Weniger Konservatismus ermöglichen

Die Konzepte des Fest-Flüssig-Gleichgewichts (z. B. dass sich die gleiche Menge einer Substanz auflöst, die im festen Zustand eingelagert wird), sind bei der Bewertung der nuklearen Sicherheit entscheidend. Bei den Standardkonzepten werden die langsamen Gleichgewichtsvorgänge nicht berücksichtigt, was zu übermäßig konservativen oder, in manchen Fällen, zu übermäßig optimistischen Risikobewertungen führen kann.

Das EU-finanzierte Projekt SKIN war darauf ausgerichtet, dieses Problem zu lösen, um Löslichkeitsdaten im Kontext des Atommüllmanagements effektiver einsetzen zu können. Der Schwerpunkt lag auf vierwertigen Actinoiden – AN(IV) – die aufgrund ihrer geringen Löslichkeit oft als umweltimmobil erachtet werden. Es sind keine Daten vorhanden, welche die langsamen thermodynamischen Abläufe nahe des Gleichgewichts beschreiben.

Die SKIN-Wissenschaftler führten mit diesen Systemen eine große Anzahl von Experimenten aus. Die Ergebnisse sind direkt relevant für die Charakterisierung der Löslichkeitssteuerbarkeit, welche die maximale Konzentration im Grundwasser sowie verbundene kalkulierte Dosen beeinflusst. Die Forschungsarbeiten umfassten auch die Untersuchung dynamischer Isotopenaustausche sowie spektroskopische Studien zur Einlagerung von Radionukliden. Bei Letzerem wurden Aspekte der Umkehrbarkeit und Unumkehrbarkeit betrachtet, welche mit den Mengen freier Radioisotope, die sich im Grundwasser oder im Boden ausbreiten könnten, zusammenhängen.

Sorption und Desorption an die bzw. von der Materialoberfläche ist normalerweise reversibel, wohingegen die Einlagerung im festen Zustand als irreversibel gilt. Es bestehen einige Ausnahmen, eine wichtige davon ist die Unumkehrbarkeit der Sorption/Desorption von Caesium in reines Illit. Jedoch konnten die SKIN-Wissenschaftler nachweisen, dass der Vorgang bei eingebettetem Illit reversibel ist.

Dies könnte daran liegen, dass durch die Einbettung die Diffusion in das Trägermaterial verhindert wird, oder dass im Rahmen des Experiments der äußerst langsame, langfristige Diffusionsprozess nicht stattfinden konnte. Mit den aktuellen geochemischen Sorptions- und Desorptionsmodellen können solche langfristigen Entwicklungen noch nicht beschrieben werden.

Ein sehr wichtiger Beitrag des Projekts besteht daher im Vergleich der drei existierenden Modelle und der Entwicklung eines neuen Modells der irreversiblen Spurenmineralaufnahme. Ein Verständnis der zeitlichen Entwicklung der Löslichkeit und Sorption ist für Sicherheitsbewertungen von entscheidender Bedeutung.

Durch das SKIN-Projekt wurde eine wissenschaftliche Methodik zur Bestimmung des Ausmaßes der irreversiblen Einlagerung von Radionukliden in Mineralien nach anfänglicher Oberflächenadsorption entwickelt. Dies wird zur Qualifizierung des Konservatismusgrades bei Sicherheitsbewertungen beitragen und die sichere und großflächigen Umsetzung sauberer und kosteneffektiver Kernkraft beitragen.