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Frage 102: Freisetzungen radioaktiver Stoffe auf dem Grundwasserpfad Beurteilung der potentiellen Betroffenheit von Gebieten (insb. auch in Österreich)
Radionuklidtransport auf österreichisches Staatsgebiet könnte von einem Tiefenlager in der Schweiz direkt über das Grundwasser erfolgen, oder über den Übergang von kontaminiertem Grundwasser in Oberflächengewässer.
Beide Wege erscheinen nach derzeitigem Wissensstand als eher unwahrscheinlich. Dies gilt besonders für den Ersteren. Der Weg über Oberflächengewässer verdient mehr Aufmerksamkeit. Für jene Standortgebiete, die Österreich am nächsten liegen (Zürich-Nordost und Nördlich Lägeren) etwa kämen als Vorfluter zwar primär Flüsse in Betracht, die in den Rhein münden (z.B. Neckar). Es stellt sich jedoch die Frage, ob auch Freisetzungen von kontaminiertem Grundwasser in die Donau erfolgen könnten, die dann nach Österreich gelangen würden.
In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, dass der derzeitige Wissensstand noch Lücken aufweist. Eine genaue Prüfung kann erst dann erfolgen, wenn ausreichend standort- und regionalspezifische Daten für die möglichen Standorte zur Verfügung stehen – insbesondere zur Hydrogeologie (Grundwasserfließrichtungen, Exfiltrationspfade, ggf. betroffene Oberflächengewässer usw.). Dies ist im Laufe der Etappe 2 des Sachplans zu erwarten.
Zu welchem Zeitpunkt werden ausreichend Modelle und Daten vorliegen, um beurteilen zu können, welche Gebiete grundsätzlich durch Radionuklidfreisetzungen aus dem Tiefenlager betroffen sein könnten, sowie ggf., in welcher Form eine Betroffenheit gegeben sein könnte?
In welcher Form wird insbesondere die Frage einer möglichen österreichischen Betroffenheit im Rahmen der in Etappe 2 durchgeführten provisorischen Sicherheitsanalysen abgedeckt (werden)?
Die folgende Antwort diskutiert die Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport nach Errichtung der geologischen Tiefenlager. Nebst der praktischen Umsetzung der schweizerischen Konzepte für geologische Tiefenlager wird dies auch hinsichtlich der relevanten behördlichen Richtlinie betrachtet. Auf die Teilfragen a) und b) wird am Schluss der Beantwortung der Frage eingegangen.
Die Antwort ist wie folgt gegliedert
Einleitung
Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport
Dosis aufgrund der Nutzung von Grundwasser bzw. Oberflächengewässern
Beantwortung von Teilfrage a)
Beantwortung von Teilfrage b)
Einleitung
Die Richtlinie ENSI-G03 «Spezifische Auslegungsgrundsätze für geologische Tiefenlager und Anforderungen an den Sicherheitsnachweis» hält fest (Abschnitt 4.1: Schutzziel der geologischen Tiefenlagerung):
“Mit der geologischen Tiefenlagerung sind radioaktive Abfälle so zu entsorgen, dass der Schutz von Mensch und Umwelt vor deren ionisierender Strahlung dauernd gewährleistet ist, ohne dass künftigen Generationen unzumutbare Lasten und Verpflichtungen auferlegt werden.”
Zur Umsetzung des Schutzziels sind zehn so genannte Leitsätze zu berücksichtigen (ENSI-G03, Abschnitt 4.2: Leitsätze zur Umsetzung des Schutzziels). Der Leitsatz zum für die Frage 102 relevanten grenzüberschreitenden Schutz lautet:
“c. Grenzüberschreitender Schutz: Die Risiken aus der geologischen Tiefenlagerung in der Schweiz dürfen im Ausland nicht grösser sein als sie in der Schweiz zulässig sind.”
Das Erreichen des Schutzziels unter Beachtung der Leitsätze ist anhand quantitativer Schutzkriterien zu beurteilen (ENSI-G03, Abschnitt 4.3.2):
“Schutzkriterium 1: Für jede als wahrscheinlich eingestufte zukünftige Entwicklung darf die Freisetzung von Radionukliden zu keiner Individualdosis führen, die 0.1 mSv pro Jahr (mit dem von der ICRP empfohlenen Todesfallrisikofaktor von 0.05 pro Sv entspricht dies einem Todesfallrisiko von 5 x 10-6 pro Jahr) überschreitet.”
“Schutzkriterium 2: Die als wenig wahrscheinlich eingestuften, unter Schutzkriterium 1 nicht betrachteten, zukünftigen Entwicklungen dürfen zusammen kein zusätzliches radiologisches Gesundheitsrisiko einer Einzelperson darstellen, das grösser als ein Millionstel pro Jahr ist.”
