Zur Beantwortung der TFS-Frage 111 „Versagen der Abschirmung der Oberflächenanlage“ werden in einem ersten Schritt die Rahmenbedingungen zum Umgang mit Störfällen und Szenarien im Zusammenhang mit der Entsorgung von radioaktiven Abfällen in der Schweiz erläutert. Das ENSI informiert zu den gesetzlichen Anforderungen an die Störfallbetrachtungen, d. h. zu berücksichtigenden Auswirkungen und Bewertungskriterien für zu betrachtende – auch sehr unwahrscheinliche – auslegungsüberschreitende Störfälle mit möglichen Freisetzungen. Diese Betrachtungen, inklusive der zugehörigen Ausbreitungsrechnungen, bilden eine Grundlage für die Auslegung von Kernanlagen und dienen als Basis für das, je nach Resultat, der Störfallanalysen geforderte Notfallschutzkonzept. Zusätzlich weist das ENSI auf übergeordnete Szenarien im Rahmen der Notfallvorsorge auf Bundesebene hin, welche abgestimmt mit den Kantonen definiert und erarbeitet werden. Die entsprechenden Arbeiten werden durch die Eidgenössische Kommission für ABC-Schutz (KomABC) koordiniert. Sie setzt sich aus Experten verschiedener kantonaler und nationaler Gremien zusammen.

Das der Frage zugrunde liegende Szenario mit dem plötzlichen Wegfallen jeglicher technischer Barrieren und der Freilegung der gesamten Menge an Brennelementen erachtet das ENSI als physikalisch unrealistisch und nicht nachvollziehbar. Unabhängig davon wird zur Beantwortung der Teilfrage a) „Gesamte Radioaktivität in Becquerel in der OFA“ das Abklingen der Radioaktivität als Funktion der Zeit anhand des Beispiels von Cäsium-137 und die zeitliche Entwicklung der Radioaktivität des Abfallinventars eines geologischen Tiefenlagers in Becquerel als Funktion der Zeit für die verschiedenen Abfallkategorien für die nächsten 1 Million Jahre aufgezeigt. Zur Beantwortung der Teilfragen b) und c) „Exposition durch Direktstrahlung“ zeigt das ENSI anhand eines hypothetischen Rechenbeispiels die einwirkende Strahlendosis auf einen menschlichen Körper in Abhängigkeit von Zeit und Distanz zum radioaktiven Abfall („Direktstrahlung ausgehend von einem abgebrannten Brennelement auf einer Wiese liegend ohne jegliche Schutzmassnahmen“). Das ENSI hält dabei ausdrücklich fest, dass es sich dabei um ein reines Gedankenexperiment zur Veranschaulichung handelt und kein Szenario existiert, in dem Mensch und Umwelt über entsprechende Zeiträume der Direktstrahlung eines Brennelements ausgesetzt sein könnten. Für den Umgang mit radioaktiven Materialien gelten strenge Anforderungen. Nur wenn der sichere Umgang nachgewiesen werden kann, wird nach einer systematischen Prüfung der Aufsichtsbehörde eine Bewilligung erteilt. Das ENSI verzichtet auf die Berechnung der Direktstrahlung ausgehend vom gesamten Inventar ohne Schutzmassnahmen, wie sie in der ursprünglichen Fragestellung vorgesehen war. Das hypothetische Rechenbeispiel zeigt, in einem Meter ist die Dosisleistung mit über 1 Sv/h extrem hoch. In 500 m Abstand hat die Dosisleitung bereits um einen Faktor 10 Millionen (sieben Grössenordnungen) abgenommen. Ein Vergleich zeigt, dass die Gamma-Dosisleistung des Brennelements im Abstand von 500 m bis auf die natürliche Hintergrundstrahlung (100 nano-Sv/h) abgenommen hat. Aus diesem Verlauf kann auch berechnet werden, dass in einigen Metern Abstand eine tödliche Strahlendosis von 6 Sv innert etwa eines Tages erreicht wird, wohingegen in etwa 200 m Distanz die tödliche Dosis erst nach ca. 80 Jahren erreicht bzw. ab 500 m die tödliche Dosis im Leben nicht erreicht wird. Als Ergänzung zur Fragestellung c) informiert das ENSI über Grundlagen zum Strahlenschutz, d. h. Umgang mit und ohne Schutz vor radioaktiven Stoffen sowie die Grundlagen bei der Abschätzung der Einwirkung von radioaktiven Stoffen auf Mensch und Umwelt.

Mit der vorliegenden Antwort erläutert das ENSI über die grundsätzliche Gefährlichkeit von radioaktiven Materialien und weist in diesem Zusammenhang darauf hin, dass bei der Entsorgung von radioaktiven Abfällen der langfristige Schutz von Mensch und Umwelt das oberste Ziel ist. Die erforderliche Sicherheit ist über die sehr langen Zeiträume nur durch die passiven Barrieren im geologischen Untergrund zu gewährleisten.

