Rückholbarkeit von radioaktiven Abfällen. Hans G. Riotte, Ex-OECD

Überlegungen bei der OECD Nuclear Energy Agency (NEA)
Rückholbarkeit bei der geologischen
Endlagerung radioaktiver Abfälle
Dr. Hans G. Riotte
(vormals OECD Kernenergieagentur-NEA)
TFS Fachsitzung ‘Rückholung’
Brugg (ENSI) 07 März 2013

OECD and NEA Membership
2
OECD onlyOECD only
NEA onlyNEA only
Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013

Inhalt
• Hintergrund
• Warum R&R …
• … und warum nicht ?
• Terminologie
• Nationale R&R Konzepte
• Technische Maßnahmen
• Wieviel R&R ist genug R&R?
• NEA - Reflexionen
3Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 3

Mehrere Jahrzente nationaler und
internationaler R&R-Diskussion
• 70er Jahre
• US Academie of Science, report to Congress1969
• Ende 90er/ Anfang 2000
• IAEA Seminar Schweden 1999 (TECDOC1187)
• EC Concerted Action
• NEA summary report R&R 2001
• Kürzlich
• IAEA Technological implications 2009
• EC ESDRED Projekt 2007-2010
• Reims Konferenz 2010
• ‘Ongoing’
• NEA RWMC Regulators Forum
• Französische Nationaldebatte
4Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013

Inhalt
Historie R&R
Warum R&R …
… und warum nicht ?
Terminologie
Nationale R&R-Konzepte
Technische Maßnahmen
Wieviel R&R ist genug R&R?
NEA - Reflexionen

Ethische Fragen / gesellschaftliche Werte
• Nachhaltigkeit
• Precautionary principle (Vorsorgeprinzip)
• Bewahrung natürlicher Resourcen
• Verursacherprinzip (polluter pays)
• Those who has benefited should take care of the waste
• Intra- und intergenerationelle Gerechtigkeit
• No undue burden
• Schutz zukünftiger Generationen
• Handlungsspielräume zukünftiger Generationen
• Future generations should have the option to make new
decisions
• « A generation should not compel future generations to its own laws »
(Article 28, French Constitution, Year 1 (1793)
Remember that principle:
No undo burden
on next generations ?

Internationale kerntechnische Standards
und Vereinbarungen
• Leitgedanken:
• Intergenerationelle Gerechtigkeit, Sicherheit
zukünftiger Generationen (/ Umwelt)
• Nicht: Optionen-Offenhaltung
• IAEA Fundamental Safety Principles
• Where effects could span generations, subsequent
generations have to be adequately protected without
any need for them to take significant protective
actions.
• Radioactive waste must be managed in such a way
as to avoid imposing an undue burden on future
generations

Handlungsoptionen offen halten
• Zukünftige Änderung politischer und sozio-
ökonomischer Randbedingungen
• Änderungen in der Energiepolitik (WAA, Nutzung in
fortgeschrittenen Reaktoren)
• Änderungen in der Risiko-Akzeptanz / akzeptiertes
Sicherheitsstandards
• Entwicklungen in der Standort-Nutzung
• Technologische Entwicklungen
• Verbesserte Methoden, das Gefahrenpotential der rad.
Abfälle zu verringern (Separation, Transmutation)
• Zukünftige Verfügbarkeit alternativer Abfallbehandlungs-,
Verpackungs- und Endlagermethoden

Potentielle technische Fehler
• Nichteinhaltung von Standards, Auflagen, etc.
• Defizite in Auslegung, Bau, Betrieb des
Endlagers; bei der Qualitätssicherung der Abfälle
und Gebinde
• Defizite in Genehmigungsverfahren
• Sicherheitsdefizite auf Grund neuer
Erkenntnis, z.B.
• Neubewertung der Gebirgseigenschaften
• Allgemeiner sicherheitstechnischer Fortschritt

R&R als vertrauensbildende Maßnahme
• Vertrauensverlust in technische Machbarkeit allgemein
• wird durch lange Zeiträume und fehlende Erfahrung noch
verstärkt
• Berücksichtigung von R&R bei der Endlagerplanung
fördert die öffentliche Akzeptanz
• aber: kann auch als Ausdruck mangelnden Selbstvertrauens des
Betreibers/der Aufsicht gedeutet werden
• Einbeziehung von R&R oftmals Forderung der
Öffentlichkeit (Beispiel Schweden)

11
11
Swedish population about retrievability
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
1987 1988 1990 1992 1995 1998 2000 2004 2006 2008
Definitiv Åtkomlig
KASAM; SOU 2010:6

Inhalt
Historie R&R
Warum R&R …
Terminologie
Wieviel R&R ist genug ?
NEA - Reflexionen

Argumente gegen R&R
• Sorgen um betriebliche Sicherheit
(konventionell, Strahlenschutz)
• Höheres Risiko heute vs. unbestimmtes Risiko in
ferner Zukunft
• Sorgen um Langzeitsicherheit
• Wegsamkeiten durch komplexere technische
Barrieren, Verschluß
• Nichtverbreitung, physischer Schutz
• Geringere inhärente Proliferations-Resistenz
• Gesellschaftliche Unruhen, Terrorismus