Das Einhalten der Schutzkriterien ist im Rahmen des Sicherheitsnachweises aufzuzeigen. Die dazu notwendige Ermittlung der Individualdosen hat gemäss ENSI-G03 wie folgt zu erfolgen (ENSI-G03, Abschnitt 7.2.2: Sicherheitsanalyse):
“Die Freisetzung und Ausbreitung der in ein geologisches Tiefenlager eingebrachten Radionuklide sind durch die Barrieren bis in den Lebensraum des Menschen zu berechnen. Die Schutzkriterien 1 und 2 beziehen sich auf die Strahlenexposition eines durchschnittlichen Individuums innerhalb der von den potenziellen Auswirkungen aus einem geologischen Tiefenlager meist betroffenen Bevölkerungsgruppe.”
Die “meist betroffene Bevölkerungsgruppe” ist diejenige, die als Selbstversorger in der Nähe des geologischen Tiefenlagers lebt, ihr Trinkwasser aus einem Gebiet bezieht, wo Tiefenaquifere über- oder unterhalb des einschlusswirksamen Gebirgsbereichs in dieses Gebiet exfiltrieren und die alle Lebensmittel aus lokaler Produktion ebenfalls aus diesem Gebiet bezieht. Für diese Bevölkerungsgruppe ist aufzuzeigen, dass die Schutzkriterien eingehalten werden können. Weiter entfernt lebende Bevölkerungsgruppen werden aufgrund der längeren Transportpfade mit zusätzlicher Radionuklid-Rückhaltung / Verdünnung geringere Dosen erhalten und sind damit mindestens so gut geschützt wie die “meist betroffene Bevölkerungsgruppe”. Dies wird im nachfolgenden Abschnitt diskutiert.
Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport
Die Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport wurde im Rahmen des Projekts Entsorgungsnachweis [1] untersucht (NTB 02-05). Figur 102-1 zeigt das dazu betrachtete System, Figur 102-2 zeigt die resultierenden Dosiskurven für diese Rechenfälle, zusammen mit der Dosiskurve für den Referenzfall, wo hypothetisch angenommen wurde, dass eine Radionuklid-Rückhaltung nur beim vertikalen Transport im Wirtgestein erfolgt. Der Vergleich der Dosiskurven für den Referenzfall mit denjenigen für die beiden alternativen Fälle erlaubt eine Bewertung der Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport über 15 km (Sandsteinkeuper) bzw. über 25 km (Wedelsandstein-Formation).
Figur 102-2 zeigt, dass im Referenzfall das Dosismaximum mit 5.3 x 10-5 mSv/a um mehr als drei Grössenordnungen unter dem behördlichen Schutzkriterium von 0.1 mSv/a liegt und nach ca. 1 Million Jahren erreicht wird. Durch die Radionuklid-Rückhaltung beim zusätzlichen horizontalen Transport im Sandsteinkeuper über 15 km (sowie in geringerem Mass durch den zusätzlichen vertikalen Transport über 60 m in den unteren Rahmengesteinen) wird das Dosismaximum später erreicht (nach 7 x 106 Jahren) und es wird nochmals deutlich verringert auf 3.8 x 10-6 mSv/a. Für den Fall mit horizontalem Transport in der Wedelsandstein-Formation über 25 km ist dieser Effekt noch stärker ausgeprägt (Dosismaximum von 10-7 mSv/a deutlich nach 107 Jahren). Dazu ist festzuhalten, dass solch niedrige Dosen keinerlei radiologische Bedeutung haben [2]. Aus diesem Grund wurde im Projekt Entsorgungsnachweis für die Darstellung der Dosiskurven die auch in Figur 102-2 gezeigten Schattierungen eingeführt (NTB 02-05, Kap,. 7.2).
Dosis aufgrund der Nutzung von Grundwasser bzw. Oberflächengewässern
Radionuklide aus einem geologischen Tiefenlager können grundsätzlich über die beispielhaft in Figur 102-1 gezeigten Transportpfade in (eventuell) wasserführende Schichten (Bsp. aus Figur 102-1: Wedelsandstein-Formation, Sandsteinkeuper) bzw. in Tiefenaquifere (Bsp. in Figur 102-1: Malm-Aquifer, Muschelkalk-Aquifer) gelangen. Diese wasserführenden Schichten bzw. Tiefenaquifere können entweder in lokale oberflächennahe Aquifere oder in Oberflächengewässer exfiltrieren und so in die Biosphäre gelangen.
