Wege aus der Entsorgungsfalle

Book

Reference

Wege aus der Entsorgungsfalle

BUSER, Marcos, WILDI, Walter

Abstract

L'ouvrage décrit en dix chapitres les principes du stockage des déchets nucléaires, les besoins en recherche, les projets existants, les principes de la planification, les conditions légales nécessaires, les structures organisationnelles et le cheminement à suivre en Suisse.

BUSER, Marcos, WILDI, Walter. Wege aus der Entsorgungsfalle . Zürich : Schweizerische Energiestiftung, 1981, 257 p.

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:90829

Disclaimer: layout of this document may differ from the published version.

1 / 1

SES-Report Y Y 1 2

Entsorgungsfalle

Schweizerische

Energie-Stiftung

Erhältlich bei:

Schweizerische Energie-Stiftung, Sihlquai 67, 8005 Zürich

und im Buchhandel

(Auslieferung: AVA (buch 2000), Postfach 89, 8910 Affoltern a.A.)

ISBN 3 85675 012 6

Copyright (c) SES 1981

Umschlag: H & H, Werkstatt für Gestaltung für öffentliche und soziale Aufgaben:

Peter Hajnoczky / Harriet Höppner / Ursula Somaini

Druck: fotodirekt, ropress Zürich

W E G E A U S D E R E N T S O R G U N G S F A L L E

SES-REPORT NR, 12

VON

MARCOS BUSER UND

WALTER WILDI

Mit B e i t r ä g e n von:

A.W. B a l l y U. K a s s e r J . P . G r o e t z n e r A. Tollmann VORWORT VON K . J . H S Ü

1 9 8 1

SCHWEIZERISCHE ENERGIE-STIFTUNG

Im Frühling 1980 entschied sich die schwedische Be- völkerung an der Urne für eine begrenzte Förderung der Atomenergie in ihrem Land. Dieser Entscheid kam für mich überraschend, berichtete doch kurz, vor der Abstimmung ein schwedischer Experte an einem vom geo-

logischen Institut der ETH organisierten Seminar über die Probleme der schwedischen Wissenschaftler auf ihrer Suche nach einem sicheren Endlager für radioaktive A b - fälle. Er wies auf verschiedene technische Probleme hin, die noch nicht gelöst seien und für d i e möglicher- weise nie eine Lösung gefunden werden könne. Er erwähn- te auch, dass eine technische Expertenkommission , die im Auftrage der Regierung die Resultate der beste- henden wissenschaftlichen Studien zum Problem der End- lagerung radioaktiver Abfälle überprüft hatte, sich im Verhältnis 7:1 entschied, die vorliegenden Daten nicht als Beweis für eine sichere Lösung des Problems gelten zu lassen. Ich war zur Zeit der Abstimmung nicht in Schweden, fragte mich jedoch, wie weit sich wohl die Wähler der Schwierigkeiten bei der Endlagerung hoch- aktiver Abfälle bewusst waren. Vielleicht hätte das Abstimmungsresultat anders ausgesehen, wenn die schwe- dische Bevölkerung wirklich umfassend über alle unbe- antworteten Fragen in diesem Bereich aufgeklärt wor- den wäre. Selbstverständlich kann man nicht erwarten, dass der Laie alle Details der anstehenden, komplexen technischen Probleme versteht. Ein Mangel an allge- meinverständlicher, jedoch umfassender Literatur, g e - schrieben für den Nicht-Fachmann, verunmöglicht es selbst einem interessierten Laien, einen Ueberblick über all die hängigen Fragen zu erhalten.

Der vorliegende Bericht von M. Buser und D r . W. Wildi leistet in dieser Hinsicht einen wichtigen Dienst für die Oeffentlichkeit, indem er dem Laien ermöglicht, eine grosse Wissenslücke zu verkleinern. Die Autoren versuchen, in einer fairen und objektiven Analyse die technischen Aspekte des Atommüll-Problems für den Nicht- Fachmann darzustellen. Ich muss jedoch festhalten, dass sich der Text nicht so leicht liest wie eine Zei- tungsreportage oder ein Roman. Ein tieferes Verständnis der komplexen Probleme erfordert die Konzentration des Lesers.

Busers und Wildis Arbeit besteht aus zwei Teilen. Im ersten Teil wird d i e generelle Methodologie im Bereich der Planung und Suche nach Endlagern diskutiert. Die Autoren weisen auf den Unterschied zwischen einem Kon- zept und einem Projekt hin. In einem Konzept ist eine Idee ausformuliert, eine generelle Darstellung von Möglichkeiten. Ein Projekt hingegen stellt die konkrete Grundlage für eine wissenschaftliche Untersuchung dar, die über die Eignung bestimmter Lokalitäten als sicheres Endlager Auskunft geben soll.

Der für mich wichtigere zweite Teil im Buch befasst sich mit den schweizerischen Anstrengungen im Bereich der Planung und Suche eines Standorts für die sichere Lagerung radioaktiver Abfälle. Nach einer kurzen, ein- leitenden Darstellung der Geologie der Schweiz d i s k u - tieren die Verfasser die Faktoren, die bei der Suche eines Endlagers berücksichtigt werden müssen. Man muss annehmen, dass die vom Menschen geschaffenen, k ü n s t l i - chen Abfall-Behälter der Korrosion nicht allzu lange widerstehen können. Deshalb besteht die Gefahr einer schwerwiegenden Umweltverschmutzung durch radioaktive Stoffe oder hochgiftige Elemente wie etwa Plutonium, falls Grundwasser durch den Inhalt der korrodierten Be- hälter verseucht w i r d . Der Geologe, der sich mit dem Abfallproblem befasst, muss deshalb in erster Linie zu beweisen versuchen, dass die Wasserzirkulation im B e - reich eines möglichen Endlagers für den Zeitraum, in dem radioaktive Stoffe schädliche Auswirkungen auf die Gesundheit von lebenden Organismen haben können, vernach

lässigbar klein ist. Natürlich gibt der Begriff "ver- nachlässigbare Wasserzirkulation" ebenso wie die Frage, wie lange radioaktive Abfälle nicht mit der Hydro-

sphäre in Kontakt kommen sollen, Anlass zu heftigen Kontroversen. Auf jeden Fall muss eine Vielzahl von Faktoren berücksichtigt werden, vor allem das hydrody- namische Potential für die Grundwasserzirkulation, w e l - ches hauptsächlich durch Klima, Topographie und - als wichtigstem Faktor - durch d i e Durchlässigkeit des G e -

steins für die Wasserzirkulation bestimmt wird. Die Durchlässigkeit ist abhängig von der Gesteinsart, aber auch der Grad der Klüftung u n d eine mögliche zukünftige Zerklüftungsgefahr spielen e i n e wichtige Rolle.

Schliesslich befassen sich d i e Autoren auch noch mit dem laufenden Forschungsprogramm der "Nationalen G e n o s -

senschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle" (NAGRA) Sie w e i s e n mit Recht darauf hin, dass d i e NAGRA bisher

nur einzelne grundsätzliche Konzepte erarbeitet hat, dass jedoch die Ausführung eines Projektes zur sicheren Endlagerung radioaktiver Abfälle noch in den Anfängen steckt. Des weiteren scheint der Zeitplan der NAGRA unrealistisch zu sein. In diesem Plan ist vorgesehen, dass bis 1985 die Gewähr für eine sichere Endlagerung radioaktiver Abfälle gegeben werden kann. Buser und Wildi schätzten ab, dass über die Machbarkeit eines sicheren Endlagers kaum vor Ende dieses Jahrhunderts definitive Aussagen gemacht werden können. Diese Schät- zung mag pessimistisch klingen, auf jeden Fall ist sie in guter Uebereinstimmung mit ähnlichen Schätzungen von Experten, die in andern Ländern an diesem schwieri- gen Problem arbeiten. Das vorliegende Buch, das die bei- den Verfasser vor allem den technischen Fragen der End- lagerung hochaktiver Abfälle gewidmet haben, weist zu- sätzlich auf einige problematische juristische Aspekte des Problems h i n . Jene Leser, die sich nicht mit allen technischen Problemen und Fragen befassen mögen, soll- ten an den Kapiteln 8 und 9 Gefallen finden, worin die

"Organisationsstruktur des schweizerischen Entsorgungs- programms" und "der gesetzliche Rahmen der nuklearen Entsorgung in der Schweiz" abgehandelt wird. Die A u - toren machen darauf aufmerksam, dass sich die Gesetzge- ber möglicherweise mit dem nicht genau definierten Be- griff "gewährleisten" ein Hintertürchen offengelassen haben. Nach heutiger Interpretation dürfte eine sichere Lagerung bereits gewährleistet sein, wenn ein Endlager- Standort festgelegt ist und wenn dort einige Bohrungen durchgeführt worden sind. Buser und Wildi glauben jedoch - ebenso wie ich -, dass die Bestimmung eines Standorts, das Abteufen einer Bohrung sowie die Beschreibung der erbohrten Gesteine noch keine sichere Endlagerung "ge- währleisten" . Um diese Forderung zu erfüllen, müssten noch zusätzliche geologische Experimente an verschie- denen Modellen durchgeführt werden. Es ist fraglich, ob die NAGRA und der Bund Busers und Wildis Meinung teilen. Eigentlich sollten aber dringend spezifische Aussagen über die Art der vorgesehenen Experimente g e - macht werden, und ebenso sollte festgelegt werden, w e l -

che Resultate dieser Studien noch als akzeptabel b e - trachtet werden können.

