Kernkraftwerk Entsorgung

Wissenschaft Physik
#1

Sicher eine wichtige Angelegenheit.

Meine Frage ist, woher kommt diese Konzentration von gefährlichem radioaktivem Material in Kernkraftwerken?

Ich frage ganz naiv. Das radioaktive Material stammt doch aus unserer Erde, von unserem Planeten, auf dem wir uns befinden? Es gibt doch so viele giftige Substanzen in und auf unserer Erde, und alles, was wir erzeugen, kann nur von Substanzen, Materialien, die auf unserem Planeten vorkommen, erzeugt werden.

Wie kann es sein, daß so hoch giftige, radioaktive Materialien anfallen, die so giftig sind, daß sie noch für Lebewesen hochgiftig sein werden, die vielleicht in Millionen Jahren noch leben?

Ich verstehe das nicht. Wie kann ein Gift, das nur aus unserer Welt, von unserem Planeten stammt, so gefährlich sein?

#2

Hallo !

Ja,alles Material kommt von der Erde.

Aber es wird ja im Kernkraftwerk durch die Kernspaltung verändert und es entstehen dabei neue Stoffe,die so in der Natur nicht vorkommen.
Und die haben eben die Problemeigenschaften wie Langzeitstrahlung.

mfG
duck313

#3

Hallo Ferdinand

Bei diesen Rückständen handelt es sich in erster Linie nicht um Gifte, sondern um Strahlen kontaminiertes Material.
Das Uran in den Kernbrennstoffen ist natürlichen Ursprungs, wird aber konzentriert, um eine Kettenreaktion zu ermöglichen.
Bei der Kettenraktion wird „harte“ Strahlung frei, die z.B. die Rohre, Ventile und Behälter des Primärkreislaufs „verstrahlen“.
Damit werden diese Teile selbst zu Strahlern.
Man kann davon ausgehen, dass binnen 10 Jahren Betriebszeit das gesamte Material des Primärkreises plus Werkzeug und Hilfsstoffe als strahlendes Material auftritt.
Das sind etliche hunderte von Tonnen Masse.
Im Gegensatz dazu sind vielleicht 20 Tonnen Uran durchgesetzt worden, die z.T. nach Wiederaufbereitung erneut eingesetzt werden.
Während des laufenden Betriebs müssen die unverarbeitbaren Brennelemente, Hilfsstoffe und Materialien aus Wartungen und Reparaturen entsogt werden, da läuft auch einiges auf.
Und dann kommt natürlich noch der Abbau und die Entsorgung des KKW dazu.

Gruß
Rochus

#4

Bei der Kettenraktion wird „harte“ Strahlung frei, die z.B.
die Rohre, Ventile und Behälter des Primärkreislaufs
„verstrahlen“.
Damit werden diese Teile selbst zu Strahlern.

Auf diese Weise ensteht aber „nur“ schwach radioaktiver Abfall. Das hochradioaktive Zeug entsteht so wie duck313 es beschrieben hat - durch radioaktiven Zerfall des Kernbrennstoffs:

http://de.wikipedia.org/wiki/Zerfallsreihe

Dass einige der dabei enstehenden Isotope in der Natur sehr selten sind, liegt daran, dass die entsprechenden Zerfallsreihen nur von Kernreaktoren mit nenenswerter Häufigkeit gestartet werden und natürliche Kernreaktoren sind sehr selten. Tatsächlich sind die, die man kennt, schon vor Milliarden von Jahren ausgebrannt und der dabei entstandene radioaktive Müll ist schon längst zerfallen. Außer unseren künstlichen Reaktoren gibt es also keine nennenswerten Quellen für die gefährlichen Bestandteile des radioaktiven Mülls.

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#5

alles, was auf der Erde, unserem Planeten, existiert, ist vorhanden. Es sind alle Substanzen da. Alle Elemente. Radioaktiv oder giftig, wobei strahlendes Material auch Gift für Lebewesen ist.

