Was für radioaktive Substanzen gibt es?

Es gibt zu jedem Element – auch bei den stabilen – instabile Untertypen, Radionuklide genannt. Sie unterscheiden sich in der Anzahl an Neutronen, die sie in ihrem Atomkern besitzen. Da die Stabilität von Atomkernen vom Gleichgewicht zwischen Protonen und Neutronen abhängt, lassen sich Atomkerne durch Beschuss mit Neutronen in instabile umwandeln oder sogar spalten.

Schwach radioaktiver Müll wird in abgedichteten Tonnen gelagert. (Bild: commons.wikimedia.org, Prolineserver)

Die auf diese Weise erzeugten radioaktiven Stoffe sind unterschiedlich gefährlich. Mit am wenigsten bedenklich sind die aktivierten Materialien, die beim Reaktorbetrieb anfallen. So wandelt sich durch die Neutronenstrahlung in einem Kernreaktor ein Teil der Atome im Reaktordruckbehälter und im Kühlsystem in radioaktive Atome um. Diese Substanzen besitzen eine typische Halbwertszeit zwischen wenigen Minuten und 5 Jahren. Aus diesem Grund darf auch einige Jahre nach dem Abschalten eines Kernkraftwerks der innere Bereich nicht von Menschen betreten werden.

Wenn die Brennelemente aus dem Reaktor entfernt sind, müssen die aktivierten Materialien also etliche Jahre abklingen, bis die Radioaktivität weit genug gesunken ist, bevor das Kraftwerk zurückgebaut werden kann. Die aktivierten Materialien machen zusammen mit Betriebsrückständen wie Filter, Arbeitsmaterialien etc. sowie medizinischen und industriellen Radionukliden den schwach- und mittelradioaktiven Atommüll aus. Aufgrund der vergleichsweise kurzen Halbwertszeiten und schwächeren Radioaktivität kann man mit diesen Stoffen aber prinzipiell verantwortungsvoll umgehen, ohne kommende Generationen vor dieselben Unwägbarkeiten zu stellen wie mit hochradioaktivem Müll. Einige der schwach- bis mittelradioaktiven Substanzen müssen aber immerhin für einige hundert bis tausend Jahre sicher gelagert werden.

Die Asse ist ein gutes Beispiel dafür, wie man aber auch mit diesem Müll unverantwortlich umgehen kann. Denn dort wählte man einen Salzstock als Lager für schwach- und mittelradioaktiven Müll, der durch vorhergehende, jahrzehntelange Bergbautätigkeiten nicht mehr stabil war und wasserdurchlässig wurde. Der Salzstock war schon zu sehr durchlöchert, so dass – was in Atommülllagern nie passieren darf – Wasser in die unterirdischen Kammern eindrang. Denn Wasser erhöht nicht nur die Korrosion enorm, sondern ist auch ein Transport- und Lösungsmittel, das radioaktive Substanzen ins Grundwasser oder an die Erdoberfläche bringen kann. Außerdem sind viele Abfälle in der Asse falsch oder schlecht deklariert worden. Experten streiten deshalb zur Zeit, ob es besser ist, den Müll aus der Asse zu bergen oder lieber das Bergwerk möglichst gut zu versiegeln.

Im Vergleich mit schwach- und mittelradioaktivem Atommüll sieht es bei den Spaltprodukten und den Transuranen aber noch bedeutend problematischer aus. Sie sind die direkten Produkte der Kernspaltungsprozesse und machen den hochradioaktiven Atommüllaus. Die Größenordnung der Strahlengefahr wird sichtbar, wenn man die Radioaktivität dieser Stoffe mit dem schwach- und mittelradioaktivem Müll vergleicht. So ist die Radioaktivität der Brennstäbe in einem einzigen CASTOR-Behälter etwa 200-fach stärker als die kompletten 47.000 Kubikmeter Abfälle, die sich in der Asse befinden. Und sie strahlen über einen vielfach größeren Zeitraum.

Techniker überprüfen Castor-Behälter mit hochradioaktivem Atommüll. (Bild: Nuclear Regulatory Commission)

Die Spaltprodukte sind die Trümmerstücke der Kernspaltung. Bei der Kernspaltung teilt sich das schwere Uran mit seinen 92 Protonen und 143 Neutronen in zwei ungefähr halb so schwere Atomkerne. Die genaue Protonen- und Neutronenzahl der Tochterkerne kann hierbei stark schwanken. Deshalb gibt es eine Vielzahl von Spaltprodukten mit unterschiedlichsten chemischen Eigenschaften. Sie können fest oder gasförmig sein, chemisch reaktionsfreudig oder träge. Die entstehenden Spaltprodukte sind aber fast allesamt weit von einer stabilen Konfiguration ihres Atomkerns entfernt und deshalb stark radioaktiv.

Bei dem Prozess der Kernspaltung wird enorm viel Energie frei. Deshalb benötigen sowohl Kernkraftwerke als auch Atombomben nur extrem wenig Uran im Vergleich zu chemischen Verbrennungs- oder Explosivstoffen.

Ausgehend vom Rohstoff Uran entstehen aber auch schwerere Stoffe, die sogenannten Transurane. Manche Atomkerne können Neutronen einfangen, ohne sofort gespaltet zu werden. Auf diese Weise baut sich sukzessive eine ganze Palette überschwerer Radionuklide auf. Das gefährlichste von ihnen ist Plutonium. Es eignet sich hervorragend zum Bau von Atomwaffen, besitzt eine große Halbwertszeit von rund 24.000 Jahren und ist ein sehr starker Alpha-Strahler. Es ist auch chemisch stark toxisch. Die tödliche Dosis liegt im Bereich von gerade einmal einigen Milligramm. Plutonium wird aber nur schlecht über die Magen- und Darmschleimhaut aufgenommen.

Aber auch zahlreiche andere Spaltprodukte und Transurane sind sehr starke Strahler. Einige von ihnen zerfallen bereits Minuten, Stunden oder Tage nach Beendigung der Kernspaltungsreaktion, wenn der Reaktor durch neutronenabsorbierende Steuerstäbe heruntergefahren wird. In dieser Zeit setzen die kurzlebigen Spaltprodukte aber immer noch einige Prozent der Wärme frei, die während des Vollbetriebs erzeugt wird. Diese Wärme muss immer noch über das Kühlsystem abgeführt werden. Versagen die Pumpen, kann dies zu einer Kernschmelze führen wie in Fukushima.

Viele der in Kernreaktoren entstehenden Substanzen sind aber noch sehr viel langlebiger als Plutonium. All diese Stoffe, aus denen der hochradioaktive Atommüll besteht, müssen dauerhaft von der Biosphäre abgeschlossen bleiben.

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