Einleitung

Die TFS-Frage 111 „Versagen der Abschirmung der OFA“ ist eine von zehn Fragen (TFS-Fragen 111 bis 120) desselben Fragestellers, welche losgelöst von jeglichen Eintretenswahrscheinlichkeiten, verschiedene theoretische Extrem-Ereignisse im Zusammenhang mit geologischen Tiefenlagern und Oberflächenanlagen beim TFS eingereicht wurden. Gemäss vorliegenden Informationen erhofft sich der Fragesteller ein „vertieftes Verständnis der Gefährlichkeit radioaktiver Abfälle sowie ein Vergleich mit ähnlichen Ereignissen“ damit „die Wirksamkeit der diversen Schutzmassnahmen im Normalbetrieb bzw. im Ereignisfall zuverlässiger beurteilt werden können“.

Die Beantwortung der TFS-Fragen 111 bis 120 erfolgt unter den Rahmenbedingungen zum Umgang mit Störfällen und Szenarien in der Schweiz, d. h. die gesetzlichen Vorgaben für Störfallanalysen (Umgang mit Auslegungsstörfällen und auslegungsüberschreitenden Störfällen) für Kernanlagen sowie der Umgang mit übergeordneten Szenarien auf Ebene Bund durch KomABC (Eidgenössische Kommission für ABC-Schutz) und Bundesstab ABCN.

Das ENSI beantwortet die eingereichten Fragen grundsätzlich basierend auf wissenschaftlich-technischen Fakten unter Einbezug

• physikalisch-chemischer Stoffeigenschaften (d. h. dem Schadstoffpotential: Welche radioaktiven Stoffe liegen in welchen Mengen und in welcher Form (fest, flüssig, gasförmig, brennbar, nicht brennbar) vor);
• möglicher Expositionspfade (Szenarien);
• der entsprechenden Eintrittswahrscheinlichkeiten (d. h. mögliche Ereignisabläufe, in Kenntnis der vorherrschenden Randbedingungen wie z. B. Auslegung der Anlage, Inventar, Betriebsprozesse); sowie
• der Einwirkungen auf die Schutzziele (Mensch und Umwelt, z. B. Strahlenexposition mit nennenswerter Dosis).

Dies erfolgt ähnlich wie bei Risikobetrachtungen in anderen Bereichen z. B. die Beurteilung des Gefährdungspotentials von Altlasten durch die Kantone, welche das Schadstoffpotenzial, das Freisetzungspotenzial sowie die Exposition und Bedeutung von Schutzgütern berücksichtigt.

Das der TFS-Frage 111 zugrunde liegende Szenario geht davon aus, dass jegliche technischen Barrieren plötzlich wegfallen und die gesamte Menge an Brennelementen freigelegt wird. Das ENSI ist der Meinung, dass ein solches Szenario physikalisch nicht möglich und nicht nachvollziehbar ist (siehe dazu auch die Anforderungen in TFS-Frage 79 „Gefahren Betriebsphase“). Da das ENSI der objektiven Information der Öffentlichkeit verpflichtet ist, konzentriert es sich bei der Fragebeantwortung auf die Erläuterung zum grundlegenden Umgang mit Störfällen und auf hypothetische Rechenbeispiele zur Beschreibung der Gefährlichkeit der Direktstrahlung ungeschützter Brennelemente.

Im Folgenden wird zuerst der Umgang mit Auslegungsstörfällen und auslegungsüberschreitenden Störfällen (Szenarien) für Kernanlagen durch das ENSI und der Umgang mit übergeordneten Szenarien auf Bundesebene durch KomABC und Bundesstab ABCN erläutert. Anschliessend geht das ENSI auf Teilfrage a) „Gesamte Radioaktivität in Becquerel in der OFA“ mit Verweis auf Angaben der Nagra zum modellhaften Inventar für radioaktive Materialien (NTB 08-06) ein. Um dem Informationsbedarf bzgl. Exposition durch Direktstrahlung nachzukommen, werden die Teilfragen b) und c) anhand von Rechenbeispielen beantwortet. Das ENSI erachtet es im Zusammenhang mit den TFS-Fragen 111 bis 120 als wichtig, über die Einwirkung von Radioaktivität auf Mensch und Umwelt zu informieren. Deshalb wird diese Antwort durch einen Abschnitt mit Grundlagen zum Strahlenschutz ergänzt.

