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ATOM/318: Weshalb Zwischenlager Radioaktivität freisetzen (Strahlentelex)


Strahlentelex mit ElektrosmogReport
Unabhängiger Informationsdienst zu Radioaktivität, Strahlung und Gesundheit
Nr. 616-617 / 26. Jahrgang, 6. September 2012

Weshalb Zwischenlager Radioaktivität freisetzen

von Ralf Kusmierz*



Nach Beginn der Einlagerung von Transportbehältern mit hochradioaktiven Abfällen im Transportbehälterlager Gorleben (TBLG) gingen in der Umgebung die Mädchengeburten stark zurück ([1], [2], [3]). Diese Feststellungen wurden durch eine unabhängige Studie des Niedersächsischen Landesgesundheitsamts (NLGA) im Juli 2011 bestätigt ([4]). Trotz der statistisch eindeutigen Ergebnisse stieß die Hypothese, daß die Ursache für die Verschiebung des Geschlechtsverhältnisses das TBL-G wäre, insbesondere bei den Vertretern der Atomaufsicht im niedersächsischen Umweltministerium (NMU) sowie des Niedersächsischen Landesbetriebs für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) auf Skepsis. Das Argument der Behörden lautet, daß Radioaktivität aus dem TBL-G als Ursache der Veränderung der Geburtenverhältnisse nicht in Frage käme, weil keine freigesetzt würde.

Stimmt das eigentlich?

Daß die Behälter dicht sind, ist kaum anzuzweifeln. Das bedeutet aber nicht, daß durch sie nicht trotzdem Radioaktivität freigesetzt werden könnte. Aus den Behältern treten durch die Wände hindurch erhebliche Mengen an Neutronen aus. Neutronen sind eine ionisierende Strahlung, die sich in der Umgebung des Transportbehälterlagers Gorleben (TBL-G) ausbreitet - das Lager ist sozusagen ständig in eine unsichtbare Wolke aus Neutronen eingehüllt. Deshalb ist im Genehmigungsverfahren nachzuweisen, daß die Strahlenbelastung aus der Neutronenstrahlung die zulässigen Grenzwerte nicht überschreitet, und das wird auch im laufenden Betrieb ständig überwacht.

Bei den aus den Behältern austretenden Neutronen handelt es sich überwiegend um thermische und epithermische Neutronen. Sie stoßen nach dem Austritt aus dem Behälter ständig mit Atomen der Luft zusammen und legen deswegen zufällige Zickzackbahnen im Raum zurück (sie "diffundieren"), wobei sie aufgrund ihrer thermischen Bewegung im Mittel nur noch genausoviel Energie wie die Moleküle der Luft aufweisen - bei Raumtemperatur sind das ungefähr 25 Millielektronenvolt (meV), entsprechend Geschwindigkeiten von circa 2200 Metern pro Sekunde (m/s) gegenüber der von Luftmolekülen mit circa 410 m/s. Neutronen werden in der Luft ziemlich schnell absorbiert: In Luft haben freie Neutronen nur Überlebenszeiten von Sekundenbruchteilen und kommen also trotz ihrer hohen Geschwindigkeiten nicht allzuweit, während sie im Vakuum länger leben - sie zerfallen dort mit einer Halbwertszeit von circa 10 Minuten in ein Proton und ein Elektron. Dabei fallen sie anschaulich ausgedrückt in den Potentialtopf des Atomkerns hinein und erhöhen dadurch dessen Energieinhalt um die Bindungsenergie in Höhe von einigen Megaelektronenvolt (MeV). Der vergrößerte Atomkern gibt diese Anregungsenergie daraufhin normalerweise in Form von Gammastrahlung (innere Konversion - isomere Umwandlung (IT)) ab. Diese "sekundäre Gammastrahlung" hat wesentlich mehr Energie, als der sehr kleinen kinetischen Energie eines thermischen Neutrons entspricht. Atomkerne, die auf diese Weise ein Neutron einfangen, haben dann im allgemeinen zu viele Neutronen, dadurch werden sie instabil (radioaktiv) - man spricht von "Aktivierung" beziehungsweise "(Neutronen-)Aktivierungsprodukten". Eines der Kernneutronen kann sich durch Ausstoß eines Elektrons in ein Proton umwandeln: Beta-Zerfall.

Welche Aktivierungsprodukte entstehen in der Luft, mit welchen Konsequenzen?