Zusammenfassend möchte ich Herrn Buser und Herrn D r . Wildi für ihren Einsatz gratulieren, dieses objektive Buch zu schreiben, das den Laien über das komplexe Problem der Endlagerung radioaktiver Abfälle besser

informieren soll. Ich möchte hervorheben, dass dieses Problem das Wohlbefinden vieler zukünftiger Generatio- nen tangiert. Unsere Generation sollte nichts tun, was für unsere Enkelkinder oder sogar deren Nachfah- ren katastrophale Folgen haben könnte. Deshalb glaube ich, dass jeder gewissenhafte Bürger sich einige Zeit nehmen sollte, um dieses Buch zu lesen, falls je Fra- gen, die die sichere Lagerung atomarer Abfälle betref- fen, durch ein Referendum vor das Stimmvolk gelangen sollten.

Zürich, 17. Februar 1981 Kenneth J. Hsü

Professor für Geologie ETH-Zürich

INHALTSVERZEICHNIS

Seite

EINLEITENDE WORTE 14 TEIL I: DIE ALLGEMEINE METHODIK BEI DER PLANUNG

UND SUCHE NACH ENDLAGERSTAETTEN FUER

RADIOAKTIVE ABFAELLE 17 1 EIN ALLGEMEINER UEBERBLICK: GRUNDBE-

GRIFFE UND STRATEGIEN 18

1.1 Einleitung 18 1.2 Konzepte und Projekte 19

1.3 Die Rahmenbedingungen bei der V e r f o l -

gung von Endlagerungskonzepten 20 1.3.1 Klassifikation von Endlagerungskonzepten 22

1.3.2 Das Mehrfachbarrieren-Konzept 22 1.3.3 Das Verhältnis zwischen künstlichen und

natürlichen Barrieren im Rahmen des Mehr-

fachbarrieren-Konzeptes 30 2 GRUNDLAGEN ZUR ERFORSCHUNG, PLANUNG UND

ERSTELLUNG VON ENDLAGERSTAETTEN FUER HOCH- AKTIVE ABFAELLE IN GEOLOGISCHEN FORMATIO-

NEN 36 2.1 Einführung 36

2.2 Die Leitsätze der Entsorgung 37 2.3 Die drei Perioden der Entsorgung 39 2.3.1 Ziele für die Perioden der aktiven

Nutzung der Kernspaltung 40 2.3.2 Ziele für die Periode der Ueberwachung 41

2.3.3 Ziele für die Periode der Isolation der

Abfälle 42 2.4 Wege zur Verwirklichung der gesetzten

Ziele 43 2.4.1 Strukturelle und gesetzliche Grundlagen 44

2.4.2 Die Entwicklung wissenschaftlicher und

technologischer Entscheidungsgrundlagen 44 2.5 Die Entwicklung von Konzepten und Projekten 49 3 FORSCHUNGSPLANUNG FUER ENDLAGERSTAETTEN VON

HOCHAKTIVEN ABFAELLEN IN DER KONTINENTALEN

ERDKRUSTE 53

4 FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG AUF DEM GE- BIET DER ENDLAGERUNG VON HOCHAKTIVEN

ABFAELLEN: DAS TIEFSEEBODEN-PROJEKT 62 4.1 Die Ausgangsbasis des Tiefseeboden-Projekts 62

4.2 Der Aufbau 63 4.3 Die Anwendung des Mehrfachbarrieren-Kon-

zeptes im Rahmen des Tiefseeboden-Projekts 63

4.4 Das Untersuchungsprogramm 66 4.4.1 Standortuntersuchungen 68 4.4.2. Untersuchungen der Umweltsbedingungen , 70

4.4.3 Erkennen und Bewerten des Barrierensystems 70

4.4.3.1 Wechselwirkungen im Nahbereich 70 4.4.3.2 Ionentransport im Fernbereich 72 4.4.4 Transport, Absenkungs- und Plazierungs-

verfahren 73 4.4.5 Risikoanalysen 74 4.4.6 Gesellschaftliche Aspekte 74

5 VON DER NOTWENDIGKEIT DER PLANUNG 76 TEIL II:DIE VERHAELTNISSE BEI DER PLANUNG UND

SUCHE VON ENDLAGERSTAETTEN FUER RADIO-

AKTIVE ABFAELLE IN DER SCHWEIZ 79 6 DIE VORAUSSETZUNGEN BEI DER SUCHE NACH

ENDLAGERSTAETTEN FUER HOCHRADIOAKTIVE

ABFAELLE IN DER SCHWEIZ 80 7 DIE SUCHE NACH MOEGLICHEN ENDLAGERSTAET-

TEN FUER HOCHRADIOAKTIVE ABFAELLE IN DER

NORDOSTSCHWEIZ 83 7.1 Einleitung: Von der Absichtserklärung

zum Verschluss des Endlagers 83 7.2 Anforderungen an die geologische B e -

schaffenheit eines Endlagerstandortes

für hochradioaktive Abfälle 85 7.3 Die geologischen Verhältnisse in der

NordostSchweiz 88 7.3.1 Der geologische Bau 88 7.3.1.1 Der Schwarzwald, das "Grundgebirge" 88

7.3.1.2 Der Tafeljura 94 7.3.1.3 Der Faltenjura 99 7.3.1.4 Die mittelländische Molasse 99

7.3.1.5 Die Bildungen der quartären Eiszeiten 100 7.3.1.6 Die Bruchsysteme in der Erdkruste der

Nordschweiz 101 7.3.1.7 Erdbeben 102 7.3.2 Das Grundwasser 102

7.3.3 Die geologischen Grundprobleme bei der Suche nach Endlagerstätten für hoch- radioaktive Abfälle im kristallinen

Grundgebirge der Nordostschweiz 110 7.4 Das methodische Vorgehen und der Zeitbe-

darf bei der Suche nach möglichen End- lagerstätten für hochradioaktive Abfälle

in der Nordostschweiz 113 7.5 Sondierbohrungen 115 7.6 Das Entsorgungsprogramm für hochradio-

aktive Abfälle der NAGRA 122

7.6.1 Die NAGRA 122 7.6.2 Das "Konzept" der NAGRA 122

7.6.3 Das "Projekt Gewähr" und das Forschungs-

projekt der NAGRA 123 7.6.4 Kritik des NAGRA-Forschungsprogrammes 125

7.7 Betrachtungen zu den Fragen der Rückhol- barkeit und der Zwischenlagerung von hoch- radioaktiven Abfällen in der Schweiz und

der Teilnahme an internationalen Projekten 130 8 DIE ORGANISATIONSSTRUKTUR DES SCHWEIZE-

RISCHEN ENTSORGUNGSPROGRAMMS 136 8.1 Historischer Rückblick über die Suche

nach Endlagerstätten für radioaktive

Abfälle in der Schweiz 136

8.2 Die NAGRA 137 8.2.1 Die Tätigkeit der NAGRA und ihrer V e r -

tragspartner 139 8.2.2 Die Oeffentlichkeitsarbeit der NAGRA 140

8.2.3 Kritik an der Organisationsstruktur und

der Oeffentlichkeitsarbeit der NAGRA 140 8.3 Die Aufsichtsbehörden und die Fachstel-

len des Bundes 143 8.4 Kritik an der Organisationsstruktur und

der Tätigkeit der Behörden 150 9 DER GESETZLICHE RAHMEN DER NUKLEAREN

ENTSORGUNG IN DER SCHWEIZ UND SEINE

FOLGEN 158 9.1 Das Atomgesetz von 1959 158

9.2 Der Bundesbeschluss zum Atomgesetz vom

6. Oktober 1978 158 9.3 Die Verordnung über die vorbereitenden

Handlungen vom 24. Oktober 1979 161 9.4 Die Betriebsbewilligungsklausel der Kern-

kraftwerke die im Betrieb oder im Bau

stehen 162

9.5 Die Interpretation des Gesetzes und

die Handhabung der Betriebsbewilligung 163 9.6 Kritik an den bestehenden Rechtsgrund-

lagen und deren Interpretation durch

"die Behörden 166 9.7 Das neue Atomgesetz 170

10 SCHLUSSFOLGERUNGEN UND EMPFEHLUNGEN 171

Literaturangaben 177 Verzeichnis der Figuren und Kästchen 187

Verzeichnis der im Text verwendeten Abkürzungen 189

ANHAENGE 191 A A.W. Bally: Stellungnahme zum Konzept

für die nukleare Entsorgung in der Schweiz 195 B J.P. Groetzner: Stellungnahme zum "NAGRA-