Umgang mit Störfällen durch das ENSI

Das Eidgenössische Nuklearsicherheitsinspektorat (ENSI) begutachtet und beaufsichtigt als Aufsichtsbehörde des Bundes die Kernanlagen in der Schweiz. Mittels Inspektionen, Aufsichtsgesprächen, Prüfungen und Analysen sowie der Berichterstattung der Anlagebetreiber verschafft sich das ENSI den notwendigen Überblick über die nukleare Sicherheit der beaufsichtigten Kernanlagen. Es wacht darüber, dass die Vorschriften eingehalten werden und die Betriebsführung sicher und gesetzeskonform erfolgt. Die gesetzliche Basis für die Aufsicht des ENSI bilden das Kernenergiegesetz, die Kernenergieverordnung, das Strahlenschutzgesetz, die Strahlenschutzverordnung sowie weitere Verordnungen und Vorschriften zur Reaktorsicherheit und Ausbildung von Personal, zum Notfallschutz, zum Transport radioaktiver Stoffe und zur geologischen Tiefenlagerung. Gestützt auf diese gesetzlichen Grundlagen erstellt und aktualisiert das ENSI eigene Richtlinien. Darin formuliert es die Kriterien, nach denen es die Tätigkeiten und Vorhaben der Betreiber von Kernanlagen beurteilt. Bei jeder Bewilligungsstufe (Rahmen-, Bau- und Betriebsbewilligung) einer Kernanlage prüft das ENSI die Unterlagen des Gesuchstellers bezüglich Sicherheit. Detaillierte Sicherheits- und Störfallanalysen für Oberflächenanlagen werden zur Bau- und Betriebsbewilligung verlangt (TFS-Frage 90 „Gefährdungszonen um OFA SMA/HAA sowie Notfallschutz“).

Gesetzliche Grundlagen zu Störfallanalysen und Notfallschutz

Ein geologisches Tiefenlager stellt eine Kernanlage im Sinne der Kernenergiegesetzgebung dar. Die Kernenergieverordnung sieht ein mehrstufiges Bewilligungsverfahren vor, welches eine Kernanlage vor Inbetriebnahme zu durchlaufen hat. Demnach sind vom zukünftigen Betreiber nacheinander eine Rahmenbewilligung, Baubewilligung und eine Betriebsbewilligung zu beantragen. Die Kernenergiegesetzgebung legt auch die Inhalte der Bewilligungen, die mit den Bewilligungen verbundenen Zielen sowie die Art und den Umfang der auf jeder Bewilligungsstufe einzureichenden Unterlagen fest.

Auf Stufe der Rahmenbewilligung sind vom Gesuchsteller Unterlagen einzureichen, aus denen u. a. die Standorteigenschaften, der Zweck und die Grundzüge des Projektes sowie die voraussichtliche Strahlenexposition in der Umgebung der Anlage hervorgehen. Auf der nachfolgenden Stufe der Baubewilligung sind vom Gesuchsteller Unterlagen einzureichen in denen aufgezeigt wird, dass die Auslegungsgrundsätze und die Anforderungen an die nukleare Sicherheit, an die Sicherung sowie an den Schutz gegen Störfälle eingehalten werden. Aus den einzureichenden Unterlagen soll die Definition der auslegungsbestimmenden Störfälle und Betriebszustände hervorgehen. Es sind, als Ergebnis einer vorläufigen Sicherheitsanalyse, deren Auswirkungen auf die Anlage und deren Umgebung aufzuzeigen.

Ein Notfallschutzkonzept ist bei der Bewilligungsbehörde gleichfalls einzureichen. Dieses deckt sowohl den anlageninternen als auch anlagenexternen Notfallschutz ab. Die Ausarbeitung eines solchen Notfallschutzkonzepts setzt Kenntnisse über mögliche Störfallabläufe und deren Auswirkungen in und ausserhalb der Anlage voraus. Kenntnisse über mögliche Störfallabläufe setzen wiederum detaillierte Kenntnisse über die zukünftige Anlage, ihre Auslegung, Betriebsprozesse, die vorhandenen (Sicherheits-)Systeme und die in der Anlage befindlichen Stoffe voraus. Aus diesem Grund sind belastbare Aussagen zum Gefährdungspotential (i. e. Inventar an gefährdenden Stoffen sowie den Auswirkungen von Störfällen) und zum Notfallschutzkonzept in aller Regel erst ab Stufe Baubewilligung möglich, da erst ab dieser Stufe genügend Informationen im notwendigen Detailierungsgrad vorliegen.