Aus der bekannten Luftzusammensetzung kann man die prozentualen Anteile der einzelnen Nuklide berechnen, wobei zu beachten ist, daß die häufigsten Luftgase, Stickstoff und Sauerstoff, zweiatomige Verbindungen sind, einatomig sind nur die Edelgase. Da zur Stoßenergie zwischen Neutronen und Zielkernen auch deren thermische Bewegung beiträgt, sind deswegen Korrekturen an den Literaturwerten der Wirkungsquerschnitte erforderlich. Für den Einfang thermischer Neutronen in Luft erhält man das in der Tabelle dargestellte Ergebnis.



Circa 4,3 Prozent der Neutronen werden unter Bildung der nicht-radioaktiven Anlagerungsprodukte Stickstoff 15 (15 N) und Deuterium (2 H) verbraucht. Weiterhin entstehen als kurzlebige Aktivierungsprodukte Stickstoff 16 (16 N), Sauerstoff 19 (19 O) und Neon 23 (23 Ne) in nicht völlig vernachlässigbarer Menge, aber deren Halbwertszeiten sind mit unter einer Minute so gering, daß sie bereits wieder zerfallen sind, bevor sie sich merklich von ihrem Entstehungsort entfernt haben - sie machen aber 2,7 Prozent der Anfangsaktivität aus.

95,5 Prozent der Neutronen werden von Stickstoff 14 (14 N) eingefangen, wobei sich das radioaktive Kohlenstoffisotop 14 (14 C) bildet. 0,20 Prozent bilden Argon 41 (41 Ar) aus Argon 40 (40 Ar), 0,0054 Prozent Argon 37 (37 Ar) aus Argon 36 (36 Ar). Der Hauptanteil der produzierten Aktivität entfällt auf die nur im Promillebereich vorkommenden Argonisotope 37 Ar und 41 Ar: Diese haben zusammen die 58.700-fache Aktivität des Radiocarbons (14 C)! Die Ursache dafür sind deren sehr viel geringere Halbwertszeiten. Deswegen trägt auch das nur in Spuren auftretende Nuklid Xenon 137 (137 Xe) mit seiner Halbwertszeit von wenigen Minuten noch einen Aktivitätsanteil in der gleichen Größenordnung wie 14 C bei - die reine Betrachtung der Mengen kann deutlich in die Irre führen.

Es kann also keine Rede davon sein, daß ein Zwischenlager keine Radioaktivität freisetzt: Sobald wesentliche Mengen von Neutronen in die Luft gelangen, entsteht dort ganz zwangsläufig Radioaktivität in Form von Aktivierungsprodukten. Diese können potentiell zu einer Strahlenbelastung führen: Die Lagerbehälter geben erhebliche Wärmemengen an die Umgebungsluft ab, die deswegen über der Lagerhalle in die Höhe aufsteigt und dabei auch die entstandenen Aktivierungsprodukte mitnimmt. Diese Luft kühlt sich weiter oben ab, vermischt sich mit der übrigen Umgebungsluft und wird anschließend vom Wind mitgenommen.

Wie weit können die entstandenen Radionuklide transportiert werden?

Bodennahe Windgeschwindigkeiten von 5 bis 10 m/s - das entspricht circa 25 Kilometer pro Stunde (km/h) - sind nichts Ungewöhnliches. Innerhalb der Halbwertszeit des Argons 41 von 1,8 Stunden kann es also Entfernungen von circa 40 Kilometer zurücklegen. Diese Strecken passen von der Größenordnung her gut zu den epidemiologisch beobachteten Effektreichweiten der Geburtenanomalien. Wäre es also möglich, daß das TBL-G, unbemerkt von den Behörden, Radioaktivität freisetzt, die Bevölkerung im Umkreis verstrahlt und daß das auch die Ursache der festgestellten Geburtenanomalien ist? Das hängt davon ab, wieviel Radioaktivität effektiv erzeugt wird. Die spezifische Bildungsrate der Aktivierungsprodukte läßt sich aus dem vorhandenen Neutronenfluß, den nuklidabhängigen Wirkungsquerschnitten und deren Konzentration abschätzen. Verglichen werden muß die Bildung von Aktivierungsprodukten aufgrund der ständig und überall vorhandenen Neutronenflußrate aus der kosmischen Höhenstrahlung mit der zusätzlich von den Atommüllbehältern erzeugten Radioaktivität. Aufgrund der kontinuierlichen Exposition durch die natürliche Strahlung befindet sich die kurzlebige Aktivierungsaktivität im radioaktiven Gleichgewicht, das heißt es werden ständig so viele aktivierte Atome nachgebildet, wie durch den radioaktiven Zerfall verschwinden. Das sind bei natürlichen Flußraten von circa 1 bis 3 thermischen Neutronen pro Quadratmeter und Sekunde nur einige zehn Mikrobecquerel pro Kubikmeter, das heißt es findet dadurch in einem Kubikmeter lediglich einmal im Monat eine solche Kernumwandlung statt.