Konzept" 202 C A. Tollmann: Stellungnahme zum Konzept

der nuklearen Entsorgung in der Schweiz 207 D Untergruppe Geologie der Arbeitsgruppe

des Bundes für die nukleare Entsorgung:

Stellungnahme zu den Sondierbohrgesuchen

der NAGRA 214 E Interpellation Jaeger vom 27. November

1979 im Nationalrat 221 F Interpellation Morf vom 11. Juni 1980

im Nationalrat 227 G Briefwechsel zwischen den Autoren des

SES-Reports Nr. 6 und dem Bundesamt

für Energiewirtschaft 233 H U. Kasser: Methoden zur Festlegung von

Richtwerten in der Schweizerischen Strah-

lenschutzverordnung 248 I Auszüge aus dem Gutachten zum Gesuch der

SA L'Energie de l'Ouest Suisse (EOS), Lausanne, um die Genehmigung des Stand- ortes Verbois, Genève, für die Er s tel - lung eines Kernkraftwerkes von 800 -

1¹1 0 0 MWE (netto), (KSA, 1972) 252

J Auszüge aus der Stellungnahme der KSA zu Beschwerden gegen die Inbetriebnahme- und Betriebsbewilligung für das KKW

Gösgen (KSA, 1979) 254 13

Das Problem der nuklearen Entsorgung ist in den letzten Jahren auch in der Schweiz zusehends in den Brennpunkt der Auseinandersetzung um die Nutzung der Kernenergie gerückt. Es hat Proportionen angenommen, die einerseits eine dringliche Lösung für die bereits vorhandenen r a - dioaktiven Abfälle erfordert und die andererseits eine Lösung des Abfallproblems für die weitere Nutzung dieser Energiequelle bedingt. Nach den gültigen gesetzlichen Grundlagen werden der Betrieb der bestehenden Kernkraft- werke und der Ausbau der Kernenergie an einen Nachweis der dauernden sicheren Entsorgung und Endlagerung g e - knüpft. Inwieweit dieser Nachweis überhaupt erbracht werden kann, ist heute allerdings fraglich, da ein s o l - cher auf Prognosen über die voraussichtliche Wirksam- keit der Schutzsysteme zur Abkapselung der radioaktiven Stoffe von der Umwelt beruht, aber keine Garantie für eine erfolgreiche Abkapselung der Schadstoffe über d i e zu betrachtenden langen Zeiträume beinhaltet. Eine G e - währ für die dauernde sichere Entsorgung und Endlagerung wird demzufolge immer mit Unsicherheitsfaktoren belastet bleiben.

Im Unterschied zu den meisten Problemen, die unsere Zivilisation bisher zu bewältigen hatte, geht es bei der nuklearen Entsorgung um eine Aufgabe, deren h e u t i - ge Meisterung das Leben künftiger Generationen in e i n - schneidender Weise beeinflussen wird. Sollen die heute sichtbaren Wege im Bereich der Entsorgung mit einer g e - wissen Hoffnung auf Erfolg beschritten werden, so sind hierfür gewisse Voraussetzungen zu schaffen. Im v o r l i e - genden Buch legen wir diese sowohl auf dem Gebiet der Planung wie auch im Bereich der Organisationsstruktur und der rechtlichen Grundlagen eines Entsorgungsprogram- mes aufgrund der uns zur Verfügung stehenden Literatur und Information aus unserer Sicht dar. Es stellt damit die Fortsetzung zum vor zwei Jahren erschienenen S E S - Report 6 "Geologische Aspekte der Endlagerung radioak- tiver Abfälle in der Schweiz" dar. Der erste Teil des Buches ist allgemeiner Art; der zweite Teil bezieht sich auf die schweizerischen Verhältnisse. Obwohl die Autoren Geologen sind, ist dies kein Geologiebuch.

Einmal mehr bedauern wir, dass uns der Einblick in d i e Planungsunterlagen der NAGRA trotz wiederholter A n f r a - gen verwehrt wurde.

Wir danken der SES dafür, dass sie auch diesen zwei- ten Bericht über die Endlagerung in ihre Publikations- reihe aufgenommen hat. Für ihre finanzielle Unter- stützung sei an dieser Stelle auch den Gemeinden Hägen- dorf (SO) und Weiach (ZH) unser Dank ausgesprochen.

Wir möchten all jenen besonders danken, die uns durch die Zusendung von Stellungnahmen und bei der Ausarbei- tung und der Bereinigung dieses Berichts behilflich waren: A.W. Bally, M . T h . Benz, S. Benz, H.P. Funk, F. Giovanoli, J.P. Groetzner, G. Juvalta, K.J. Hsü, U. Kasser, Th. Koelliker, E. Ledergerber, A . G . Milnes, R. Müller, M. Müller-Vonmoos, M. Pestalozzi, B. Stöckli A. Schaer, A. Strasser, E. Suter, A. Tollmann, H. W e i s -

sert. Für Ihre Unterstützung sei ferner J. Aeppli (ASK) H. Flury (EIR), H.R. Lüthi (BEW), U. Niederer (ASK), und A. Zogmal (BEW) unser Dank ausgesprochen.

Wir allein zeichnen für den Inhalt verantwortlich.

Zürich, im Januar 1981

Marcos Buser, Walter Wildi

1 i

-

T E I L 1

ALLGEMEINE METHODIK BEI DER PLANUNG UND SUCHE VON ENDLAGERSTÄTTEN FÜR

RADIOAKTIVE ABFÄLLE

1. EIN ALLGEMEINER UEBERBLICK: GRUNDBEGRIFFE UND STRATEGIEN

1.1 EINLEITUNG

Das Problem der Beseitigung radioaktiver Abfälle be- steht, seitdem radioaktive Substanzen in Forschung, Industrie und Medizin Verwendung finden. Durch zwei weitere Verwendungsarten, nämlich jene zu militärischen Zwecken und jene als Brennstoff für Kernkraftwerke, hat die Produktion von Abfall seit dem zweiten Weltkrieg derartige Ausmasse angenommen, dass sich eine Lösung zum dauerhaften Schutz der Biosphäre aufdrängt und zu einer politischen Voraussetzung für die weitere Ver- wendung der Kernspaltung geworden ist (Aikin et al., 1 9 7 7 ) .

Endlaqerung ist die heute weltweit angestrebte Strate- gie, um dieses Ziel zu erreichen. Sie bezweckt, dass die Abfälle ohne jegliche Ueberwachung für die gewünsch- te Zeitspanne (Isolationszeit) von der Umwelt fernge- halten werden.

Im Gegensatz hierzu steht die Strategie der Zwischen- lagerung, die eine kontinuierliche Ueberwachung der Lagerstätten vorsieht und die Möglichkeit offenhält, im Bedarfsfall - zum Beispiel bei Lagerpannen - in den Lagerungsprozess einzugreifen und die Abfälle zu- rückzuholen.

Alle abfallproduzierenden Länder streben nach offiziel- len Absichtserklärungen langfristig die Variante der Endlagerung an. Die Erdwissenschaften stehen deshalb im Mittelpunkt dieser Bestrebungen, weil eine Beurtei- lung und Voraussage über den Ablauf natürlicher Prozesse über die langen Zeiträume, die für die Endlagerung be- trachtet werden müssen, hauptsächlich auf geologischen Erkenntnissen beruht. Für die Geologie als Wissenschaft weist das Problem allerdings auch neue Aspekte auf, wird doch zum ersten Mal in ihrer Geschichte erwartet, dass sie nicht nur die Gegenwart und die Vergangenheit, sondern auch die ferne Zukunft betrachtet. Dies be- deutet, dass sie ihr Wissen über den Ablauf der geolo- gischen Prozesse in möglichst quantitativen Abschätzun- gen erfasst und in Form von Wahrscheinlichkeiten auf die

Zukunft überträgt. Genügen die heutigen Kenntnisse der Erdwissenschaften für die Ausarbeitung dieser Zukunfts- modelle nicht, so m u s s die fehlende Information durch gezielte Forschung beschafft w e r d e n . Diese grundsätz- lichen Forderungen an die Erdwissenschaften bilden den Anstoss zu unserem einleitenden Ueberblick über End- lagerungskonzepte und über die für deren Verwirklichung eingeschlagenen Strategien.

Dabei stehen zwei Aspekte im Vordergrund:

- Welche Wege werden heute bei der Planung und der Suche von Endlagerstätten für radioaktive Abfälle v e r - folgt?