Die Untersuchung von Störfallabläufen in einer Anlage umfasst drei Schritte:

1. Ermittlung des Gefährdungspotentials, d. h. welche Stoffe (z. B. radioaktive) in welchen Mengen, in welcher Form (fest, flüssig, gasförmig) vorliegen (i. e. das „Inventar“) und wie diese Stoffe in der Anlage aufbewahrt werden bzw. verpackt sind.
2. Eruierung von denkbaren Störfall- bzw. Unfallabläufen in der Anlage, in Kenntnis der vorherrschenden Randbedingungen (z. B. Auslegung der Anlage, Inventar, Betriebsprozesse). Hierfür hat der Gesuchsteller die Anforderungen der UVEK-Verordnung über die Gefährdungsannahmen und die Bewertung des Schutzes gegen Störfälle in Kernanlagen (SR 732.112.2) zu berücksichtigen. Diese Verordnung hält fest, welche Störfälle mit Ursprung innerhalb und ausserhalb der Anlage berücksichtigt und betrachtet werden sollen (Art. 4 und 5). Hierzu zählen u. a. Brand, Versagen von Systemen, Explosionen, Absturz schwerer Lasten, Erdbeben, Flugzeugabsturz oder extreme Wetterbedingungen.
3. Analyse von Auswirkungen der Störfälle in- und ausserhalb der Anlage. Insbesondere sind die radiologischen Auswirkungen in- und ausserhalb der Anlage anhand von Ausbreitungsrechnungen zu analysieren, auszuweisen und zu bewerten. Als Bewertungsmassstäbe werden in Abhängigkeit der Eintrittshäufigkeit der Störfälle Dosishöchstwerte der Strahlenschutzverordnung und/oder die Eingreifwerte im Dosismassnahmenkonzept (DMK) der Verordnung über die Organisation von Einsätzen bei ABC- und Naturereignissen (Anhang 1 der ABCN-Einsatzverordnung, SR 520.17) herangezogen.

Für Störfälle, welche eine Eintrittshäufigkeit grösser als 10^-6pro Jahr (d. h. einmal in einer Million Jahre) aufweisen, gelten Dosishöchstwerte, deren Einhaltung vom Antragsteller nachzuweisen ist. Die Kenntnis sowohl der Auswirkungen von Störfällen in der Umgebung als auch der Eingreifwerte für Schutzmassnahmen legen fest, ob und in welchem Umfang Massnahmen in der Umgebung im Ereignisfall zum Schutz der Bevölkerung zu treffen wären. Diese Kenntnis stellt für den Antragsteller die Grundlage für die Erarbeitung eines externen Notfallschutzkonzepts dar.

Im Folgenden werden Begriffe, welche zum Verständnis wichtig sind, definiert (gemäss Strahlenschutzverordnung (StSV, SR 814.501) und Verordnung des UVEK über die Gefährdungsannahmen und die Bewertung des Schutzes gegen Störfälle in Kernanlagen (SR 732.112.2)).

Betrieb

Der Betrieb muss so ausgelegt sein, dass der quellenbezogene Dosisrichtwert (d. h. der erlaubte Dosiswert ausgehend von einer Quelle/Anlage) nach Artikel 7 (StSV) bei Störfällen eingehalten werden kann, die mit einer Häufigkeit von mehr als 10^-1 pro Jahr eintreten.

Störfälle

Ereignisse, bei welchem eine Anlage vom Normalbetrieb abweicht und

1. die Sicherheit einer Anlage oder eines Gegenstandes beeinträchtigt wird (technischer Störfall);
2. das zu einer Überschreitung eines Immissionsgrenzwerts oder des Dosisgrenzwerts für nichtberuflich strahlenexponierte Personen führen kann (radiologischer Störfall); oder
3. bei dem jemand einer Dosis von mehr als 50 mSv ausgesetzt wird (Strahlenunfall)

sind nach Strahlenschutzverordnung Störfälle.

Auslegungsstörfall

Störfall, bei dem durch auslegungsgemässes Verhalten der Sicherheitssysteme keine unzulässige Freisetzung radioaktiver Stoffe und keine unzulässige Bestrahlung von Personen auftreten. Die Gesamtheit der Auslegungsstörfälle kann in folgende Kategorien eingeteilt werden:

Auslegungsüberschreitender Störfall

Störfall, welcher in Bezug auf das auslösende Ereignis oder die Art und Anzahl zusätzlicher Fehler den Rahmen der Auslegung durchbricht; dabei kann nicht ausgeschlossen werden, dass radioaktive Stoffe in gefährdendem Umfang freigesetzt werden.

Der Betrieb muss so ausgelegt sein, dass nur wenige Störfälle der Kategorie 2 und Kategorie 3 auftreten können. Für Störfälle der Kategorie 2 und 3 sowie für Störfälle, deren Eintretenshäufigkeit kleiner ist als 10^-6 pro Jahr, deren Auswirkungen aber gross sein können, verlangt die Aufsichtsbehörde die erforderlichen vorsorglichen Massnahmen.

Konzept der gestaffelten Sicherheitsvorsorge

Sicherheitskonzept, das auf mehreren Ebenen aufeinander folgende und voneinander unabhängige Schutzmassnahmen umfasst, die bei Abweichungen vom Normalbetrieb unzulässige radiologische Auswirkungen in der Umgebung verhindern und Freisetzungen in gefährdendem Umfang lindern.