Wenn also von Menschenhand Substanzen so verändert werden, daß sie über Jahrmillionen giftig / strahlend / radioaktiv sind, dann hat der Mensch als Teil dieses Planeten, also quasi auch als Element dieser Erde, aus der er stammt, Substanzen herausgekramt, die auch von der Erde stammen.

Ich meine, das ist alles ein Einziges. Nichts auf der Erde kann erzeugt werden, was nicht auch in der Erde wohnt. Insofern ist möglicherweise ein Trugschluß vorhanden, daß radioaktives Material aus Menschenhand nie vorhanden gewesen wäre.

Es ist eine Frage der Zeit und der Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse, ob die aus Proteinen geschaffenen Lebewesen überdauern. Ich meine eher, daß die Menschen dazu da sind als Übergangswesen, um den gegen Radioaktivität unempfindlichen „Menschen der zweiten Generation“ zu schaffen, eben ein metall- oder/und Kunststoffwesen, das in der unwirtlichen Atmosphäre des Weltraums Kälte, Strahlung und Hitze übersteht – mit allem Wissen und allen Kenntnissen der Menschen, die dann schon ausgestorben sind.

#6

Nichts auf der Erde
kann erzeugt werden, was nicht auch in der Erde wohnt.

Antimaterie, Einstein-Bose-Kondensate und elektrische Milchaufschäumer wohnen nicht in der Erde und trotzdem können Sie auf der Erde erzeugt werden.

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#7

Das Problem ist, dass das Uran, welches als Kernbrennstoff dient eine Halbwertszeit von 4,5 Millarden Jahren hat, also nur schwach radioaktiv ist und bei dessen „künstlich“ herbeigeführter Spaltung in Nuklide zerschlagen wird, die mit weitaus kürzeren Halbwertszeiten (oftmals einige 100.000 Jahre, variiert aber stark) auch viel schneller von selbst zerfallen und somit stärker strahlen. Das natürliche Uran, welches auch teilweise zur natürlichen Strahlendosis, die man als Mensch so abbekommt beiträgt ist also ~45.000fach schwächer radioaktiv als seine durch Kernspaltung entstehenden Trümmer.
Der stärker strahlende Müll hat aber mit seinen 100.000 Jahren Halbwertszeit immer noch eine lange Lebensdauer, immerhin 1000 Menschenleben, was eine sichere und gut bedachte Lagerung erforderlich macht.

#8

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile
Hi Ferdinand!

Ich frage ganz naiv. …
Es gibt doch so viele giftige Substanzen in und auf unserer
Erde, und alles, was wir erzeugen, kann nur von Substanzen,
Materialien, die auf unserem Planeten vorkommen, erzeugt
werden.

Alle Lebewesen bestehen (im Wesentlichen) aus denselben Elementen, die alle ungiftig sind wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff oder in ihrer gängigen Art des Vorkommens wie Na, K, Mg, Ca, Chlorid, Sulfat und Phosphat-Ionen.

Trotzdem werden daraus extrem wirksame Gifte erzeugt, oder Sprengstoffe, oder Fernseher. Da hilft es wenig, sich darauf zu berufen, dass die Ausgangsstoffe weder giftig noch explosiv noch empfangsbereit sind. Es werden also völlig neue Eigenschaften erzeugt, die in den Grudstoffen keine Entsprechung haben.

Bei der Radioaktivität findet etwas vergleichbares auf einer anderen Ebene statt. Es geht nicht um den Aufbau von Stoffen aus den Elementen, sondern um den Aufbau von Atomkernen aus den Grundbausteinen Protonen und Neutronen.

Wie du vielleicht weißt, gab es nach dem Urknall fast nur Wasserstoff und Helium, alle anderen Elemente wurden im Innern von Sternen erzeugt, ein nicht geringer Teil davon während der Supernovae, die einen Großteil davon ins All pustete.

