Einflussfaktoren zur Entstehung einer kritischen Anordnung im Endlager

In Deutschland war bisher Salz als Endlagermedium für wärmeerzeugende Abfälle vorgesehen. Andere Länder, wie z.B. Schweden und Kanada, planen eine Endlagerung in Hartgestein wie z.B. Granit. Auch Tonformationen werden in einigen Ländern für die Endlagerung in Erwägung gezogen.

Salz unterscheidet sich von allen anderen Endlagerformationen dadurch, dass kein Wasser vorhanden ist. Durch seine Plastizität werden Hohlräume und damit Wasserwegsamkeiten geschlossen. Bei anderen Gesteinsformationen muss man grundsätzlich von einem Zutritt geringer Mengen von Wasser zu den eingelagerten Abfällen ausgehen. Der Zutritt zum eigentlichen Abfall erfolgt aber auch im ungünstigsten Fall erst nach geologischen Zeiträumen.

In trockenem Granit beträgt beispielsweise die minimale kritische Masse an Plutoniumoxid etwa 12 kg. Tritt jedoch Wasser in größeren Mengen hinzu, verringert sich die minimale kritische Masse durch die guten Moderationseigenschaften von Wasser auf etwa 2 kg. In trockenem Salz beträgt die minimale kritische Masse etwa 21 kg, d.h. sie ist fast doppelt so gross wie in trockenem Granit. Der Unterschied wird dadurch verursacht, dass Salz Chlor enthält und Chlor ein guter Neutronenabsorber ist. Sollte es zu einem Störfall kommen und Wasser zutreten, würden sich Wasser und Salz zu einer Salzlösung aufkonzentrieren. Selbst in diesem Fall würde die minimale kritische Masse noch 16 bis 19 kg betragen und läge damit bedeutend über der von Granit. Aus der Sicht der Kritikalitätssicherheit bietet daher ein in einer Salzformation errichtetes Endlager Vorteile gegenüber einem Endlager in einer Granitformation.

Natürliche Kernreaktoren

Vor ungefähr 2 Milliarden Jahren, als der Anteil des spaltbaren lsotops U-235 im natürlichen Uran noch bei etwa 3,7 % lag, hat es in der Uranlagerstätte von Oklo/Gabun (Afrika) aufgrund geeigneter hydrogeologischer und geochemischer Randbedingungen eine größere Anzahl von Stellen gegeben, in denen über Zeiträume von einigen 100.000 Jahren kritische Anordnungen existierten, d.h. selbsterhaltende Kettenreaktionen abliefen. Es ist nachgewiesen, dass die Kettenreaktion in diesen Natur-Reaktoren mehrere Male für längere Zeiten aussetzte und die Reaktoren später wieder kritisch wurden. Zerstörerische Auswirkungen gingen von diesen Natur-Reaktoren, d.h. diesen natürlich gebildeten kritischen Anordnungen, nicht aus, denn ein großer Teil der damals gebildeten radioaktiven Stoffe befindet sich heute noch an der Stelle ihrer Entstehung. Auch sind keine zerstörerischen Einwirkungen auf die Gesteinspartien zu erkennen, in denen die Reaktionen stattgefunden haben.