Grenzüberschreitender (über die Landesgrenze hinweg) Schutz der Bevölkerung

Der Schutz der Bevölkerung ergibt sich aus dem Notfallschutzkonzept (siehe oben). Die grenzüberschreitende Information in Notfällen ist in bilateralen Verträgen geregelt.

Informations- und Meldepflicht bei einem Störfall

Die Meldepflichten und die Berichterstattung über Ereignisse und Befunde im Sicherheitsbereich sind in der Kernenergieverordnung geregelt. Siehe hierzu auch die Richtlinie ENSI-B03.

Notfallschutz und Referenzszenarien in der Schweiz (Beitrag Labor Spiez)

Gefährdungs- und Risikoanalysen auf der Basis von Szenarien sind ein zentrales Element bei der Vorbereitung auf die Bewältigung von krisenhaften Ereignissen. Sie sind Teil vorsorglicher Planungen, werden bei der Ausbildung von Einsatzkräften sowie bei der Planung von Übungen eingesetzt. Sie bilden die Grundlage im Bereich Katastrophenmanagement und Bevölkerungsschutz. Der Einsatz von Szenarien unterstützt die planerische Zusammenarbeit und den Dialog zwischen den verschiedenen Akteuren, die bei der Vorbereitung auf und der Bewältigung von Ereignissen beteiligt sind.

Im Vordergrund solcher Analysen stehen die Identifikation von Gefährdungen und das Abschätzen möglicher Schäden, die aus einem entsprechenden Ereignis oder einer Entwicklung resultieren können. Auch das Bewerten der Eintrittswahrscheinlichkeit bzw. der Häufigkeit, mit der es zum Ereignis und den jeweiligen Schäden kommt, ist von zentraler Bedeutung.

Für Ereignisse von nationaler Tragweite, bzw. für die Beurteilung der Gesamtlage, die Steuerung von Massnahmen sowie die Koordination der Einsatzvorsorge ist der Bundesstab ABCN zuständig (vgl. Verordnung über die Organisation von Einsätzen bei ABC- und Naturereignissen; ABCN-Einsatzverordnung SR 520.17). Als eine der Grundlagen für diese Aufgabe dienen die sogenannten ABCN-Referenzszenarien, welche vom Labor Spiez bzw. vom Bundesamt für Umwelt ausgearbeitet wurden. Die Referenzszenarien befassen sich mit einer Auswahl an Gefährdungen sowie deren Auswirkungen auf ausgewählte Bereiche wie Umwelt, Wirtschaft und Gesellschaft.

Die Analyse bzw. die Risikobewertung der Szenarien stützt sich auf eine Methode, die es erlaubt, die Risiken unterschiedlicher Gefährdungen mit einheitlichem Verfahren zu bestimmen und sie nachvollziehbar und transparent miteinander zu vergleichen. Dieser Vergleich von Gefährdungen ist für das Katastrophenmanagement eine wichtige Arbeitsgrundlage, da es sich mit einer Vielzahl von Gefährdungen konfrontiert sieht und die begrenzten Ressourcen zielorientiert und effizient einzusetzen sind.

Informationen zur Häufigkeit bzw. Eintrittswahrscheinlichkeit und zum Ausmass der Auswirkungen der Szenarien stammen in der Regel aus bestehenden Grundlagen und Informationen wie Ereignisanalysen, Statistiken, Literatur, anderen Szenarien usw. Wo Informationen fehlen oder die Unsicherheiten über das Ausmass von Auswirkungen oder über die Häufigkeit bzw. Eintrittswahrscheinlichkeit der Szenarien gross sind, wurden sie von Experten geschätzt. Die Expertenrunden wurden spezifisch für jedes Szenario zusammengesetzt: So wurden etwa für die Risikobewertung des Szenarios „Radiologische Bombe“ Experten folgender Institutionen beigezogen: Labor Spiez, Gruppe Risikogrundlagen des Bundesamts für Bevölkerungsschutz (BABS), Nationale Alarmzentrale, Nachrichtendienst des Bundes, Universitätsspital Zürich sowie das Ingenieurbüro Ernst Basler+Partner.

Folgende ABCN-Referenzszenarien wurden bisher bearbeitet:

Die ABCN-Referenzszenarien bieten als risikobasierte Planungsgrundlage für die Ereignisbewältigung eine aktuelle Übersicht zum Ablauf eines Ereignisses. Die Anzahl der Referenzszenarien wird bewusst überschaubar gehalten. Trotzdem soll damit das integrale Gefährdungsspektrum vom Unfall über Naturkatastrophen bis zu Terror- und Sabotageakten und machtpolitisch bedingten Ereignissen gut abgedeckt werden. Dementsprechend erfüllt jedes dieser Szenarien mindestens vier der folgenden fünf Kriterien:

1. Der Bund bzw. mehrere Kantone/Regionen sind betroffen oder das Ereignis hat ein internationales Ausmass;
2. die Bewältigung erfordert spezielle Mittel und/oder den Einsatz von mehreren Partnerorganisationen;
3. hoher Koordinationsbedarf durch rückwärtige Führungsorgane;
4. andere Länder arbeiten mit ähnlichen Szenarien;
5. hohes nationales/internationales Medieninteresse.

