Paul Scherrer Institut (PSI)

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Tätigkeiten des PSI zur Behandlung und Beseitigung radioaktiver Abfälle

Das PSI ist nach Artikel 87 der Strahlenschutzverordnung die Landessammelstelle für radioaktive Abfälle, die nicht als Folge der Nutzung von Kernenergie entstehen (MIF-Abfälle). Aus dem Aufsichts-bereich des Bundesamtes für Gesundheit lieferten in diesem Jahr 28 Firmen insgesamt 2 m³ radioak-tive Abfälle ab. Es wurden 9.5 · 10¹⁴ Bq, dominiert von Tritium (H-3), entgegengenommen. Davon entfielen 3.51 · 10⁹ Bq auf α-Strahler.

Die im Jahr 2005 vom PSI zur Verarbeitung übernommenen Abfälle teilten sich wie folgt auf:

Herkunft Anzahl Fässer à 200 Liter

(teilweise umgerechnet)

BAG/SUVA 15.6 PSI 522.9

KKW Beznau 21.0

Total 559.5

In den Anlagen der Sektion "Rückbau und Entsorgung" sind im Berichtsjahr 29 konditionierte 200-l-Fässer hergestellt worden. Zudem wurden 16 Beton-Behälter mit 600 l Fassungsvermögen, die ver-festigte brennstoffhaltige Abfälle aus dem Hotlabor des PSI enthalten, vergossen und endkonditioniert.

Die Verbrennungsanlage des PSI für radioaktive Abfälle war 2002 ausser Betrieb genommen worden.

Als Konsequenz wurden insgesamt 145 verdichtete Fässer (200 l) mit brennbaren Rohabfällen für die nächste Verbrennungskampagne in der Verbrennungs- und Schmelzanlage der ZWILAG bereitge-stellt. Weitere 99 200-l-Fässer, die 2005 angenommen wurden, müssen für eine zukünftige Behand-lung bei der ZWILAG noch verdichtet werden.

Im Beschleunigerareal (PSI-West) wurden dieses Jahr fünf Betonkleincontainer befüllt und auf dem temporären Stapelplatz des Beschleunigerareals deponiert.

Forschungsarbeiten am PSI Zielsetzung

Die langjährigen, übergeordneten Zielsetzungen der Forschungsarbeiten am PSI haben sich im Jahre 2005 nicht geändert und können wie folgt umschrieben werden:

Das Labor für Endlagersicherheit am PSI (LES) führt ein Forschungs- und Entwicklungsprogramm zur Verstärkung und Vertiefung der wissenschaftlichen Basis der Entsorgung radioaktiver Abfälle in einem geologischen Tiefenlager durch. Es erfüllt eine wichtige nationale Rolle, indem es den Bund und die Nagra in deren Aufgabe unterstützt, Abfälle aus Medizin, Industrie und Forschung sowie aus Kern-kraftwerken sicher zu entsorgen. Die Kompetenzen des Labors liegen auf folgenden Gebieten:

(a) Grundlagen der Endlagerchemie, (b) Chemie und Physik von Radionukliden an den Grenzschich-ten von LagerkomponenGrenzschich-ten und Gesteinen und (c) Radionuklidtransport und Rückhaltemechanismen in geologischen Medien und künstlichen Barrieren. Die durchgeführten Arbeiten sind eine Kombination von experimentellen Untersuchungen in Laboratorien für radioaktive Materialien und im Feld, theoreti-schen Modellentwicklungen sowie der Modellvalidierung. Die Arbeiten werden im Hinblick auf die Schweizer Tiefenlagerprojekte durchgeführt; unter anderem finden die Resultate in den umfassenden Sicherheitsanalysen der Nagra ihre Anwendung. Aus den Untersuchungen zur Wechselwirkung von Radionukliden an Grenzflächen entwickelte sich die mittlerweile zum Projekt gewordene Idee, an der Schweizerischen Lichtquelle (SLS) des PSI eine MikroXAS (Röntgen-Absorption-Spektroskopie)

Referenz/Aktenzeichen

Strahllinie zu bauen. Die Fertigstellung dieser Strahllinie nähert sich dem Ende und der Betrieb für auswärtige Benützer ist für Sommer 2006 vorgesehen. Als spezielle Eigenschaft können an dieser Strahllinie radioaktive Proben untersucht werden. Zu diesem Zweck wurde ein modulares, lokales Abschirmsystem entwickelt und ein neuartiges Probenhaltersystem gebaut.

Schwerpunkte der Arbeiten

In den vergangenen Jahren war das PSI öfters mit der Beantwortung von Fragen zu Modellkonzepten und Parameterwahl für den Entsorgungsnachweis beschäftigt, welche von den Behörden gestellt und von der Nagra an das PSI weitergeleitet wurden. Diese Art von Aufgaben wurde auch im Berichtsjahr wahrgenommen. Im Rahmen der technischen Überprüfung des Entsorgungsnachweises machten OECD/NEA, HSK und KNE Empfehlungen und Angaben, in welchen Bereichen die wissenschaftli-chen Grundlagen zu verstärken seien. Mit entsprewissenschaftli-chenden Forschungsaktivitäten folgte das LES die-sen Hinweidie-sen. Sie werden im 2006 fortgesetzt.

Strategische Schwerpunkte bleiben aber der diffusive Transport von Radionukliden durch Bentonite und Opalinuston, die Rückhaltemechanismen für Radionuklide und das Verhalten von Radionukliden in Zement. Mit dem generellen Ziel, für solche Prozesse ein vertieftes Verständnis zu gewinnen, wer-den diese Arbeitsschwerpunkte durch entsprechende Grundlagenforschung unterstützt.