In der Nähe der Lagerbehälter kann man von Flußraten in der Größenordnung von 100 Neutronen (n) pro Quadratzentimeter (cm²) und Sekunde (s) ausgehen ([6], [7], [8]), also annähernd das Millionenfache der natürlichen Flußrate. Leider ist die räumliche Intensitätsverteilung der Strahlung in der Lagerhalle und deren Umgebung nicht genau bekannt und auch nur schwierig zu ermitteln. Zwar hatte der Technische Überwachungsverein (TÜV) im Auftrag der niedersächsischen Landesregierung die dafür erforderlichen umfangreichen Monte-Carlo-Rechnungen durchgeführt, wobei diese Daten im Prinzip angefallen wären, jedoch hatte er auftragsgemäß damit dann nur die Neutronendosisleistung an der Anlagengrenze ermittelt und die Zwischenrechnungsergebnisse wegen deren großen Speicherplatzbedarfs anschließend gelöscht. Probeweise kann abgeschätzt werden, daß der vorhandene Neutronenfluß einem mit 100 n/(cm²·s) bestrahlten Volumen von circa 100.000 Kubikmetern entspricht. Dabei würden dann in der Anlage circa 200 Becquerel Argonaktivität pro Sekunde erzeugt.

Bewertung

Man kann diese Aktivitätsmenge mit den Abgaben anderer kerntechnischer Anlagen an die Luft vergleichen. Aus den Schornsteinen von Kernkraftwerken werden jährliche Aktivitätsmengen im Terabecquerel-Bereich abgegeben - das entspricht durchschnittlichen Abgabemengen von mehreren zehn Kilobecquerel pro Sekunde, also zwei bis drei Größenordnungen mehr, jedoch in effektiven Höhen von 150 bis 200 Metern über Gelände, im Gegensatz zum TBL-G, dessen Freisetzungen "in Baumwipfelhöhe" stattfinden. Die Konzentration in der Abwindfahne ist dabei umgekehrt proportional zur Windgeschwindigkeit. Insofern könnte die Radioaktivitätskonzentration in Bodennähe beim TBL-G in einer vergleichbaren Größenordnung wie die in der Umgebung von Kernkraftwerken liegen, jedenfalls ist es prinzipiell falsch, davon auszugehen, daß Zwischenlager keine Radioaktivität abgeben - das tun sie auch dann schon zwangsläufig, wenn die Lagerbehälter hermetisch verschlossen sind.

Ein anderer Gesichtspunkt ist, daß Luft nicht nur die aufgeführten Gase enthält, sondern auch Festkörper (Staub). Staubpartikel sind im Gegensatz zu Gasteilchen keine atomaren oder molekularen, sondern makroskopische Objekte. Sie können sich zwar mit der Luft mitbewegen, aber auch für längere Zeiten an einem Ort verharren. Sie können sich im Strahlungsfeld unter Umständen bis zum radioaktiven Gleichgewicht mit Aktivierungsprodukten anreichern. Im Gegensatz zu Gasen bleiben die Atome des Staubteilchens dabei im Verbund beieinander, so daß eventuell in einem kleinen Teilchen eine verhältnismäßig große Menge Radioaktivität akkumuliert ist. Das kann fatale Folgen haben, wenn ein solches Teilchen in den Körper aufgenommen wird. Diese Teilchen könnten in der Umgebungsüberwachung nachgewiesen werden, wenn sie - in ausreichender Häufigkeit - in die Filter gelangten. Aber gelangen sie denn dorthin, oder überfliegen sie die nicht vielleicht einfach mit der aufsteigenden Warmluft?