Beantwortung der Teilfragen:

a) Abklingen der Aktivität von Brennelementen als Funktion der Zeit

Die Beantwortung dieser Teilfrage stützt sich auf die Gesetze der Physik. Atome bestehen aus Protonen, Neutronen und Elektronen, wobei die beiden erstgenannten den Atomkern bilden. Die sogenannte Ordnungszahl, d. h. die Anzahl der Protonen, definiert den Namen des chemischen Elementes sowie dessen chemische Eigenschaften. Gleiche Elemente mit unterschiedlicher Anzahl Neutronen werden Isotope eines Elements genannt. Die Kombination aus einer konkreten Anzahl Protonen und Neutronen wird als Nuklid bezeichnet. Nur ganz wenige Nuklide eines Elements sind stabil, die meisten zerfallen, wobei es verschiedene Zerfallsarten gibt. Dieser natürliche Prozess wird als radioaktiver Zerfall bezeichnet.

Der radioaktive Zerfall von Elementen (bzw. Nukliden) ist ein bekanntes und entsprechend gut untersuchtes Phänomen. Eine zentrale Grösse beim radioaktiven Zerfall ist die Halbwertszeit, d. h. die Zeit, nach welcher nur noch die Hälfte der ursprünglichen Anzahl Atomkerne dieses Nuklids vorhanden ist. Dieser Wert ist eine nuklidspezifische Grösse. Beim radioaktiven Zerfall wird immer die sog. Bindungsenergie in Form von Wärme freigesetzt, weshalb beim Umgang mit radioaktiven Materialien die Abfuhr der Nachzerfallswärme eine wichtige Bedeutung hat. Der radioaktive Zerfall kann mathematisch exakt beschrieben werden: Ausgehend von bekannten Grössen wie Halbwertszeit und Anfangsaktivität lässt sich die Aktivität eines Nuklides zu jedem Zeitpunkt berechnen. Die physikalische Einheit der Aktivität ist das Becquerel (Bq), wobei gilt: 1 Bq = 1 Zerfall pro Sekunde.

Der Aktivitätszerfall für ein Brennelement kann als Beispiel anhand des Zerfalls von Cäsium-137 erläutert und dargestellt werden. Fig. 111-1 zeigt diesen Zerfall, wobei zur Illustration verschiedener Darstellungsarten die y-Achse jeweils in linearer und logarithmischer Skalierung gewählt wurde; die am häufigsten verwendete und aussagekräftigste Darstellungsart ist jene, bei welcher nur die Ordinatenachse (y-Achse) logarithmisch skaliert ist. Daraus wird ersichtlich, dass die Aktivität und damit die Gefährdung mit der Zeit abnehmen. Der Zerfall der Aktivität eines gesamten Brennelements ergibt sich aus der Summe der Zerfälle der darin enthaltenen Nuklide. Typischerweise enthält ein abgebranntes Brennelement eine beträchtliche Zahl von Nukliden; für Störfallbetrachtungen wird von den ungefähr hundert wichtigsten Nukliden ausgegangen, welche in der Richtlinie ENSI-A08 aufgeführt sind.

Die gesamte Radioaktivität kann anhand der bekannten bzw. zu erwartenden radioaktiven Abfälle für ein geologisches Tiefenlager berechnet werden. Im Rahmen des Sachplanverfahrens und des Bewilligungsprozesses für ein geologisches Tiefenlager muss die Nagra ihre Analysen und Konzepte an das vorhandene Abfallinventar anpassen. Dazu erstellt sie das „Modellhafte Inventar für radioaktive Materialien“ (MIRAM) aller bereits vorhandenen und in Zukunft noch anfallenden Abfälle (vgl. NTB 08-06, NTB 14-04). Diese umfassen Abfälle aus Betrieb und zukünftiger Stilllegung der KKW und des zentralen Zwischenlagers, aus Medizin, Industrie und Forschung (MIF), aus der Wiederaufarbeitung von Brennelementen und die abgebrannten Brennelementen (BE). Die (aus der NAGRA-Publikation zu MIRAM stammende) Fig. 111-2 zeigt die gesamte erwartete Aktivität sowie deren Radiotoxizität in Abhängigkeit der Zeit für die nächsten 1 Million Jahre.

b) und c)

