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StartseiteForschung aktuellTon als potenzielles Endlager10.05.2011

Ton als potenzielles Endlager

Mainzer Forscher untersuchen Opalinuston als Wirtsgestein für Atommüll

Energie.- In aller Regel wird Atommüll in Salzschichten gelagert, um ihn so von der Oberfläche zu isolieren. Eine Alternative dazu könnten mächtige Tonsteinschichten sein. Deshalb hat ein Forschungsverbund nun das Verhalten von Plutonium und Neptunium im süddeutschen Opalinuston untersucht.

Von Dagmar Röhrlich

Wie gut sich Ton für die Endlagerung von radioaktivem Material handelt, wird derzeit von Forschern untersucht.  (AP)
Wie gut sich Ton für die Endlagerung von radioaktivem Material handelt, wird derzeit von Forschern untersucht. (AP)

Das kernchemische Labor der Universität Mainz. Handschuhe und Schutzbrille, Kittel, Überschuhe und Dosimeter sind Pflicht: Schließlich wird hier mit radioaktivem Neptunium und Plutonium experimentiert - Stoffen, die wegen ihrer Langlebigkeit in einem Endlager über Hunderttausende von Jahren hinweg Probleme bereiten. Die Experimente sind in Abzügen aufgebaut, aus denen permanent Luft abgesaugt wird:

"Also, in dem Abzug sehen Sie den Aufbau mit zwei Diffusionszellen. In diesem Stahlzylinder befindet sich ein kleiner Ton-Bohrkern, der hat einen Durchmesser von 2,5 Zentimeter und eine Dicke von einem Zentimeter."

Tobias Reich von der Universität Mainz. Mithilfe dieser Zellen soll untersucht werden, wie weit sich die Radionuklide in einem Endlager ausbreiten könnten. Dafür stecken in den hermetisch abgeschlossenen Stahlzylindern von der Größe einer Kondensmilchdose Plättchen aus Opalinuston - einem möglichen Wirtsgestein für ein Endlager, das in Süddeutschland gefunden wird. Diese Stahlzylinder sind über dünne Schläuche mit zwei Laborflaschen verbunden:

"Auf der einen Seite befindet sich das Porenwasser, in dem wir Plutonium beziehungsweise Neptunium zugegeben haben, und auf der anderen Seite der Diffusionszelle befindet sich nicht radioaktives Wasser. Und wir untersuchen jetzt über einen langen Zeitraum, wie sich das Plutonium, das sich auf der einen Seite des Bohrkerns befindet, fortbewegt und in den Ton-Bohrkern hinein diffundiert."

Die Frage ist, was sich viele hundert Meter unter der Erde in einem möglichen Endlager im Opalinuston abspielen könnte: Also wie sich Plutonium und Neptunium in den Tonsteinen ausbreiten würden und ob sie in die Biosphäre gelangen könnten. Im Experiment geben die Mainzer Forscher den beiden Radionuklide etwa einen Monat Zeit. Das Ergebnis: Am Ende sind sie Bruchteile eines Millimeters vorangekommen.

"Wir haben für unser Experiment auch mal abgeschätzt, wie lange müssen wir warten, in unserem kleinen Versuchsaufbau, hier, wo wir nur einen Zentimeter Ton haben, bis das Neptunium oder Plutonium durchkäme auf der anderen Seite. Und das liegt dann im Bereich von circa zehn Jahren."

Allerdings schwanken die Ergebnisse - je nach Tonstein. Enthält er geringe Anteile von Pyrit, also Katzengold, verändert sich das chemische Verhalten der Radionuklide: Dort fängt er das Plutonium fast zu 100 Prozent weg. Die mineralogische Zusammensetzung des Wirtsgesteins ist nicht der einzige Faktor, den die Mainzer Forscher untersuchen. So spielt die Temperatur eine Rolle und ob bei den Experimenten Sauerstoff da ist oder nicht.

Auch in Norddeutschland gibt es Tonsteinformationen, die ebenfalls als Wirtsgestein infrage kommen. Die am süddeutschen Opalinuston gewonnenen Ergebnisse sind allerdings nicht eins zu eins übertragbar. Im Norden kommt ein weiterer Faktor ins Spiel:

"Bei den Tonvorkommen in Norddeutschland ist eine Besonderheit, dass dort sehr hohe Salzgehalte im Porenwasser auftreten können im Gegensatz zum Ton in Süddeutschland, so dass wir in der Zukunft planen, diesen Einfluss der hohen Salinität zu untersuchen. Da liegen noch nicht ausreichende Erkenntnisse vor."

Das geht nur mit weiteren Experimenten. Für Rechenmodelle ist das Geschehen an den Tonmineralen einfach zu komplex. Außerdem stecken in abgebrannten Brennelementen viele weitere problematische Stoffe, mit denen andere Forschergruppen arbeiten: Das sehr langlebige Chlor-36 etwa, Jod 129 oder radioaktive Eisenisotope. Sie alle binden sich kaum oder gar nicht an Tonminerale. Französische Forscher fanden heraus, dass sie im Lauf von einigen hunderttausend Jahren ein Endlager verlassen und in die Biosphäre gelangen können - allerdings "tröpfchenweise", Grenzwerte würden wohl nicht überschritten.

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