- Auf welchen Voraussetzungen beruhen die heute in B e - tracht gezogenen Strategien?

Bei der Behandlung dieser Aspekte sind die Schwierig- keiten, die sich mit den hochradioaktiven Abfällen (RAA) ergeben, von besonderer Bedeutung. Das Schwergewicht unserer Ausführungen liegt dementsprechend auf diesem Abfalltyp.

1. 2 KONZEPTE UND PROJEKTE

Ein zentraler Punkt der Entsorgung betrifft das Vor- gehen bei der Planung und der Suche für Endlagerstätten für radioaktive Abfälle (siehe Kapitel 2 , 3, 4 ) . Die- ses Vorgehen kann in zwei Phasen gegliedert werden:

- eine Konzeptphase, während der die Planung der Ent- sorgung verfolgt wird. Sie folgt einem Denkmodell, das mögliche Lösungen aufgrund bekannter und postu- lierter Fakten aufzeigen soll (Milnes et al., 1 9 8 0 ) . Die im Konzept zu berücksichtigenden Rahmenbedingun- gen sind nicht nur wissenschaftlicher, sondern auch technischer und wirtschaftlicher Art (Kubo et al., 1 9 7 3 ) . Konzepte sind prinzipiell weder auf lokale V e r - hältnisse noch auf politische Gegebenheiten zuge- schnitten. Sie müssen mit Hilfe von gezielten For- schungsprogrammen auf ihre Realisierbarkeit geprüft werden.

- eine Proiektphase, während der erfolgsversprechende Konzepte weiterverfolgt und nach Möglichkeit zur

Grundlage konkreter, standortspezifischer Projekte entwickelt werden. In der Projektphase wird die prak- tische Ausführung der vorgeschlagenen Konzepte ange- strebt .

Die an einer Endlagerung interessierten Länder befin- den sich heute in ganz verschiedenen Uebergangsphasen zwischen Konzept und Projekt. In einigen Ländern wurde ziemlich früh ein einzelnes Konzept als das günstigste ausgewählt und alleine weiterverfolgt. Dies betrifft Schweden, das eine Endlagerung in kristallinen Ge- steinen verfolgt (KBS, 1978a, 1978b) und die BRD, die eine Endlagerung der Abfälle in Salzgesteinen anstrebt

(Mauthe, 1979; GIR, 1979). Meist ist es aber nicht möglich, ein bestimmtes Konzept im Licht lokaler Ver- hältnisse so eindeutig zu bevorzugen, oder es stellt sich im Laufe der Forschungsarbeiten heraus, dass ande- re Konzepte ebensoaut in Frage kommen. In den USA wurde beispielsweise die anfänglich vor allem auf Salzgesteine ausgerichtete Forschungstätigkeit nach dem Auftreten grosser Schwierigkeiten auf andere, möglicherweise besser geeignete Gesteine ausgedehnt.

Da die sichere Endlagerung politisch zu einer Bedingung für die Weiterentwicklung der Kernenergie geworden ist, hat man in den letzten Jahren eine explosionsartige Zunahme der diesbezüglichen Forschungsanstrengungen feststellen können. Dabei werden die Vor- und Nachteile der verschiedenen Konzepte immer klarer herausgearbei- tet und grosse Mengen von einschlägiger Information zu- sammengetragen. Grundsätzlich neue Konzepte werden aber nicht entwickelt. Im Gegenteil: Gewisse einst in Er- wägung gezogene Varianten, wie die Entsendung der Ab- fälle ins Weltall, werden heute nicht mehr als reali- stisch betrachtet (Bürgisser et al., 1979) .

1.3 DIE RAHMENBEDINGUNGEN BEI DER VERFOLGUNG VON END- LAGERUNGSKONZ EPTEN

Die Entwicklung der verschiedenen Konzepte beruht auf

der Einführung spezifischer Rahmenbedingungen. Hierzu

gehören die Klassifikation von Endlagerungskonzepten

und die Anwendung des Mehrfachbarrieren-Prinzips. Die

Klassifikation von Endlagerungskonzepten sieht eine

globale Unterteilung der Konzepte aufgrund der verschie-

denen (chemischen, physikalischen und biologischen)

KONZEPTE

\ _ Geographische Lage

Abfalltyp

A. Endlagerung im kontinen-

talen Felsuntergrund B. Endlagerung ausserhalb der bewohnten Erdteile

\ _ Geographische Lage

Abfalltyp

Forschung und, Entwicklung vorwiegerra national

gezielte, v.a. lokalbedingte Fragenkataloge

Forschung und Entwicklung vorwiegend international regionale pder globale Fragenkataloge

1. niedriaaktive Abfälle aus den KKW, Spitälern, usw., ohne langlebige

d.- strahlende Isotope

A1 B1

2. hochaktive.o( strahlende Abfälle

aus den KKW und den Wiederauf bereit ungs -

anlagen

A2 B2

Abbildung 1: K l a s s i f i k a t i o n von E n d l a g e r u n g s k o n z e p t e n (nach Milnes e t a l . 1980).

Eigenschaften radioaktiver Abfälle und der geographisch bedingten geologischen Voraussetzungen vor. Die A n -

wendung des Mehrfachbarrieren-Prinzips charakterisiert die heute weltweit verfolgte Strategie, die Wanderung der radioaktiven Abfallstoffe aus einem Endlager durch verschiedene künstliche und natürliche Hindernisse zu unterbinden.

1.3.1 Klassifikation von Endlaaerunqskonzepten Endlagerungskonzepte werden für die geowissenschaft- liche Diskussion am besten nach zwei nicht geologischen Kriterien in vier Gruppen unterteilt (Abbildung 1 ) . Das erste Kriterium, der Abfalltyp (Kästchen 1 ) , ist die wichtigste Randbedingung der Endlagerung und b e - stimmt im Prinzip die erforderliche Isolationszeit.

Zweckgemäss können zwei Typen von radioaktiven A b - fällen, nämlich niedrigaktive und hochaktive Abfälle unterschieden werden (Bürgisser et al., 1979, Milnes et al., 1980) .

Das zweite Kriterium, die geographische Lage steckt den organisatorischen Rahmen ab und beschreibt die re- lative Wichtigkeit lokalgeologischer Betrachtungen g e - genüber solchen allgemein erdwissenschaftlicher A r t . Bei Endlagerungskonzepten kann gemäss ihrer geographi- schen Lage unterschieden werden, ob sie einen lokal- nationalen (A-Konzepte) oder einen global-internatio- nalen Rahmen (B-Konzepte) vorsehen. Bei den A-Konzepten wird die Endlagerung im kontinentalen Untergrund der betroffenen Länder geplant. Lokalgeologische Ver-

hältnisse sind bestimmend für die Konzept-Auswahl, für die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten und für die Standortwahl. Hierbei spielen aber auch nationale, politische Kriterien eine entscheidende Rolle. Im Gegensatz dazu stehen bei B-Konzepten globale Betrach- tungen im Vordergrund: Distanz von dicht bewohnten Erdteilen, weltweit günstigste Bedingungen in klima- tischer und tektonischer Hinsicht usw. Bei diesen Kon- zepten werden die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten international organisiert.

1.3.2 Das Mehrfachbarrieren-Konzept

Den meisten Endlagerungskonzepten liegt das "Mehrfach- barrieren-Prinzip" zugrunde (Abbildung 2 ) . Hierbei soll das Eindringen der radioaktiven Stoffe in die Biosphäre

Die Definition der zur Endlagerung anfallenden Abfalltypen sowie die erwartete effektive Zusammensetzung der Abfälle variiert von Autor zu Autor, beziehungsweise v o n Land zu Land (Bürgisser et al.

1979: Kästchen 2 ) . Im Hinblick auf die Endlagerung unterscheidet man zweckmässig zwei Typen von radioaktiven Abfällen (Milnes et a l . 1980) : 1) niedriqaktive Abfälle (NAA) und 2) hochaktive, «C- strahlende Abfälle (HAA). Diese Unterteilung trägt sowohl den erforderlichen Isolationszeiten (NAA: 100 bis 1000 Jahre, HAA:

100'000 bis 1'000'000 Jahre) als a u c h den erforderlichen L a g e r - kapazitäten Rechnung (Volumen der NAA = 100-1000-faches Volumen der H A A ) .

(1) NAA: Sie entstehen beim Betrieb und beim Abbruch von Atomanla- gen und umfassen radioaktiv verseuchtes Material aus Spi- tälern, Forschungsinstituten und Industriebetrieben. Kritisch in der Definition von NAA ist nicht nur die Radioaktivität (Heintz 198o), sondern vor allem die Aktivität der ^-Strahlung, die als Messgrösse für den G e h a l t an langlebigen Isotopen

(z.B. Plutonium-239) dient (Bürgisser et a l . 1979: K ä s t c h e n 2 ) . Unter der Voraussetzung, dass die Wiederaufbereitung durchge- führt wird (siehe unten), ist für NAA das anfallende A b f a l l - volumen charakteristisch. N a c h der Verfestigung ist es hundert - bis tausendmal grösser als d a s entsprechende Volumen von HAA.