Ein wichtiger Parameter zur Bestimmung des Dosisbeitrags aufgrund der Nutzung eines solchen Grundwasserträgers bzw. Oberflächengewässers ist der Wasserfluss Q (m3/a). Stark vereinfacht ist der Dosisbeitrag umgekehrt proportional zu Q; d.h. je grösser der Wasserfluss, desto grösser ist die Verdünnung und desto geringer der Dosisbeitrag [3]. Ein typischer Wert für den Wasserfluss in einem Grundwasserträger der Nordschweiz ist 106 m3/a (siehe z.B. NAB 13-75). Typische Werte für den Wasserfluss in Flüssen liegen im Bereich von 1010 m3/a oder höher (Rhein bei Schaffhausen: 1 x 1010 m3/a (NAB 13-75); Donau bei Linz: 5 x 1010 m3/a (Neweklowsky 2014). Die Nutzung von Wasser aus Oberflächengewässern ergibt somit deutlich geringere Dosisbeiträge als die Nutzung von Wasser aus Grundwasserträgern.
Beantwortung von Teilfrage a)
“Zu welchem Zeitpunkt werden ausreichend Modelle und Daten vorliegen, um beurteilen zu können, welche Gebiete grundsätzlich durch Radionuklidfreisetzungen aus dem Tiefenlager betroffen sein könnten, sowie ggf., in welcher Form eine Betroffenheit gegeben sein könnte?”
Modelle und Daten zur Beurteilung, welche Gebiete grundsätzlich durch Radionuklidfreisetzungen aus dem HAA- bzw. SMA-Lager in den in SGT Etappe 1 von der Nagra vorgeschlagenen und mit Entscheid des Bundesrats vom 30. November 2011 bestätigten Standortgebieten betroffen sein könnten, wurden im Rahmen von SGT Etappe 2 erarbeitet und als Teil der Unterlagen für SGT Etappe 2 dokumentiert. Die wichtigsten Berichte dazu sind NTB 14-02 (Dossier V: Hydrogeologische Verhältnisse) sowie NAB 13-75. Die Unterlagen für SGT Etappe 2 wurden am 30. Januar 2015 durch das Bundesamt für Energie veröffentlicht und werden nun vom ENSI geprüft.
Beantwortung von Teilfrage b)
“In welcher Form wird insbesondere die Frage einer möglichen österreichischen Betroffenheit im Rahmen der in Etappe 2 durchgeführten provisorischen Sicherheitsanalysen abgedeckt (werden)?”
Die Richtlinie ENSI-G03 “Spezifische Auslegungsgrundsätze für geologische Tiefenlager und Anforderungen an den Sicherheitsnachweis” ist auch für SGT Etappe 2 relevant (siehe ENSI 33/075). ENSI-G03 verlangt: “Die Risiken aus der geologischen Tiefenlagerung in der Schweiz dürfen im Ausland nicht grösser sein als sie in der Schweiz zulässig sind.” (vgl. Abschnitt 1). Spezifisch muss gemäss ENSI 33/075 pro Lagertyp für die in SGT Etappe 3 weiter zu untersuchenden Standortgebiete (auch) die Einhaltung von Schutzkriterium 1 aufgezeigt werden. Die entsprechenden Arbeiten wurden im Jahr 2014 abgeschlossen und im Bericht NTB 14-03 (“Charakteristische Dosisintervalle und Unterlagen zur Bewertung der Barrierensysteme”), ein Schlüsselbericht für SGT Etappe 2, dokumentiert. Ein wichtiges Resultat dieser Arbeiten ist, dass die charakteristischen Dosisintervalle für alle drei HAA- und alle sechs SMA-Standortgebiete aus SGT Etappe 1 unterhalb dem Schutzkriterium 1 (0.1 mSv/a für die meist betroffene Bevölkerungsgruppe, vgl. Abschnitt 1) liegen. Für weiter entfernt lebende Bevölkerungsgruppen liegen die entsprechenden Dosiswerte nochmals viel tiefer als für die meist betroffene Bevölkerungsgruppe (vgl. Diskussion in Abschnitt 2).
[1] In den provisorischen Sicherheitsanalysen für SGT Etappe 2 wurden verschiedene Varianten von vertikalen Freisetzungspfaden nach oben und nach unten analysiert (NTB 14-03), und die Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport in horizontalen ‘harten Bänken’ wurde vereinfachend nicht berücksichtigt (konservative Annahme). Deshalb wird hier zur Illustration der Radionuklid-Rückhaltung beim lateralen Transport auf die entsprechenden Resultate aus Projekt Entsorgungsnachweis zurückgegriffen.
[2] Mit dem von der ICRP empfohlenen Todesfallrisikofaktor von 0.05 pro Sv entspricht eine Dosis von 10-7 mSv/a einem Todesfallrisiko von 5 x 10-12 pro Jahr.
[3] Unterhalb einer gewissen Grenze (z.B. bei einer Quelle) reicht die Wassermenge nicht aus, um die Ernährung einer kritischen Bevölkerungsgruppe vollständig zu sichern.