Die Bestimmung der vorliegenden Neutronenflußraten ist schwierig, und sie sind auch nicht genau bekannt. Bei den entsprechenden Untersuchungen wurde bisher hauptsächlich die Frage der Neutronendosimetrie betrachtet, also die von den Neutronen im menschlichen Körper erzeugte Dosisrate. Zu dieser tragen insbesondere die schnellen Neutronen maßgeblich bei. Aktivierungsprodukte werden wegen der mit zunehmender Neutronenenergie abnehmenden Wirkungsquerschnitte jedoch fast nur von den langsamen thermischen Neutronen erzeugt, insofern handelt es sich um eine andere, bisher ignorierte Fragestellung.

Auch ist an den offiziellen Neutronen-Ortsdosisleistungsmessungen Kritik zu üben. Ziel der Messungen ist es, nachzuweisen, daß der Eingreifricht- beziehungsweise Genehmigungsgrenzwert von 0,27 beziehungsweise 0,30 Millisievert pro Jahr (mSv/a) für die zusätzliche Strahlenbelastung eingehalten wird - das sind circa 30 bis 35 Nanosievert pro Stunde (nSv/h). Die Strahlenbelastung setzt sich dabei aus der Gammastrahlungs- und der Neutronenortsdosisleistung zusammen. Da die natürliche Strahlungskomponente ähnlich hoch ist und sich auch zeitlich verändert, ist das grundsätzlich nur durch eine Differenzmessung möglich: Es werden gleichzeitig an der Anlage sowie in einer wenige Kilometer entfernten Referenzmeßstation die Ortsdosisleistungen gemessen und aus beiden Meßwerten die Differenz gebildet - diese wird dann als anlagenbedingt angesehen.

Allerdings geschieht das bei den Neutronen offenbar mit ungeeigneten Meßgeräten: Die natürliche Neutronendosisleistung liegt in der Größenordnung von 5 bis 10 nSv/h. Für das verwendete Meßgerät gibt der Hersteller jedoch eine untere Meßbereichsgrenze von 30 nSv/h an, das heißt es ist schon vom Grundsatz her zu unempfindlich, um die zu überwachende Größe überhaupt messen zu können. Dazu kommt noch, daß die Meßgeräte in Wetterschutzhütten montiert sind, die ihrerseits die Strahlung teilweise abschirmen. Diese Abschirmung wurde bisher durch einen pauschalen Zuschlag von 50 Prozent auf die Meßwerte angesetzt. Falls das richtig wäre, dann bedeutet es aber im Umkehrschluß, daß sich auch die untere Meßbereichsgrenze auf 45 nSv/h erhöht - damit können die einzuhaltenden Grenzwerte meßtechnisch überhaupt nicht aufgelöst werden. Hinzu kommt noch, daß die Meßgeräte zwar vom Hersteller kalibriert werden, aber wegen bisher noch fehlender Bauartvorschriften nicht eichfähig sind; es werden also genehmigungsrelevante Meßwerte mit ungeeigneten, außerhalb des Nenngebrauchsbereichs verwendeten und ungeeichten Meßgeräten überwacht - eigentlich ist das ein Unding.

Inzwischen hat wegen der Unstimmigkeiten in den veröffentlichten Meßdaten - die gemessenen Dosisleistungen stiegen in der mutmaßlich von der Anlage unbeeinflußten Referenzmeßstation ebenfalls an - auch die Aufsichtsbehörde ernsthafte Zweifel an der Reliabilität des Meßkonzepts bekommen. Möglicherweise ist der Abschirmfaktor des Wetterschutzes gar nicht energieneutral, also könnte die Abschwächung bei niedrigen Neutronenenergien eventuell auch höher als 50 Prozent sein, während er bei schnellen Neutronen vielleicht sogar kleiner als Eins ist, also diese zusätzlich moderiert werden und die gemessene Dosisleistung erhöhen.