Das Gefährdungspotential hochaktiver Abfälle wird anhand eines hypothetischen Rechenbeispiels (Fig. 111-3) eines abgebrannten Brennelements ohne irgendwelche Schutzmassnahmen am Beispiel der verursachten Direktstrahlung erläutert. Das hypothetische Rechenbeispiel zeigt die Direktstrahlung (präziser: Gamma-Ortsdosisleistung) eines Brennelements, das nach dem Betrieb in einem KKW typischerweise 40 Jahre abgeklungen ist. In einem Meter Abstand ist diese Dosis sehr hoch. Bei einer Aufenthaltszeit von ca. einer Stunde in einem Meter Entfernung könnte eine tödliche Dosis erreicht werden, weshalb beim Umgang entsprechende Schutzvorkehrungen für das Personal und die Bevölkerung zwingend notwendig sind. Für den Umgang mit radioaktiven Materialien gelten strenge Anforderungen. Nur wenn der sichere Umgang nachgewiesen werden kann, wird nach einer systematischen Prüfung der Aufsichtsbehörde eine Bewilligung erteilt. In 500 m Abstand hat die Ortsdosisleitung eines abgebrannten Brennelements bereits um einen Faktor 10 Millionen (sieben Grössenordnungen) abgenommen und erreicht die Ortsdosisleitung der natürlichen Hintergrundstrahlung (terrestrische und kosmische Strahlung). Aus diesen Daten kann auch berechnet werden, in welcher Zeit ein Mensch in einer bestimmten Entfernung des Brennelements eine tödliche Strahlendosis von ca. 6 Sv erhält. In einem Meter Abstand ist die tödliche Dosis in etwa einer Stunde erreicht; darunter noch schneller. In einigen Metern Abstand sind die 6 Sv innert etwa eines Tages erreicht. In etwa 200 m wird die tödliche Dosis erst nach ca. 80 Jahren erreicht und ab 500 m wird die tödliche Dosis in einem Leben nicht mehr erreicht.

Bei dem Rechenbeispiel wurden keine Massnahmen zur Reduktion der Strahlung wie z. B. Abschirmungen und Auslegung der Oberflächenanlage gegen Störfälle angenommen. Das Rechenbeispiel eines abgebrannten Brennelements ohne jegliche Schutzmassnahmen ist damit unrealistisch und ein reines Gedankenexperiment zur Veranschaulichung bezüglich der Wirkung der Direktstrahlung. Es gibt kein Szenario, in dem Mensch und Umwelt der Direktstrahlung eines unabgeschirmten, abgebrannten Brennelements ausgesetzt sein könnten. Für den Betrieb einer Oberflächenanlage gelten die Dosisgrenzwerte gemäss Strahlenschutzverordnung. Vergleichbare Beispiele für Vorkehrungen sind u. a. die Handhabung von abgebrannten Brennelementen in einer heissen Zelle mit entsprechender Abschirmung und Auslegung des Gebäudes gegen Störfälle oder der Transport in spezifisch ausgelegten Transportbehältern. Der langfristige Schutz für hochaktive Abfälle bis zu 1 Million Jahre kann nur durch ein geologisches Tiefenlager erreicht werden. Weltweit hat sich daher für die sichere Entsorgung der hochaktiven Abfälle das Konzept der Endlagerung in tiefen, stabilen geologischen Formationen durchgesetzt.

Grundlagen Strahlenschutz – Einwirkungen von Radioaktivität auf Mensch und Umwelt

Wie der Mensch und die Umwelt vor dem schädlichen Einfluss der ionisierenden Strahlung geschützt werden kann (Strahlenschutz), ist in schweizerischen Gesetzen und Verordnungen festgeschrieben. Die Tatsache, dass es diese Gesetze und sonstigen Vorgaben gibt, zeigen zusammen mit den aus der angewandten und der Grundlagenforschung gewonnenen Erkenntnissen, dass sich der Mensch vor den Einflüssen der Strahlung schützen muss, dass es aber sehr wohl möglich ist, sich mit Erfolg davor zu schützen. Die entsprechenden Massnahmen sind in der Strahlenschutzgesetzgebung, in Richtlinien und zahlreichen Publikationen enthalten.

