasförderung und der Versatz in untertägigen bergbaulichen Anlagen ist aufgrund gestiegender Anforderungen nicht mehr zugelassen bzw. wird kein Gebrauch mehr davon gemacht.
Eckert & Ziegler Nuclitec GmbH Braunschweig (vorm. AEA Technology GmbH Braunschweig): Abgabe an Landessammelstelle
SAVA Sonderverbrennungsanlage GmbH Brunsbüttel: Thermische Behandlung von Sonderabfällen
HIM GmbH Biebesheim
HKM Hüttenwerke Krupp Mannesmann GmbH Duisburg
DK Recycling und Roheisen GmbH Duisburg
TKS Thyssen Krupp Steel AG Duisburg
Industrieabfalldeponie Wetro Puschwitz

NORM-Abfälle, die nicht aus der Überwachung entlassen werden können: [27]

Bereits in Landessammelstellen oder anderen strahlenschutzrechtlich genehmigten Lagern sichergestellte NORM-Rückstände: ca. 450 – 480 t, davon ca. 200 t aus der Urananlage Ellweiler.
NORM-Rückstände, die längerfristig regelmäßig in ein strahlenschutzrechtlich genehmigtes Lager überführt werden: ca. 6-7 t/Jahr
NORM-Rückstände, die derzeit konventionell entsorgt werden, deren Entsorgung wegen einer sinkenden Bereitschaft der Entsorger zur Annahme unsicher ist: ca. 200 – 10.000 t/Jahr. „Zunehmend ist zu beobachten, dass Deponien zur Annahme von Rückständen nicht mehr bereit sind, wenn bekannt ist, dass diese Rückstände Radionuklide enthalten und somit als "radioaktiv" bezeichnet werden. […] dass die restriktive Haltung der Verwerter oder Beseitiger zur Annahme von NORM-Rückständen bereits heute für die Mengenbilanzen an NORM-Abfällen ausschlaggebend ist. Wegen der Rechtslage wird sich an dieser Situation voraussichtlich auch nichts ändern.“

Zwischenlagerung: Landessammelstellen, Zentrale Sammelstelle der Bundeswehr für radioaktive Abfälle (ZESAM), diverse betriebliche Lager und Zwischenlager, für die strahlenschutzrechtliche Genehmigungen bzw. behördliche Anordnungen vorliegen.

Endlagerung: Es „sind nur 0,7 t (0,15 %) bis maximal 44,7 t (9,6 %) im Endlager Konrad endlagerbar. [...] Bei einer Vielzahl der NORM-Abfällen werden die zulässigen mittleren Aktivitätskonzentrationen überschritten […] Dies verweist darauf, dass diese NORM-Abfälle die maximal einlagerbare Aktivität überschreiten könnten, da NORM-Abfälle zu Beginn der Planungen des Endlagers Konrad nicht vorgesehen waren. Darüber hinaus enthalten einige NORM-Abfälle nicht radioaktive schädliche Stoffe die einer besonderen Begutachtung bedürfen und die ggf. aufgrund dieser Stoffe nicht eingelagert werden könnten.“ Möglichkeiten wären laut Studie für das BfS die Errichtung einer NORM-Deponie nach Kreislaufwirtschaftsgesetz zur Lagerung der freigegeben Abfälle sowie die Errichtung einer oberflächennahen Deponie nach Atomgesetz für die NORM-Abfälle, die in der Überwachung bleiben müssen. [27]

Die Richtlinie 2013/59/EURATOM, die noch in deutsches Recht umgesetzt werden muss, fasst die Liste der zu berücksichgenden Industriezweige deutlich weiter als die StrlSchV; regelt die Anforderungen im Strahlenschutz auch für NORM-Abfälle neu. [28]

Abfälle beim Umgang mit radioaktiven Abfällen

"Die radioaktiven Abfälle aus dem Betrieb und der Stilllegung von Atomanlagen müssen konditioniert, zwischen- und endgelagert werden. Auch in den hierfür eingerichten Atomanlagen fallen beim Betrieb und bei der Stilllegung radioaktive Abfälle an. Bei den Zwischen- und Endlagern sollten bei ordnungsgemäßem Betrieb nur wenig Kontamination und keine Aktivierung auftreten. Etwas größer ist er in Behandlungs- bzw. Konditionierungsanlagen für radioaktive Abfälle. Hier werden auch Anlagenteile kontamniert, die später als radioaktive Abfälle behandelt werden müssen. Insgesamt ist die Menge der in diesen Anlagen anfallenden Abfälle im Vergleich zu Urangewinnung, dem Betrieb von Atomkraftwerken und der Wiederaufarbeitung gering." [1]