entdeckt 02/2015 - Uran, Plutonium & Co. - Titel: Rostfraß hat auch sein Gutes

entdeckt 02 .15 TITEL WWW.HZDR.DE // Die Chemie rund ums Endlager für hochradioaktives Material. „Wir gehen einfach vom schlimmsten anzunehmenden Fall aus“, erklärt Vinzenz Brendler vom HZDR-Institut für Res- sourcenökologie. Wer die Chemie rund um ein zukünftiges Endlager für hochradioaktives Material erforscht, sollte diese pessimistische Annahme gut beherzigen. Schließlich soll ein solches Endlager, das voraussichtlich in großer Tiefe in einer geeigneten geologischen Formation irgendwo in Deutschland entstehen soll, Sicherheit für mindestens eine Million Jahre garantieren. Chemiker wie Vinzenz Brendler aber wissen genau, dass auch unwahrscheinliche Reaktionen eintreten können, wenn man ihnen nur genug Zeit gibt. Und eine Million Jahre ist eine sehr lange Zeit. Genau deshalb behalten die 30 Mitarbeiter in der Abteilung Grenzflächenprozesse eben auch alles im Auge, was dort reagieren könnte. Und das ist eine rie- sige Menge, versammelt sich im Endlager doch ein erkleckli- cher Teil der Elemente, die Chemiker in ihrem Periodensystem auflisten. „Dabei konzentrieren wir uns auf die Reaktionen mit radioak- tiven Elementen. Dafür ist unser Institut auch besonders gut ausgerüstet“, berichtet Vinzenz Brendler. Schließlich kann die Chemie, die ohne strahlende Substanzen abläuft, auch in „normalen“ Laboren untersucht werden. Mit dieser Auswahl schrumpfen die Forscher das gigantische Gebirge von Reakti- onen zwar erheblich ein, riesig aber bleibt es immer noch. Gebirge für Chemiker So sollen im Endlager vorrangig die abgebrannten Brennstäbe aus den Kernreaktoren aufbewahrt werden. Die wiederum bestehen vor ihrer Verwendung vor allem aus Uran. Weil im Reaktor nur ein kleiner Teil davon verbraucht wird, hat sich daran auch in den abgebrannten Stäben nicht viel verändert. Auch strahlt der überwiegende Teil davon – anders als von Laien oft vermutet – keineswegs besonders stark. Das Uran an sich ist aber ein extrem giftiges Schwermetall und genießt schon deshalb besondere Aufmerksamkeit. Ein kleiner Teil des Urans wurde im Reaktor dagegen gespalten. Die dabei entstandenen Bruchstücke sind unterschiedlich schwer und stellen somit eine ganze Reihe verschiedener Elemente dar, die jetzt zusätzlich im Brennstab stecken. Einige dieser Spaltprodukte wie zum Beispiel bestimmte Chlor- und Cäsium-Isotope sind stark radioaktiv. Allerdings klingt ein Teil davon relativ rasch ab. Ein paar Jahrzehnte in einem Zwischen- lager verringern die Strahlung daher schon deutlich. Trotzdem stecken noch jede Menge auch stark radioaktiver Elemente in den abgebrannten Brennstäben. Genug Zeit Bei den Kernreaktionen im Reaktor entstehen viele Neut- ronen, von denen etliche die Kettenreaktion vorantreiben, andere dagegen bleiben in Uran-Atomen stecken. Diese lösen oft weitere Kernreaktionen aus, bei denen dann schwerere und ebenfalls kräftig strahlende Elemente wie Americium, Neptunium, Plutonium und Curium entstehen. Auch diese „Aktivierungsprodukte“ verfolgen die Forscher um Vinzenz Brendler sehr aufmerksam. Es gibt aber noch eine ganze Reihe weiterer Verbindungen, die im Endlager eine Rolle spielen und an chemischen Reaktionen beteiligt sein können. So steckt das Uran der Brennstäbe in einer Hülle aus Zirkonium. Dieses Schwermetall ist zwar kaum giftig und korrodiert im Gegensatz zu vielen anderen Metallen nur langsam. Trotzdem kann es mit den radioaktiven Elementen in seiner Umgebung reagieren – Zeit genug hat es im Endlager dafür jedenfalls. Zutaten für die Korrosion Nach dem derzeitigen Stand der Planungen werden die Brennstäbe in Pollux-Spezialbehältern aus Stahl, die eine Hülle aus Gusseisen und Graphit umgibt, in das Endlager eingebracht. Sauerstoff aus der Luft könnte das Eisen in diesen Hüllen wiederum oxidieren. Und damit haben Vinzenz Brendler und seine Mitarbeiter eine weitere Substanz, die sie im Auge behalten. Ist das Endlager erst einmal geschlossen, wird der Sauer- stoff langsam verbraucht und dem drohenden Rostfraß fehlt scheinbar die Grundlage. Allerdings lässt der Nachschub nicht lange auf sich warten: Das Gestein in der Umgebung wird sicherlich Sauerstoff und vielleicht sogar Wasser enthalten – unabhängig davon, in welchem Untergrund das Endlager entstehen wird. Das aber sind die beiden entscheidenden Zutaten, die viele Metalle korrodieren. Vor allem dann, wenn, wie im Endlager, genug Zeit dafür bleibt. Mit der Zeit könnte der Rost so Löcher in die Stahlhüllen der Pollux-Behälter fressen – zumindest wenn man, wie Vinzenz Brendler, vom schlimmsten Fall ausgeht. Was aber passiert dann im Endlager? Immerhin liegt das Uran der Brennstäbe als Urandioxid vor, das relativ träge ist. Organismen nehmen es in dieser Form kaum auf und das Schwermetall wirkt zunächst einmal nicht gar so giftig. Das aber ändert sich schlagartig, wenn es zu Uranyl-Verbindungen oxidiert. Anders als Uran- dioxid und daraus entstehende Verbindungen lösen sich diese _TEXT . Roland Knauer ROSTFRASS HAT AUCH SEIN GUTES

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