Eine grundsätzliche Vorgabe ist die Abgrenzung zwischen dem normalen Lebensraum und Orten, wo mit radioaktiven Stoffen gearbeitet werden darf, oder wo eine erhöhte äussere Strahlung zu erwarten ist. Dies wird grundsätzlich durch die Einrichtung einer sogenannten kontrollierten Zone zur Begrenzung und Kontrolle der Strahlenexposition erreicht. Die kontrollierte Zone muss strenge Bedingungen erfüllen, damit radioaktive Stoffe nicht nach aussen gelangen können. Dies ist ein wichtiger Aspekt beim Schutz der beschäftigten Personen und der Bevölkerung ausserhalb der Kernanlage. Die kontrollierte Zone wird kontinuierlich radiologisch überwacht. Die in den kontrollierten Zonen arbeitenden beruflich strahlenexponierten Personen müssen eine besondere Ausbildung durchlaufen, und sie sind verpflichtet, Dosimeter zu tragen, damit ihre Exposition periodisch bestimmt und Dosisgrenzwerte eingehalten werden können. Die Ausbildung umfasst zum Beispiel auch die Bestimmung der für die jeweilige Situation zu wählenden Abschirmung in Bezug auf Dicke und Material. Die nach Gesetzgebung einzuhaltenden Dosisgrenzwerte für Personengruppen sind so gewählt, dass nach dem aktuellen Wissensstand keine schädlichen Auswirkungen zu erwarten sind. Besonderes Augenmerk wird auf die Verhinderung der Aufnahme von radioaktiven Stoffen in den Körper (Inkorporation) gelegt. Da solche aufgenommenen Stoffe genauso wie nicht-radioaktive Substanzen im Körper verwertet werden, kann es zu hohen Dosen in einzelnen Organen kommen. Zudem ist es nicht immer einfach, radioaktive Stoffe so schnell wieder aus dem Körper zu entfernen, sodass sie keinen Schaden anrichten können. Die in der kontrollierten Zone tätigen Personen werden regelmässigen Inkorporationsmessungen unterzogen. Im Normalfall geschieht dies an Inkorporationsmessstellen, wo die von inkorporierten Nukliden ausgesandte Strahlung detektiert würde. Nach einem tatsächlichen oder vermuteten Unfall können auch Urin- oder Stuhlproben untersucht werden.

Zum Schutz der Bevölkerung in der Umgebung von Kernanlagen werden besondere Massnahmen getroffen, die auf der Gesetzgebung beruhen und in anlagenspezifischen Reglementen zusammengefasst werden. Laut Gesetz und nach diesen Abgabereglementen dürfen Kernanlagen geringe Mengen radioaktiver Stoffe in die Umgebung abgeben. Die erlaubten Mengen sind aber so bestimmt, dass sie zu keiner Verletzung von Dosisgrenzwerten in der Umgebung, sowohl in der Schweiz als auch im angrenzenden Ausland, führen. Für die Bevölkerung in der Umgebung von Kernanlagen, zu denen auch eine OFA gehört, gilt heute ein sogenannter quellenbezogener Dosisrichtwert von 0,3 mSv pro Jahr. Dies bedeutet, dass durch die Kernanlagen eines Standorts höchstens diese Dosis verursacht werden darf. In der Regel ist die im Normalbetrieb von Kernanlagen verursachte Dosis um mehrere Grössenordnungen niedriger; siehe dazu die Daten im ENSI-Strahlenschutzjahresbericht (http://www.ensi.ch/de/ document/strahlenschutzbericht-2014-ensi-an-9258/). Im Vergleich dazu ist die durchschnittliche jährliche Strahlenexposition der Schweizer Bevölkerung von etwa 5,5 mSv um einen Faktor 15 deutlich höher (Fig. 111-4).

Eine kontinuierliche Überprüfung der gesamten Anlage und ihrer Umgebung gewähreistet, dass im normalen Betrieb keine Abgaben von radioaktiven Stoffen unkontrolliert oder gar unbemerkt erfolgen können. Für den Schutz der Bevölkerung bieten sich weitere praktische Massnahmen an. Beispielsweise befinden sich im Umkreis der Kernanlagen Messgeräte, mit denen die Behörden unabhängig von den Betreibern der Anlagen die Dosisleistung am jeweiligen Ort kontinuierlich erfasst. Die von diesen Messsonden erfassten Daten können auf der Homepage des ENSI abgerufen werden (http://www.ensi.ch/de/notfallschutz/messwerte-radioaktivitaet).

Kommentierung durch Fragesteller und weiterführende Fragen

Die Beantwortung der Fragen durch das ENSI basierend auf wissenschaftlich-technischen Fakten beinhaltete Prüfung und Kommentierung der Szenarien sowie hypothetische Rechenbeispiele und detailliertere Berechnungen. Im Rahmen der Kommentierung der Antworten zu den TFS-Fragen 111 bis 120 hat der Fragesteller festgehalten, dass mit den vorliegenden Antworten seine übergeordneten Fragen nach dem theoretischen Gefährdungspotential nicht oder nur teilweise beantwortet wurden. Entsprechend hat er im Rahmen der Rückmeldung fünf ergänzende  Fragen (TFS-Frage 138 bis 142), losgelöst von Szenarien, eingereicht.

Im Zusammenhang mit der Frage 111 wird an dieser Stelle auf folgende ergänzenden Fragen verwiesen:

• TFS-Frage 138 „Radioaktives Inventar“
• TFS-Frage 139 „Ortsdosisleistung des radioaktiven Inventars“
• TFS-Frage 140 „Theoretisches Gedankenexperiment zur Ortsdosisleistung des radioaktiven Inventars“