Nach Ablauf von einigen hundert Jahren ist die Radioaktivität der NAA so weit abgeklungen, d a s s sie für das Leben u n g e f ä h r - lich ist (Kubo et a l . 1973; Hollocher 1 9 7 5 ) .

(2) HAA: Sie entstehen im Kernreaktor selbst, w o im Kernbrennstoff Uranium "abgebrannt" w i r d . Dabei entstehen grosse Mengen von kurzlebigen Spaltprodukten mit sehr hoher Aktivität, zusam- men mit signifikanten Mengen v o n langlebigen ^-Strahlern (trans- urane Isotope wie Plutonium-239, Neptunium-237, u s w . ) . Zwei al- ternative Strategien bestehen für die Behandlung dieser abge- brannten Brennstäbe:

- Sie werden in Wiederaufbereitungsanlagen transportiert, wo die Rückgewinnung des Urans und des Plutoniums (zu je etwa 99.5%) vorgenommen wird, b e v o r das verbleibende M a t e r i a l als Abfall betrachtet wird. D i e s e s Verfahren wird zurzeit in Europa angestrebt.

- Sie werden ohne Wiederaufbereitung direkt als Abfall behandelt.

Diese Strategie wird gegenwärtig in den USA verfolgt.

Die Abfallvolumen sind bei d i e s e n zwei Möglichkeiten sehr ver- schieden. Eine wichtige Aehnlichkeit besteht aber in beiden Fällen im hohen Gehalt der Abfälle an sehr langlebigen i-Strah- lern. Obwohl die Radioaktivität der abgebrannten Brennstäbe, oder des Abfalls aus der Wiederaufbereitung, nach einigen hun- dert bis tausend Jahren auf d a s Niveau v o n NAA abgesunken ist, bleiben sie in Bezug auf die «^-Strahlung während 100'000 oder mehr Jahren hochaktiv (Gera 1974,1977; Bürgisser et a l . 1979;

Goad, 1979 in: Geotechnical Eng., 1980 a ) . Sie sollen deshalb für diese Zeiträume von der Biosphäre ferngehalten w e r d e n .

«BARRIEREN»

"CONTAINMENT»

" DISPERSAL"

TECHNISCHE LÖSUNGEN

4HOECHSTE ZULÄSSIGE STRAHLEN- BELASTUNG f.d. UMWELT

GEOLOGISCHE LÖSUNGEN

PHILOSOPHIE: ABKAPSELUNG ÜBER DIE BETREFFENDEN ZEITRÄUME MIT

KÜNSTLICHEN BARRIEREN GESUCHT

1.

2.

3.

4.

5.

ABFALLMATRIX VERPACKUNG VERFÜLLUNG WIRTGESTEIN UMGEBUNG

PHILOSOPHIE VERHALTEN KÜNSTLICHER BARRIEREN ÜBER LÄNGERE ZEITRÄUME O 1 0 0 0 JAHRE) U N B E K A N N T -

ABKAPSELUNG DURCH NATÜRLICHE BARRIEREN GESUCHT

Abbildung 2 : Das M e h r f a c h b a r r i e r e n - K o n z e p t ( a b g e ä n d e r t nach Milnes e t a l . 1980)

durch eine Reihe hintereinandergeschalteter Barrieren verhindert oder zumindest enorm verzögert werden. A l l e heute in Erwägung gezogenen Endlagerungskonzepte zielen auf eine möglichst vollständige Abschirmung und Abkap- selung von der Biosphäre ab. Der früher für bestimmte Abfalltypen miteinbezogene Prozess der Verdünnung und der verdünnten Abgabe an die Umwelt wird heute (mit einer Ausnahme, siehe unten), wegen den weltweit an- fallenden Gesamtmengen und den biologischen Konzentra- tionsprozessen (siehe Kästchen 5 ) , nicht mehr als e i - gentliche Barriere betrachtet.

Bei der Abkapselung wird zwischen künstlichen und natür- lichen Barrieren unterschieden. Strategien,in welchen das Hauptgewicht auf die Wirksamkeit der künstlichen Barrieren gelegt wird, bezeichnet man oft als "techni- sche Lösungen". Im Gegensatz dazu stehen die "geo- logischen Lösungen", bei denen die natürlichen Barrie- ren im Vordergrund stehen.

Als künstliche Barrieren gelten vor allem die Abfall- matrix und die Verpackung oder Ummantelung. Oft ist zwischen Behältern und Wirtgestein ein Füllmaterial vorgesehen (Kästchen 2, Abbildung 3 ) . Künstliche Barrieren bestehen mit wenigen Ausnahmen (Asphalt, Bentonit) aus Substanzen, die erst vor kurzer Zeit in ihrer heutigen Form geschaffen wurden. Sie bezwecken eine möglichst gute Rückhaltung (Retention) der radio- aktiven Abfallstoffe. Diese Anforderung beinhaltet eine möglichst hohe Resistenz gegen thermische, m e c h a - nische, chemische und durch Strahlung bedingte Angriffe.

Natürliche Barrieren sind durch das umhüllende geolo- gische System gegeben: Wirtgestein oder Lagermedium, Schichtverband, hydrogeologische Verhältnisse usw. Die isolierte Betrachtung von Wirtgesteinen sagt hierbei wenig über deren generelle Eignung zur Einlagerung ra- dioaktiver Abfälle a u s . Entscheidend ist letztlich das Ergebnis der Analyse aller beteiligten Systeme.

Grundsätzlich bestehen in der kontinentalen Erdkruste zwei Möglichkeiten, die Biosphäre mittels Gesteinsfor- mationen vor den schädigenden Einflüssen der radio- aktiven Abfälle zu schützen:

a) Das Wirtgestein ist Lagermedium und Barriere zu- gleich.

Eigenschaften, Vorkommen und Anwendungsgebiete

Bentonit ist ein Tongestein. Es ist nach dem Fort Benton (Wyo- ming, USA) benannt, in dessen Umgebung es erstmals beschrieben wurde. Das Gestein besteht vorwiegend aus dem Tonmineral Mont- morillonit. Es entsteht meist durch die Verwitterung von vulka- nischen Aschen. Bentonitlagen sind weltweit verbreitet und kom- men sowohl in erdgeschichtlich alten wie auch in geologisch jungen Gesteinsformationen vor. Eine deutliche Zunahme dieser Vorkommen ist seit dem jüngeren Erdmittelalter (ca.140 Millio- nen Jahre) zu verzeichnen. Die Mächtigkeit der Lagen kann in Extremfällen in lokalen Ansammlungen einige 10 Meter betragen, liegt aber im allgemeinen deutlich darunter.

Eigenschaften: Bentonite besitzen besondere Eigenschaften, die zu ihrer Verwendung in industriellen Prozessen und im Tiefbau geführt haben:

- Quellfähigkeit: Bezüglich ihres Quellvermögens sind vor allem die Natrium-Bentonite von Bedeutung. Bei Wasserzutritt quellen sie um ein Mehrfaches ihres ursprünglichen Volumens auf. Die Kalzium-Bentonite besitzen hingegen keine ausserordentliche Quellfähigkeit.

- Bindevermägen: Im Kontakt mit Wasser bildet Bentonit ein wirk- sames, beständiges Bindemittel.

- Ionenaustauschkapazität: Bentonite besitzen aufgrund ihres Gehaltes an Montmorilloniten in hohem Masse die Möglichkeit, Nuklide durch Ionenaustausch zu binden und dadurch zurückzu- halten.

Vorkommen: Wirtschaftlich bedeutende Bentonitvorkommen werden in den USA, insbesondere in Wyoming, ferner in England, Deutschland, Algerien, der Sowietunion, Argentinien und Japan abgebaut. In der Schweiz sind sie hingegen selten und wirtschaft- lich unbedeutend. Ein Bentonithorizont im jüngeren Tertiär (im mittleren Miozän der oberen Süsswassermolasse) wurde bereits an mehr als zwei Dutzend Fundstellen beschrieben. Die Molassebento- nite sind windverfrachtete, einem "sauren" Vulkanismus des alpi- nen Vorlandes entstammende Aschen. Die Lage der Förderschlote wird in der Gegend des Bodensees vermutet (Hofmann et al.1975).

Diese Vorkommen sind somit Zeugen der geologisch jungen tektoni- schen Aktivität im Bereich des ostschweizerischen und süddeut- schen Alpenvorlandes. Sämtliche in der Schweiz beobachteten Ben-

tonite liegen in Form von Kalzium-Bentoniten vor. Sie treten - mit Ausnahme des in Seekreiden vorkommenden Horizonts bei Le Locle

(NE) - in relativ dünnen Lagen in alten Flussablagerungen auf.

