Zur Frage der Energiespeicherung in Festkörpern durch Kernstrahlung bei Lagerung hochradioaktiver Abfälle

Eine sichere Endlagerung hochradioaktiver Abfälle aus Kernenergieanlagen über lange Zeiträume hinweg geschieht am zweckmäßigsten durch Einschließung des verfestigten Materials in Salzstöcke aufgelassener Bergwerke. Durch den radioaktiven Zerfall(vorwiegend $\beta$- und $\gamma$-Zerfall der radioaktiven Spaltprodukte) erfolgt eine stetige Energieabgabe an das verfestigte Material selbst und an dessen Umgebung. Die absorbierte Strahlenenergie verwandelt sich größtenteils durch Wechselwirkung mit Materie direkt in Wärme, wodurch ein ziemlich starker Temperaturanstieg hervorgerufen wird. Daneben erzeugt die Kernstrahlung einestarke Strahlenschädigung in dem entsprechenden Medium. Ein relativ geringer Anteil der $\beta$- und $\gamma$-Strahlung kann in Form latenter Energie im Festkörper selbst gespeichert werden. Das Phänomen der Wechselwirkung von Kernstrahlung auf die Strukturund die Eigenschaften von Festkörpern war seit Anbeginn der Kerntechnik ein ernstes Anliegen sowohl aus theoretischer als auch vor allem aus praktischer Sicht. Bekannt geworden ist das Problem der Energiespeicherung in Graphit durch Kernstrahlung unter dem Begriff "Wigner-Energie" (1, 2). Die verheerenden Folgen der plötzlichen Energiefreisetzung dieser im Moderator- und Strukturgraphit von Kernreaktoren gespeicherten Energie sind seit langem bekannt und gefürchtet (3, 4). Ähnliche Vorgänge wie beim Graphit sind auch bei anderen Festkörpern zu erwarten. Während man dem Problem der Energiespeicherung in Graphit und anderen Reaktormaterialien, wie BeO, MgO und $Al_{2}O_{3}$ im Hinblick auf den Reaktorbau und -betrieb große Beachtung schenkt, fand das Phänomen bisher keine oder nur wenig Beachtung bei der Lagerung verfestigter hochradioaktiver Abfälle. Seit etwa einem Jahr allerdings widmet man sich vor allem in den USA und der UdSSR mit theoretischen und experimentellen Studien der Aufklärung der möglichen Gefahren einer plötzlichen und unkontrollierten Energiefreisetzung der im Gitter verfestigter Spaltproduktabfälle gespeicherten Strahlungsenergie. Dabei verdienen zwei Stoffklassen besonderes Interesse: 1. die verfestigten Spaltprodukte (Gläser, Calzinate) 2. das umgebende Salzgestein bei der Lagerung. Die mögliche Gefährdung liegt einmal in einer schlagartigen Freisetzungder im verfestigten Produkt und dem umgebenden Salzgestein gespeicherten Strahlungsenergie bei einem allmählichen Temperaturanstieg in der Lagerstätte und damit einem möglichen Schmelzen der Peststoffe, das mit einer Spaltproduktfreisetzungeinhergeht. Noch problematischer könnten die Dinge werden, wenn die verfestigten spaltprodukthaltigen Glasblöcke zunächst ineinem Zwischenlager unter Wasserkühlung aufbewahrt werden und sich dann während des Transportes zum Endlager aufheizen, wobei eine spontane Abgabe der gespeicherten Energie nicht auszuschließen ist. Die Gesamtmenge speicherbarer Strahlungsenergie hängt neben der Strahlungsart vor allem von der Bestrahlungstemperatur ab