Folgerungen

Letztlich kommt es nicht darauf an, welche Emissionen man theoretisch oder vielleicht auch meßtechnisch feststellen kann. Relevant ist, welche Strahlenbelastungen für die Bevölkerung tatsächlich auftreten. Das kann man aber prinzipiell nicht an der Anlage, sondern nur vor Ort messen. Schmitz-Feuerhake et al. [5] haben Meßdaten der Thermolumineszenzdosimeter (TLDs) aus der Umgebung des Kernkraftwerks Krümmel ausgewertet und eine signifikant höhere Strahlungsdosis der Geräte innerhalb eines 5-Kilometer-Radius gegenüber denjenigen im Abstand von 5 bis 15 Kilometer festgestellt. Eine solche, relativ kostengünstige Untersuchung einer eventuellen Abstandsabhängigkeit der Strahlenbelastung ist in der Umgebung des TBLG derzeit nicht möglich. Zwar verwendet auch der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN) als unabhängige Meßstelle TLDs zur Dosismessung, jedoch sind diese fast alle innerhalb eines Abstands von lediglich 2 Kilometern um das TBL-G herum angeordnet, so daß sie möglicherweise Radioaktivitätsfreisetzungen, die mit der Warmluft aus der Lagerhalle zunächst aufsteigen und erst in einigem Abstand wieder in Bodennähe gelangen, überhaupt nicht erfassen können.

1. Hagen Scherb, Kristina Voigt, Ralf Kusmierz: FactSheet Gorleben Version 3.0, December 2011: Gender specific live births in the vicinity of Gorleben, Germany: Lower Saxony (1971-2010), Mecklenburg-West Pomerania (1990-2010), Brandenburg (1991-2009), and Saxony Anhalt (1991-2009), 12/21/2011,
http://www.helmholtz-muenchen.de/ibb/homepage/hagen.scherb/FactSheetGorleben.pdf

2. Epidemiologie - Bei Gorleben werden seit Beginn der Castor-Transporte ins dortige Atom-Zwischenlager zunehmend zu wenige Mädchen geboren Strahlentelex 590-591 v. 4.8.2011, S. 17,
http://www.strahlentelex.de/Stx_11_590_S17-18.pdf

3. Sebastian Pflugbeil, Verlorene Kinder um Gorleben, Strahlentelex 592-593 v. 1.9.2011, S. 14,
http://www.strahlentelex.de/Stx_11_592_S14.pdf

4. NLGA: Veränderungen beim sekundären Geschlechterverhältnis in der Umgebung des Transportbehälterlagers Gorleben ab 1995; Analysen auf Basis der Geburtsstatistiken der Bundesländer Brandenburg, Mecklenburg-Vorpommern, Sachsen-Anhalt sowie Niedersachsen. Erstellt von M. Hoopmann und K. Maaser, Hannover Juli 2011.

5. I. Schmitz-Feuerhake, O. Schumacher und H. Ziggel: Umweltindikatoren für radioaktive Freisetzungen durch das KKW Krümmel - Radioactivity in the environment indicating releases by the Nuclear Reactor Krümmel, in: Heinemann, G., Pfob, H. (Eds.) Strahlenbiologie und Strahlenschutz 28. Jahrestagung des Fachverbandes für Strahlenschutz. Hannover, Okt. 1996, S. 353-355

6. Heimlich, Friedrich H.: Messungen im Neutronen- und Gamma-Strahlungsfeld eines beladenen Castor-IIa-Behälters im Transportbehälterlager Gorleben und Vergleich der Meßergebnisse für Neutronen mit Monte-Carlo-Rechnungen, BfS-ET-24/97, 1997,
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0221-201206198614

7. Börst, Frank-Michael; Rimpler, Arndt; Scheib, Helmut: Strahlungsmessungen an Transport- und Lagerbehältern zur Beförderung von hochaktiven Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung und von bestrahlten Brennelementen, BfS-ET-32/00, Juli 2000,
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0221-201109056224

8. Börst, Frank-Michael; Nitsche, Frank: Strahlungsmessungen an einem Transport- und Lagerbehälter vom TYP CASTOR HAW 20/28 CG, BfS-SE-01/03, Juli 2003,
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:0221-201109056231

* Institut für Biomathematik und Biometrie, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ingolstädter Landstraße 1, D-85764 Neuherberg

Weitere Informationen
http://www.helmholtz-muenchen.de/ibb/homepage/hagen.scherb/proceedings.html


Der Artikel ist auf der Website des Strahlentelex zu finden unter
www.strahlentelex.de/Stx_12_616_S01-04.pdf

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Quelle:
Strahlentelex mit ElektrosmogReport, September 2012, Seite 1-4
Herausgeber und Verlag:
Thomas Dersee, Strahlentelex
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Internet: www.strahlentelex.de


veröffentlicht im Schattenblick zum 21. November 2012