In Bischofszell (TG) wurden zwei bis zu 60 cm mächtige Lagen in den Nachkriegsjahren während kurzer Zeit bergmännisch erschlossen.

Anwendungsgebiete: Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften sind Bentonite äusserst geschätzte, wertvolle Roh- stoffe für die Industrie und den Tiefbau. Bei Tiefbohrungen fin- den sie als Dickspül-Suspensionen zur Förderung des abgebohrten Gesteinsmaterials und zur Stabilisierung des Bohrlochs Verwen- dung. Im Tiefbau werden Natrium-Bentonite im Schlitzwandverfah- ren zur Umschliessung von Baugruben verwendet. Sie werden ferner als Bindetone für Giessereisande und als Zusatz bei der Erz- Pelletisierung genutzt. Kalzium-Bentonite finden bei der Entfär- bung ("Schönung") von Getränken und als Filter- und Adsorptions- material für die Behandlung von Oelen und organischen Lösungs- mitteln Anwendung (Hofmann et al.1975) . Eine weitere bedeutende Rolle soll ihnen bei der Verfüllung und Abdichtung von Hohlräu- men, Schächten und Kavernen von Endlagern für radioaktive - ins- besondere hochaktive - Abfälle zukommen (Abbildung 3 ) .

Im schwedischen Entsorgungskonzept sind beispielsweise - je nach Art der vorliegenden RAA - zwei verschiedene Füllmateria- lien vorgesehen (KBS 1978 a, 1978 b ) . Bei der Einlagerung von verglasten, wiederaufbereiteten HAA besteht das Füllmaterial des Lagerhohlraumes und des Schachtes aus einem Gemisch von Quarzsand (80-90%), Bentonit (10-20%) und Eisenphosphat (0.5%).

Die an das Füllmaterial gestellten Anforderungen - hohe Lager- beständigkeit der darin eingebetteten Kanister, plastisches Ver- halten, hohe Wärmeleitfähigkeit, geringe Durchlässigkeit, gros- ses Ionenaustauschvermögen, chemische Stabilität - soll durch dieses Gemisch optimal gewährleistet werden.

Bei der Einlagerung der nicht-wiederaufbereiteten Brennstäbe besteht das Füllmaterial des Lagerhohlraumes hingegen aus hoch- kompaktierten Bentonitblöcken. Durch diese Verwendungsart soll die Langzeitbeständigkeit der Kupferbehälter, die die Brenn- stäbe enthalten, gesichert werden. Die vorteilhaften Eigenschaf- ten dieses hochkompaktierten (gepressten) Füllmaterials sollen seine hohe Lagerbeständigkeit und Druckfestigkeit, seine hohe Wärmeleitfähigkeit, seine geringe Wasserdurchlässigkeit, seine hohe Quellfähigkeit und sein grosses Ionenaustauschvermögen sein.

Das Füllmaterial der Schächte besteht auch in diesem Fall aus dem bereits weiter oben beschriebenen Quarzsand-Bentonit-Gemisch, das mit einem Spritzverfahren eingefüllt werden soll.

Ein abschliessendes Urteil über die Eignung von Bentonit als Füllmaterial wird erst nach weiteren Untersuchungen festste- hen, insbesondere solche über die Langzeit-Auswirkungen eines zusätzlichen Temperaturfeldes unter den im Endlager herrschen- den Bedingungen (LBL 1978). Inzwischen soll die Suche nach möglichen Ersatzmaterialien - namentlich Zeolithen und Mangan- oxyden - weiterverfolgt werden.

Empfangs - und Verpackungsanlage Zwischenlager

QUARZSAND 8 0 - 9 0 ' BENTDNIT 1 0 - 2 0 -

QUARZSAND 8 5 ••

8ENT0NIT 15 •

TITAN 6 m m BLEI 1 0 0 m m CHROM-NICKEL STAHL 3 m m VERGLASTER ABFALL

BLEI

Q U A R Z S A N D 9 0 BENTON IT 1 0 , TITAN- DECKEL

Abbildung

Das schwedische E n t s o r - g u n g s k o n z e p t :

s c h e m a t i s c h e D a r s t e l l u n g e i n e s Z w i s c h e n l a g e r s und E n d l a g e r s f ü r w i e d e r a u f - b e r e i t e t e n HAA ( A ) ; Q u e r s c h n i t t durch e i n e n L a g e r s t o l l e n f ü r w i e d e r - a u f b e r e i t e t e HAA ( B * ) ; Q u e r s c h n i t t durch e i n e n L a g e r s t o l l e n f ü r a b g e - b r a n n t e n B r e n n s t o f f (C*) (aus KBS 1978 a , b )

* Masse in mm

3 7 0 0

V E R S C H I E D E N E SAND - BENTONIT FÜLLUNGEN

MÖGLICHE KUPFERPLATTE- ( 5 m m )

KANISTER FÜR A B G E - BRANNTEN BRENNSTOFF KUPFERBEHÄLTER ( t = 2 0 0 m m > K T H IN BLEI EINGEBETTETE BRENNSTÄBE

MIT BENTONIT-PULVER GEFÜLLTE Z W I S C H E N - RÄUME

H O C H - G E P R E S S T E B E N T O N I T - B L Ö C K E

S O C K E L AUS BENTONIT - PULVER

b) Das Wirtgestein ist nur Lagermedium. In diesem Fall soll die geologische Formation, welche das Wirtge- stein umgibt, als Barriere dienen. Hierbei sind zwei Situationen von Bedeutung:

- Einlagerung in altes (fossiles) Grundwasser:

Dieses Konzept geht von der Voraussetzung aus, dass altes Grundwasser auf stagnierende Verhältnisse hinweist.

- Abschirmung des Lagers durch umgebende,

"dichte" Formationen. Entsprechende Situa- tionen sind allseitig abgeschlossenen O e l - fallen vergleichbar.

Weltweit werden heute vor allem Lösungen vom Typ (a) gesucht. Eine Ausnahme bildet die Sowjetunion, wo die Abfälle in flüssiger Form in fossiles Grundwasser ver- presst werden sollen (Spitsyn et al., 1 9 7 7 ) . In der Tiefsee besteht eventuell die Möglichkeit, die hoch- aktiven Abfälle in die unverfestigten Sedimente oder unter Umständen in die darunterliegenden verfestigten Gesteinsformationen der ozeanischen Kruste einzubrin- gen. Für einen detaillierten Ueberblick über die End- lagerungsmöglichkeiten verweisen wir auf Kapitel 2 in Bürgisser et a l . (1979).

1.3.3 Das Verhältnis zwischen künstlichen und natür- lichen Barrieren im Rahmen des Mehrfachbarrie- ren-Konzeptes

Das Mehrfachbarrieren-Prinzip ist weltweit anerkannt.

Entsprechend den gegebenen Verhältnissen wird es je- doch recht unterschiedlich ausgelegt. So wird in eini- gen Konzepten das Hauptgewicht auf künstliche Bar- rieren gelegt, wie etwa das Einbringen der Abfälle in einen Glaskörper oder in ein synthetisch hergestell- tes Gestein (Synroc) und dessen Ummantelung mit ver- schiedenen Metallbehältern (Ringwood 1978, KBS 1978 a, 1 9 7 8 b ) . Andere Konzepte - beispielsweise das Tiefsee- bodenkonzept (siehe Kapitel 4) - bevorzugen die na- türlichen Barrieren. Ein ausgewogenes Konzept, das beiden Barrierentypen ihren optimalen Platz zuweist, bleibt jedenfalls die beste und somit anstrebenswerte Lösung des Endlagerungsproblems (Abbildung 4 ) .

Vorteilhaft bei der Verwendung von künstlichen Barrie- ren sind die relativ einfachen physikalischen und

W i r k u n g s b e r e i c h

REGIONAL Grenze

Lagermedium - Umgebung

FERN - BEREICH Wirkungsbereich der Wechselwirkungen

zwischen künstlichen ».

Barrieren und dem Lagermedium

NAH - BEREICH

ENDLAGERUNG MIT i*

HAUPTGEWICHT AUF NATÜRLICHEN

* BARRIEREN GEOLOGISCHE LOSUNGEN-

\

1

x ENDLAGERUNG MIT W

•; HAUPTGEWICHT AUF • KUNSTLICHEN BARRIEREN f'-fECHNiSCHELO

KURZ-

FRISTIG MITTEL- FRISTIG

LANG- FRISTIG Wärme -

entwicklung der HAA unbedeutend

Spaltprodukte weitgehend zerfallen

IDEALE LÖSUNG

OPTIMALE LÖSUNG

ZEIT

Abbildung 4: Z e i t - W i r k u n g s b e z i e h u n g e n .

eines E n d l a g e r s für radioaktive Abfälle führen oder dazu beitragen können (abgeändert nach DOE, 1979).