Im Bereich "geochemische Grundlagen von Endlagersystemen" bleibt die Mitwirkung bei internationa-len Review-Arbeiten eine wichtige Aktivität, so z.B. in der NEA TDB (Thermodynamic Data Base) Phase III und im NEA-Projekt über die Richtlinien zur Evaluation thermodynamischer Daten für feste Lösungen (Guidelines Solid Solutions). Mit Hilfe des geochemischen Speziationsprogramms GEMS werden Fragestellungen zur Unsicherheit thermodynamischer Daten und insbesondere deren Einfluss auf Rechenergebnisse angegangen. Eine Doktorarbeit über die thermodynamischen Eigenschaften und das solid solution Verhalten von LDH-Phasen (Layered Double Hydroxides) wurde begonnen. In Vorbereitung ist eine internationale Zusammenarbeit zwischen LES und JNC (dem Japan Nuclear Cycle Development Institute) über die Bildung fester Ra/Ba - SO4 Lösungen. Die Bildung solcher Festphasen vermag Radium-Löslichkeiten um Grössenordnungen zu vermindern.

Die Untersuchungen zur Sorption von Radionukliden auf Tongesteinen, Tonmineralien, Zement und Zementbestandteilen wurden fortgesetzt.

Aufgrund umfangreicher eigener Daten und mittels thermodynamischer Sorptionsmodellierung ist es gelungen, eine lineare Beziehung zwischen der Stärke von Oberflächenkomplexen an Montmorillonit und den aquatischen Hydrolysekonstanten für elf verschiedene chemische Elemente abzuleiten. Die-se Arbeit wurde durch eine Studie vervollständigt, welche das Konkurrieren sicherheitsrelevanter Nuk-lide um die effektiv zur Verfügung stehenden Sorptionsstellen näher beleuchtet. Solche Betrachtungen sind für eine realistische Bewertung der Sorptionsmodellierung in den Sicherheitsstudien von Bedeu-tung. Ebenfalls untersucht wird der Einfluss der Lösungschemie (der Komplexbildung) auf das Sorpti-onsverhalten. Diese Arbeiten werden im Rahmen der EU-Programme NF-PRO (Montmorillo-nit/Bentonit) und FUNMIG (Illit/Opalinus Ton) abgewickelt. Beide Forschungsprogramme werden wich-tige Grundlagen für die in den Sicherheitsanalysen benötigten Sorptionsdatenbanken liefern.

Weitergeführt wurden auch die Arbeiten zur Wechselwirkung von Radionukliden mit Zement und Ze-mentbestandteilen. Sie sind im Zusammenhang mit der Tiefenlagerung von schwach- und mittelakti-ven Abfällen zu sehen. Auch hier stehen die Untersuchungen zur Sorption und zum Einbau von Ra-dionukliden in Zementphasen im Vordergrund, und zur Abklärung der Mechanismen wird eine breite Palette von nasschemischen und spektroskopischen Methoden wie z.B. XAS (Röntgenabsorptions-spektroskopie) and TRLFS (Laserfluoreszenz(Röntgenabsorptions-spektroskopie) im Rahmen internationaler Zusammenar-beiten eingesetzt. Als Teil der bestehenden Zusammenarbeit mit JNC verbrachte ein LES-Mitarbeiter einen 6-monatigen Studienaufenthalt in Japan, wo er die Einbindung von Radium in Zement und Ze-mentphasen untersuchte.

Referenz/Aktenzeichen

Dominanter Transportmechanismus im Opalinuston ist die Diffusion der Radionuklide, wobei hohe Sorptionswerte die darauf basierenden Dosisberechnungen entscheidend beeinflussen. In den Ent-sorgungsnachweis sind aufgrund intensiver Überarbeitungen teilweise sehr hohe Sorptionswerte ein-geflossen. Diese hohen Werte müssen nun auch noch durch Diffusionsexperimente an natürlichen Gesteinsproben bestätigt werden. Stark sorbierende Tracer werden aber in experimentell zugängli-chen Zeiten nur über sehr kurze Distanzen transportiert. Das LES hat deshalb neue Methoden entwi-ckelt, um Tracerverteilungen im Millimeterbereich untersuchen zu können. Die am PSI entwickelte Technik des "Abrasive Peeling" wurde mittels der stark sorbierenden Spurenelemente Co und Eu überprüft und bestätigt. Parallel dazu werden alternative Techniken basierend auf Mikro-Fluoreszenz-Messungen und Laser-Abtragung geprüft. Ein Grossteil der Laborarbeiten zur Diffusion steht in direk-tem Zusammenhang mit laufenden und geplanten Feldexperimenten am Mont Terri. Des Weiteren sind Langzeit-Diffusionsexperimente (über 5 bis 15 Jahre) im Felslabor Mont Terri in Planung.

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Die Zusammenarbeit mit in- und ausländischen Partnern wurde fortgesetzt. Partner sind insbesondere die deutschen Forschungszentren Karlsruhe und Rossendorf sowie das französische Commissariat à l’Energie Atomique (CEA), aber auch eine ganze Reihe von Universitäten und weiteren Forschungsin-stitutionen. Im 6. Rahmenprogramm der EU beteiligt sich das LES an einem "Network of Excellence", dem ACTINET 6, und an den beiden "Integrierten Projekten" NF-PRO und FUNMIG.

Veröffentlichungen in wissenschaftlichen Zeitschriften, in Berichten und an Fachkonferenzen sind im Anhang IV aufgeführt.

Referenz/Aktenzeichen