Im Bereich der Endlagerforschung decken Jülicher Forschende ein breites Spektrum von der Abfallerzeugung bis zur Abfallentsorgung radioaktiver Materialien ab. Sie unterstützen die Forschung zur Langzeitsicherheit für tiefe geologische Endlager, widmen sich ungelösten Fragen der Abfallentsorgung, beteiligen sich an der internationalen Überwachung von spaltbarem Material und untersuchen radiochemische Prozesse. Modellrechnungen ergänzen diese Arbeiten insbesondere bei der Risikobewertung und im Hinblick auf Langzeitprognosen.
Herausvorderungen
Allein deutsche Kernkraftwerke haben in ihrer Laufzeit rund 17.200 Tonnen abgebrannte hochradioaktive Kernbrennstoffe erzeugt. Beim Rückbau der Anlagen werden voraussichtlich weitere 300.000 Kubikmeter schwach- und mittelradioaktiver Abfälle, wie zementartige Gebäudeteile, anfallen. Doch wie lassen sich die radioaktiven Abfälle sicher zwischen- und endlagern? Und das über Zeiträume von Jahrzehnten bis hin zu einer Millionen Jahren?
Lösungen
Expert:innen sind sich einig: Es wäre am besten, den radioaktiven Abfall mehrere Hundert Meter tief in geeignete Gesteinsformationen einzulagern. Forschung aus Jülich hilft dabei, die natur-wissenschaftlich-technischen Fragen zu beantworten, die sich rund um die Zwischen- und Endlagerung ergeben.
Die Forschenden betrachten radioaktive Abfälle wie zum Beispiel den bestrahlten Kernbrennstoff dabei als Materialien und versuchen, deren Eigenschaften zu verstehen. Dazu integrieren sie Experimente und Simulationen auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen. So wollen sie verstehen, wie sich radioaktiver Abfall im Laufe der Zeit verhält und welche Prozesse ablaufen, wenn er zum Beispiel mit Wasser in Berührung kommt. Einzigartige Infrastrukturen, darunter spezialisierte radiochemische Labore, ermöglichen es den Jülicher Teams, richtungsweisende Forschung zu betreiben, die außerhalb der Helmholtz Gemeinschaft in Deutschland so nicht möglich ist.
Ein Ziel ist es, die wissenschaftlichen Grundlagen und Daten für den Nachweis bereitzustellen, dass radioaktive Materialien langfristig sicher gelagert werden können. Darüber hinaus entwickeln Jülicher Forschende Konzepte, Methoden und Techniken zur internationalen Überwachung von spaltbarem Material. Sie arbeiten hier eng mit der Internationalen Atomenergie-Organisation (IAEO) zusammen. Gleichzeitig wird durch die Forschung Expertise generationenübergreifend weitergegeben.
In Jülich ist die Endlagerforschung sehr gut vernetzt. Unterstützt werden die Arbeiten durch die Expert:innen für Elektronenmikroskopie des Ernst Ruska-Centrums, den Ingenieur:innen des Institute of Technology and Engineering sowie durch IT-Spezialist:innen des Jülich Supercomputing Centre.
Die Arbeiten gliedern sich in vier Teams mit unterschiedlichen Schwerpunkten:
Hochradioaktiver Abfall
Die Forschungsaktivitäten zu hochradioaktiven Abfällen am IFN-2 konzentrieren sich auf materialwissenschaftliche Aspekte des Verhaltens von Abfallformen unter für Endlager relevante Bedingungen, wobei der Schwerpunkt auf den Wechselwirkungen von abgebrannten Brennelementen und Grundwasser liegt. Dieser Schwerpunkt umfasst die Erforschung der schnellen oder „sofortigen“ Freisetzung einiger flüchtiger Radionuklide (z. B. Spaltgase und Teile der Cs- und I-Bestände) aus abgebrannten Brennelementen unmittelbar nach dem Kontakt mit Wasser (sogenannte Instant Release Fraction, IRF) sowie die Erforschung langfristiger Korrosionsprozesse der Matrix abgebrannter Brennelemente.
Sekundärphasen
Die Rückhaltung von Radionukliden durch Sekundärphasenbildung ist ein für die Sicherheit tiefer geologischer Endlager relevanter Prozess. Unsere Forschung umfasst experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Radionuklidrückhaltung durch Sekundärphasen, wobei der Schwerpunkt auf Systemen aus festen Lösungen und wässrigen Lösungen liegt.
Reaktiver Stofftransport
Die Forschung zum reaktiven Transport am IFN-2 konzentriert sich auf die Entwicklung skalenübergreifender experimenteller und rechnergestützter Ansätze, um räumlich-zeitliche Einblicke in die Freisetzung und den Transport von Radionukliden im Nah- und Fernfeld geologischer Endlager für radioaktive Abfälle zu gewinnen.
Festkörperchemie für die nukleare Entsorgung
Das Team Festkörperchemie für die nukleare Entsorgung widmet sich der Untersuchung grundlegender Prozesse wie der Natur chemischer Bindungen und dem kondensierten physikalischen Verhalten von Schlüsselmaterialien, die aus dem Brennstoffkreislauf und der Energieproduktion resultieren.
Kontakt
- Institute of Fusion Energy and Nuclear Waste Management (IFN)
- Nukleare Entsorgung (IFN-2)