I A) Natürliche Prozesse (langfristige Phänomene)

CD CD C in

<D oi D> CD O N 0

c ^u

Ed C4

Klimaschwankungen

Eiszeiten, V e r g l e t s c h e r u n g e n Ablagerung (Sedimentation) Abtragung (Erosion)

Veränderungen des Grundwasserhaushaltes

Löslichkeit des Lagermediums oder umgebender Gesteine Umbildung v o n Gesteinen (Metamorphose, Diagenese) Geothermische Schwankungen

Veränderungen des Spannungsfeldes

Hebungen und Senkungen der Erdkruste (Schwereanomalien) Ausfluss (Extrusion) vulkanischer Schmelzen

Eindringen (Intrusion) v o n Gesteinsschmelzen Gebirgsbildungen

I B) Natürliche Ereignisse (rasch ablaufend)

- Verletzung des Endlagers und des Verschlusses durch Erdbebentätigkeit

- Wassereinbruch in das Endlager - Meteoriteneinschlag

* Endogene Prozesse: Ablauf von geologischen Vorgängen, die durch Kräfte aus dem Erdinnern ausgelöst werden.

* Exogene Prozesse: Ablauf von geologischen Vorgängen, die durch Kräfte ausgelöst werden, welche v o n aussen auf die Erdkruste einwirken.

II D u r c h den Bau und den Betrieb e i n e s Endlagers entstehende Prozesse

- Bildung von neuen und Aktivierung von a l t e n Störflächen im Gestein

- chemische und physikalische V e r ä n d e r u n g e n des Lagergutes - chemische und physikalische V e r ä n d e r u n g e n des lokalen

Gesteinsverbandes

- Veränderungen des lokalen G r u n d w a s s e r h a u s h a l t e s - Versagen des Verschlusses

III Anthropogene (vom Menschen verursachte) Ereignisse und Fehlerquellen

Fehlerhafte Planung und m a n g e l h a f t e Ausführung der End- lagerstätten

- unsachgemässe Einlagerung der A b f ä l l e - unsachgemässer Verschluss des Endlagers

- ungenügende Untersuchungen des L a g e r m e d i u m s , des lokalen und regionalen Gesteinsverbandes

Verletzung des Endlagers durch ehemalige Prospektion - nicht entdeckte Bohrlöcher e h e m a l s ausgebeuteter

Lagerstätten

Unbeabsichtigte Verletzung des Endlagers d u r c h künftige Eingriffe

- Rohstoffsuche (Erze, Kohlenwasserstoffe, Salze, Géothermie) - Rohstofflagerung (Kohlenwasserstoffe)

.- Abfallendlagerung

- Waffenversuche im geologischen Untergrund - Kriegerische Ereignisse

Beabsichtigte Verletzung des E n d l a g e r s d u r c h künftige Eingriffe - Rückgewinnung der Abfälle

- Kriegerische Ereignisse - Sabotage

Veränderungen des Grundwasserhaushalts - Verpressung (Injektion) von Flüssigkeiten - Grundwasserentnahme

chemischen Systeme, die gute Kontrolle der räumlichen Anordnung sowie eine gute Kenntnis des kurzfristigen Lagerverhaltens.

Kritische Punkte bei der Verwendung von künstlichen Bar- rieren sind:

- Fehlende Langzeitversuche und somit wenig Sicherheit in der Voraussage über die Stabilität des verwende- ten Materials.

- Schwierigkeiten bei der Langzeitvoraussage der mög- lichen Wechselwirkungen (Interaktionen) zwischen künstlichen Barrieren und natürlicher Umgebung.

- Ungenügender Schutz vor menschlichem Zugriff und na- türlichen Extremereignissen (Kästchen 3 ) .

Natürliche Barrieren, die auf dem Konzept der Einlage- rung in einem Wirtgestein in günstiger geologischer Umgebung beruhen, zeigen gegenüber künstlichen Barrieren einige wesentliche Vorteile:

- Eine durch die Erdgeschichte belegte grosse Lebens- dauer (d.h. dass die Beständigkeit der geologischen Schichten über geologische Zeiträume (Millionen von Jahren) nachgewiesen werden k a n n ) .

- Das Schutzsystem erlaubt den Einbau langer W a n d e r u n g s - pfade (Migrationswege).

- Die grosse Ausdehnung geologischer Körper erlaubt ei- nen grossen Schutz vor menschlichen Eingriffen und vor natürlichen Extremereignissen.

Folgende Faktoren wirken sich bei der Beurteilung der Machbarkeit von Endlagern mittels natürlicher Barrieren erschwerend a u s :

- Die implizierten natürlichen Systeme sind chemisch und physikalisch sehr komplex.

- Die Erforschung einer Endlagersituation ohne Störung der Integrität eines später anzulegenden Lagers ist nicht möglich.

- Die Forschung auf dem Gebiet der Endlagerung in natür- lichen Medien ist relativ jung.

Diese Schwierigkeiten sind es denn auch, die in g e w i s - sen Ländern dazu geführt haben, dass der Schwerpunkt bei der Sicherheitsanalyse auf künstliche Barrieren gelegt wird (KBS 1978a). Gewisse Schutzziele können aber in A n - betracht der langen Isolationszeiten von hochradioakti- ven Abfällen (HAA) (Hunderttausende bis Millionen von Jahren) nur mit Konzepten mit Schwergewicht auf natür- lichen Barrieren erreicht werden. Eine sinnvolle Lösung ist daher nur durch einen optimalen Einsatz der ver- schiedenen Barrieren möglich.

2 . GRUNDLAGEN ZUR ERFORSCHUNG, PLANUNG UND ERSTELLUNG VON ENDLAGERSTAETTEN FUER HOCHAKTIVE ABFAELLE (HAA)

IN GEOLOGISCHEN FORMATIONEN

In unserem einleitenden Ueberblick haben wir uns darauf beschränkt, die heute verfolgten Strategien kurz dar- zulegen und die in der Folge im Rahmen dieses Reports verwendeten Grundbegriffe vorzustellen.

In den nächsten drei Kapiteln befassen wir uns aus- schliesslich mit dem methodischen Vorgehen bei der Er- stellung des Entsorgungssystems. Sie umfassen einen allgemeinen Ueberblick über die Zielsetzung der Ent- sorgung und über die Erarbeitung der Grundlagen, die für die Verwirklichung der gesetzten Ziele erforder- lich sind (Kapitel 2 ). Deren Verwendung bei der Pla- nung und Suche von Endlagerstätten für HAA wird anhand von ausgewählten Beispielen in den Kapiteln 3 und 4 erläutert.

Es versteht sich, dass unsere Diskussion der Grundlagen, die für eine sachgerechte Durchführung der Entsorgung benötigt werden, nicht erschöpfend ist. Viele der auf- geworfenen Fragen werden nur oberflächlich betrachtet oder sind summarisch, zuweilen abstrakt abgehandelt.

Wir möchten in diesen Kapiteln vor allem Denkanstösse über die Vielfalt der zu berücksichtigenden Probleme geben. Dies gilt im speziellen für Kapitel 2 , welches die Diskussion um die Lösung der langfristigen Probleme - sowohl technisch-wissenschaftlicher wie auch gesell- schaftspolitischer Natur - anregen und die dabei auf- tretenden Schwierigkeiten aufzeigen soll.

2.1 EINFUEHRUNG

Die endgültige Beseitigung radioaktiver Abfälle wirft neben wissenschaftlich-technischen auch gesellschafts- politische Fragen auf. Es ist daher ausserordentlich wichtig, den Entsorgungsprogrammen Ziele zugrunde zu legen, die sowohl den Schutz des Menschen vor radio- aktiven Schadstoffen als auch seine freie Entwicklung in einem gegebenen sozialen Umfeld gewährleisten. Bei der Festlegung dieser Ziele treten unter anderem des- halb grosse Schwierigkeiten auf, weil mit der Verwen-

dung der Kernenergie in den letzten Jahrzehnten bereits folgenschwere Sachzwänge geschaffen wurden.

Eine sachgerechte Bearbeitung der Probleme der nuklearen Entsorgung erfordert weder bahnbrechende neue Erkennt- nisse in den Naturwissenschaften, noch die Entwicklung einer völlig neuen Technologie. Im gegenwärtigen Zeit- punkt ist hingegen eine Systemanalyse der Entsorgung, die auch den gesellschaftlichen Anforderungen genügt, dringend notwendig. Diese Analyse soll

- als Grundlage für die Erarbeitung des erforderlichen technisch-wissenschaftlichen und gesetzlichen Instru- mentariums verwendet werden können,

- als Massstab dienen, um den Stand der Entsorgung zu bewerten,

- und als Referenzsystem für die Oeffentlichkeitsarbeit verwendet werden können.