In dieser Sternenasche waren sehr viele instabile Atomkerne. Kerne sind nämlich nur dann stabil, wenn sie ein ausgewogenes Verhältnis von Protonen zu Neutronen haben.

Unser Sonnensystem bildete sich aus solch einer Aschwolke, vor ca. 4,6 Mrd. Jahren, und deshalb sind die instabilen Kerne zum allergrößten Teil zerfallen, und was noch übrig ist, zerfällt so langsam, dass man mit der Strahlung leben kann.

Was in Kernkraftwerken (u. Kernwaffen) geschieht, ist dass aus nur seeeehr langsam zerfallenden Urankernen durch Spaltung neue und schnell zerfallende Kerne erzeugt werden. Was also grob passiert ist folgendes: Anstatt dass das Uran in Mrd. Jahren stufenweise zu Blei zerfällt, wird die Radioaktivität innerhalb von Minuten bis Jahrtausenden frei. Pech, wenn wir gerade dann und dort leben.

Gruß, Zoelomat

P.S. Ich weiß, dass ich stark vereinfacht habe.

#9

Hallo

Den Hauptunterschied im Zerfall der natürlichen radioaktiven Elemente in der Natur und im Reaktor sehe in der Ausnutzung der Neutronen.
Und selbst „natürliches Uran“ ist nicht ungefährlich.
Zuersteinmal, für einen Reaktor wird in den meisten Fällen ein besonders radioaktives Uranisotop angereichert, U235.
Die Neutronen, die aus dem natürlichen Kernzerfall des Urans freiwerden, werden in der Natur meistens irgendwie zerstreut, sie nehmen in den meisten Fällen an keinen Kernreaktionen teil bzw. lösen keine oder wenig Reaktionen aus.
Im Kernreaktor sind diese Neutronen jedoch die Hauptquelle von künstlicher Radioaktivität.
Bei einem „natürlichem“ oder spontanem Kernzerfall mit Aussendung von Neutronen werden 2 bis 3 Neutronen frei.
Sie werden bevorzugt mit sogenannten Moderatoren abgebremst, damit sie andere Kerne, und das im Reaktor idealerweise regelbar, spalten oder „bebrüten“(genauer, Bewirkung von Transmutationen) können.
Man spricht dabei auch von Neutronenökonomie, weil Neutronen die einzige Methode für viele Reaktionen darstellen.
Natururan zerfällt also nicht mehr einfach, der Zerfall erzeugt im Reaktor eine große Menge, abhängig von Bautyp, zusätzlicher radioaktiver Elemente.
Ich hab dazu, zum Thema Brüter, etwas in Erinnerung, wo ich aber leider keine Grafik habe, und ich bin mir auch nicht ganz sicher:
Natururan wird auf 3% mit U235 angereichert, ausgebrannt sind im Reaktor aber nicht mehr 3% sondern 30% „spaltbare“ Isotope(Plutonium).

MfG

#10

Ein Aspekt, der noch ein bisserl zu kurz kommt ist die Konzentration.

Der Geochemiker weiss, alle Elemente kommen überall vor - nur in sehr stark unterschiedlichen Konzentrationen. Die Durchschnittszusammensetzung der Erde enstpricht etwa dem CI1-Chondrit (einem Meteorit), aber die Elemente sind in der Erde sehr stark unterschiedlich verteilt.

Uran, Thorium, Plutonium - diverse radioaktive Isotope - fast alle treten auch natürlich auf. Damit sie problematisch werden, müssen radioaktive Elemente konzentriert werden. Das geschieht einerseits bei der Lagerstättenbildung (der Aufenthalt in einer Uran-Lagerstätte kann durchaus ungesund sein), zum anderen konzentriert der Mensch das Zeug dann später noch weiter, wenn er es nutzen will.

Wie bei so vielem gilt auch hier: Die Dosis macht das Gift.