Modellierung der Radionuklid-Übertragung mit POPCORN

Zwar ist die Kernenergie in Bezug auf die erzeugten Emissionen eine saubere Alternative zu traditionellen fossilen Brennstoffquellen, aber die Frage nach der angemessenen Lagerung der radioaktiven Abfälle ist noch immer ungeklärt. Durch die akkurate Modellierung der Migration von Radionukliden mit POPCORN sind die Forscher dem Ziel der Realisierung einer Lagerung in tiefen geologischen Schichten einen Schritt näher gekommen.

Radioaktive Abfälle werden bei einer Vielzahl von industriellen, medizinischen und militärischen Maßnahmen erzeugt. Bei einer langfristigen Speicherung der radioaktiven Abfälle muss ein angemessener Schutz der Umgebung vor einer möglichen Kontamination gewährleistet sein. Eine Reihe von Lösungen wurde hierfür vorgeschlagen, von der Lagerung in tiefen geologischen Schichten bis hin zur Einschmelzung in Polareiskappen und sogar einer Entsorgung im Weltraum.

Die Lagerung in tiefen geologischen Schichten ist dabei das erfolgversprechendste Konzept. Eine Vielzahl von Fragen muss aber noch geklärt werden, bevor eine Einführung ernsthaft in Betracht gezogen werden kann. Eine Herausforderung besteht in der Bestimmung des Grads des Radionuklidtransport durch die künstlichen und natürlichen Barrieren.

Flüchtige Radionuklide setzen sich an den organischen Materialien im umgebenden Boden fest, besonders an Lehm, der wegen seiner geringen Porosität bevorzugt wird. Die Prozesse, durch die sich die Radionuklide an organischen Materialien festsetzen oder mit diesen verbinden, sowohl beweglich als auch unbeweglich, und sich anschließend lösen und destabilisieren, werden bis heute noch nicht umfassend verstanden.

Die im Rahmen des TRANCOM-II-Projekts durchgeführten Arbeiten widmeten sich diesem Forschungsbedürfnis. Es wurde ein kinetisches Modell mit dem Namen „POPulation of Colloids on RadioNuclide transport“, oder POPCORN, entwickelt, um die verschiedenen auftretenden chemischen und physikalischen Prozesse zu simulieren. Das Modell wurde getestet und mit den Ergebnissen von realen Experimenten zur Komplexierung und Destabilisierung von Radionukliden (Americanium-241) mit organischen Stoffen verglichen und hat dabei eine erstaunliche Leistung gezeigt.

POPCORN kann zur Einschätzung der Migrationszeiten für eine Vielzahl von Radionukliden in verschiedenen Gesteinsarten verwendet werden. Damit können wichtige Grenzwerte, wie die Zeit für den Durchbruch der Barrieren, berechnet werden. POPCORN ist ein nützliches Modellierinstrument, das von Wissenschaftlern genutzt werden kann, die an der Minimierung der Risiken arbeiten, die mit der Lagerung in tiefen geologischen Schichten zusammenhängen.