In der Folge geben wir einen allgemeinen Ueberblick über die Grundsätze und die Grundlagen,die zur Entwick-

lung geowissenschaftlicher Endlagerungskonzepte und -Projekte erforderlich sind. Dabei steht eine summa- rische Abhandlung über die Erarbeitung von Zielen im Vordergrund. Im weiteren werden ausgesuchte Beispiele

zur Entwicklung von Kriterien und Richtlinien behandelt.

2.2 DIE LEITSAETZE DER ENTSORGUNG

Die Zielsetzung der Entsorgung geht eigentlich von ethisch-moralischen Grundsätzen aus (Maxey 1 9 7 7 ) . Sie wird aber auch sehr stark von den bestehenden wirt- schaftlichen, technischen und gesellschaftspolitischen Gegebenheiten beeinflusst, auf die sie bei der Erarbei- tung einer Lösung angewiesen ist (Bishop 1 9 7 8 , Bishop et al. 1 9 7 8 , Watson 1 9 7 8 ) . In jedem Fall sind bei der Absteckung der Ziele drei Leitsätze als jederzeit mass- gebendes und übergeordnetes Referenzsystem bestimmend:

- Der Schutz der Lebewesen, insbesondere der Menschen und ihres Lebensraumes, soll für die Dauer der erfor- derlichen Lagerungszeiträume gewährleistet werden.

t

AKTIVE NUTZUNG

AKTIVE TEILNAHME DER

GESELLSCHAFT AN DER ENTSORGUNG ISOLATION ERFORDERLICH

Abbildung 5: Das D r e i - P e r i o d e n Diagramm (nach Bishop e t a l . , 1 9 7 7 ) .

- Das Recht und die Möglichkeit künftiger Generationen, ihre Gesellschaftsstruktur zu bestimmen, soll durch die Wahl der Entsorgungsstrategien nicht beeinträch- tigt werden.

- Risiken und Kosten der Entsorgung sollen durch d i e - jenigen Bevölkerungsgruppen getragen werden, die auch direkte "Nutzniesser" der Kernspaltungstechnologie sind.

Unter den bestehenden Voraussetzungen ist die Einhaltung dieser Leitsätze allerdings unmöglich. Beachtliche

Mengen von radioaktiven Abfällen aller Arten haben sich im Laufe der letzten Jahrzehnte angesammelt. Ernst-

hafte Anstrengungen für deren sichere Beseitigung wur- den aber erst in jüngster Zeit im Zeichen des wachsen- den öffentlichen Druckes unternommen. Inzwischen werden die Abfälle bis zum Zeitpunkt einer endgültigen Lösung des Abfallproblems - falls eine solche tatsächlich g e - funden werden sollte - weiterhin zwischengelagert. Die heute verfolgte Politik der Förderung der Kernspaltung berücksichtigt die Ungewissheit in Bezug auf die L ö s - barkeit der Abfallfrage nur in ungenügender W e i s e . Die durch die drei Leitsätze postulierten Ziele sind daher im Rahmen der heute bereits bestehenden Sachzwänge unbedingt anzustreben.

2.3 DIE DREI PERIODEN DER ENTSORGUNG

Unter der Annahme, dass die künftige Gesellschaft irgend einem Zeitpunkt - erwartungsgemäss nach dem finitiven Verschluss des Endlagers - nicht mehr aktx an den Entsorgungsprozessen teilnimmt, sind die oben aufgeführten Leitsätze während drei sich überschneiden- den Zeiträumen bestimmend (Abbildung 5 ) :

- Dem Zeitraum, während dem radioaktive Abfälle aus Kernspaltungsprozessen entstehen (Periode der aktiven N u t z u n g ) .

- Dem Zeitraum, während dem der Gesellschaft eine aktive Rolle bei der Beseitigung der Abfälle zukommt (Perio- de der U e b e r w a c h u n g ) .

- Dem Zeitraum, während dem die Abfälle von der Umwelt abgesondert werden müssen (Periode der I s o l a t i o n ) .

Für jede dieser Perioden definieren wir eine Anzahl von Zielen. Die Ziele der ersten Periode beziehen sich auf das Vorgehen bei der Planung, der Entwicklung und der Handhabung der Entsorgung. Die Ziele der zweiten Periode betreffen vor allem die Verwirklichung der g e - wählten und erprobten Entsorgungssysteme, währenddem die Ziele des dritten Zeitraumes die dauernde und sichere Abkapselung der radioaktiven Stoffe von der Umwelt b e - inhalten (Bishop et al. 1977, Bishop et al. 1978) . Bei der Festlegung und der Beurteilung dieser Ziele sind eine Anzahl immer wiederkehrender Regeln zu berücksich- tigen: So darf das Entsorgungssystem nicht auf künftige, noch zu entwickelnde Technologien abgestützt werden.

Zudem sind reversible Entscheide und Technologien wenn immer möglich vorzuziehen. Der Oeffentlichkeit soll G e - legenheit geboten werden, sich an allen Verfahren der Wahl und der Verwirklichung des Entsorgungssystems zu beteiligen. Im weiteren m u s s die Beweislast, dass das einmal gesetzte Ziel erreicht wurde, ausschliesslich den mit der Ausführung und Ueberwachung beauftragten Institutionen obliegen und darf in keinem Fall zur Auf- gabe der Oeffentlichkeit werden.

2.3.1 Ziele für die Periode der aktiven Nutzung der Kernspaltung

Das Entsorgungssystem muss während des Zeitraums der ak- tiven Nutzung der Kernspaltung bestimmt und soweit ent- wickelt und getestet werden, dass alle Arbeitsschritte, von der Handhabung radioaktiver Abfälle bis zu ihrer Endlagerung in Gesteinsformationen, beherrscht werden.

Das heisst, dass während dieser Periode die benötigten Organisationen und Institutionen aufgebaut und g e - prüft, die technisch-wissenschaftliche "Machbarkeit"

der Endlagerung nachgewiesen und die Finanzierung des Unternehmens sichergestellt werden müssen. Das Entsor- gungssystem ist möglichst unabhängig vom Rest des Brennstoffkreislaufes zu entwerfen und zu erstellen.

Eine genügende Flexibilität des Systems, um sich in kurzer Zeit neuen - auch grundverschiedenen Gegeben- heiten anzupassen (zum Beispiel bei grundlegend neuen technischen Entwicklungen oder politischen Veränderun- gen) - ist dabei zu gewährleisten. Im übrigen ist die Zeitspanne zwischen der Entstehung der Abfälle und deren endgültigen Beseitigung im Rahmen der neu dazu- gewonnenen wissenschaftlichen Erkenntnisse möglichst kurz zu halten. Ein weiteres Ziel- betrifft die Prozesse, die zu schädigenden Auswirkungen führen können - etwa

die kontrollierte Abgabe radioaktiver Substanzen an die Umwelt. Diese sind auf ein Minimum zu reduzieren.

In Bezug auf die Informationspolitik und die Oeffent- lichkeitsarbeit sind Grundlagen zu schaffen, die es der Oeffentlichkeit, das heisst den Fachkreisen, den p o l i - tischen Organisationen aber auch einzelnen Individuen, erlauben, die Planungs- und Entscheidungsprozesse fort- laufend zu beurteilen und zu kontrollieren.

2.3.2 Ziele für die Periode der Ueberwachuna

Während dieser Phase sind eine Anzahl Ziele zu erfüllen, die die erste Phase ergänzen, insbesondere:

- Die politische Absicherung des gesamten Entsorgungs- systems im Hinblick auf mögliche grundlegende V e r - änderungen des Gesellschaftssystems.

- Die Möglichkeit der Erkennung und der Berichtigung von Fehlentscheiden durch alle an den Entscheidungspro- zessen und der Durchführung der Entsorgung beteilig- ten Organisationen und Institutionen.

- Die -Erstellung einer zureichenden Dokumentation über die Lage, den ursprünglichen Zustand und den Inhalt der Lagerstätten für künftige Zivilisationen.

- Die Durchführung der Endlagerung mit dem Vorbehalt der Rückholbarkeit der A b f ä l l e .

- Die Ueberwachung (Langzeitüberwachung ?) dieser Lager- stätten nach Verschluss des Endlagers, bis zur end- gültigen Aufgabe der Kontrollfunktionen.

Das herausstechende Merkmal dieser zweiten Phase b e - steht in der Uebertragung eines weitreichenden A u f g a - benbereiches an künftige, an der "Nutzniessung" der Kernspaltung nicht mehr beteiligten Generationen, wobei einschneidende Auswirkungen auf den Freiraum unserer Nachkommen (z.B. der Zwang zur Erhaltung einer h o c h - spezialisierten und energieaufwendigen Infrastruktur) schon heute vorausgesagt werden können. Zu berücksich- tigen sind auch die von künftigen Generationen zu tragenden Risiken, etwa beim Transport und beim E i n - bringen des Lagergutes in bereitgestellte Endlager.