Inhalt
• Historie R&R
• Warum R&R …
• … und warum nicht ?
Terminologie
• Nationale R&R-Konzepte
• Technische Maßnahmen
• Wieviel R&R ist genug R&R?
• NEA - Reflexionen

Terminologie ist wichtig …
Nach W. Blommaert, Reims Konf. 2010

R&R : Umkehrbarkeit & Rückholbarkeit
• Reversibility (Umkehrbarkeit) bezeichnet die administrative und
technische Flexibilität bei der Implementierung eines Endlager-
Projektes, die es ermöglicht, geplante Projektschritte abzuändern
oder schon umgesetzte Maßnahmen bis zu einem bestimmten Grad
rückgängig zu machen.
• Reversibility impliziert die nötigen Planungen und technischen
Vorkehrungen, um eine Umkehr ohne unverhältnismäßigen
Aufwand möglich zu machen.
• Retrievability (Rückholung) bezeichnet die Fähigkeit, radioaktiven
Abfall oder eingelagerte Abfallgebinde zurück zu holen.
 Eine Strategie der Reversibility (Umkehrbarkeit) schließt ab
bestimmten Projektphasen die Retrievability (Rückholung) mit ein.
16
Abschlußbericht des NEA R&R Projektes 2011

Inhalt
Historie R&R
Warum R&R …
Terminologie
Nationale R&R-
Konzepte
Wieviel R&R ist genug R&R? 17Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 17

Rechtliche Rahmenbedingungen
• Regelungsdichte (Atomrecht/Normen) ist
unterschiedlich
• Detailliert/spezifisch auch auf Gesetzesebene, z.B.
USA, FRA, SWI
• Allgemein auf Gesetzesebene;
detailliert auf unterer Rechtsebene
(Verordnungen, Normen),
z.B. UK, SPA, SWE, FIN
• Probabilistische (Risikoanalyse)
oder deterministische Normen

Unterschiede in nationalen Konzepten (1)
• R&R-Konzepte werden in allen EL-Programmen
verfolgt; entweder
• direkt auf Grund gesetzlicher oder untergesetzlicher
Bestimmungen (Fra, Deu, Fin, Swi, USA),
• indirekt, z.B. als Forderung, dass R&R nicht
ausgeschlossen werden darf (Jpn, VK), oder
• als explizite Betreiber-Politik (Be).
• Kontext/Motivation für R&R
• Sicherheitstechnische Überlegungen
• R&R als Teil eines breiteren Entscheidungsprozesses
mit Einbeziehung der Öffentlichkeit (Fra, Jpn)

Unterschiede in nationalen Konzepten (2)
• Gesetze und/oder Vorschriften fordern Rückholbarkeit
für die Betriebsphase (bis zum Endlager-Verschluss)
• Belgien, Deutschland, Japan, Schweiz, USA
• Eine darüber hinaus gehende mögliche Rückholung
auch in der Nach-Betriebsphase (nach Verschluss)
wird in Vorschriften angesprochen in
• Deutschland, Finnland, USA
• In Frankreich soll der Zeitrahmen für R&R (und andere
R&R-Festlegungen) nach einer nationalen Debatte
(2013) durch Gesetz geregelt werden.

Inhalt
Historie R&R
Warum R&R …
Terminologie
NEA - Reflexionen

R&R Management-Strategien
• Vor-Betriebsphase
• Entwicklung eines Rückholplans
• Mögliche Rückholung bei der Auslegung berücksichtigen
• Demonstration von Rückholungstechniken
• Betriebsphase
• Offenhalten von Einlagerungshohlräumen und Zugangswegen
• Aufrechterhaltung der bergmännischen Infrastruktur (z.B.
Bewetterung)
• Vorhalten von Gerät (z.B. Einlagerungsmaschinen)
• Nach-Betriebsphase
• Informationserhalt zu Endlager und Abfällen; Know-how Erhalt
(Personal); F&E

R&R begünstigende technische Maßnahmen
• Technische Maßnahmen zur Unterstützung von
R&R
• Abfallgebinde,
• Einlagerungshohlräume,
• Auslegung Grubengebäude
• Maßnahmen in Abhängigkeit vom Wirtsgestein
(Streckenausbau, Wasser-/Lösungszutritt).
Rückholung durch bergmännisches Maßnahmen
(Auffahren neuer Strecken, etc.) evt. schwierig,
aber prinzipiell möglich.

Randbedingungen für R&R Maßnahmen
• Kosten
• Zeiterfordernis
• Risiko- und Gefährdungspotential
• Schwierigkeit durch Alterung/Degradation von
Abfallform und Abfallgebinde
• Mögliches Rückholvolumen
• Notwendige ‘downstream’ Prozesse
(Umverpacken, Konditionierung, Lagerung)

Retrievability & Reversibility – Outcome from the ESDRED Project
The Andra mechanical system was successfully tested on surface and was also able to retrieveThe Andra mechanical system was successfully tested on surface and was also able to retrieve
the canister emplaced in the disposal cell
Retrieval tests with a distorted casing
Pushing Robot system for horizontal emplacement in Clay
11E TR ADRI 10 0002 Reims 2010 / Reversibility & Retrievability Conference / 14-17 December 2010
F&E : Rückholung bei horizontaler
Einlagerung

Study2: Softening bentonite buffer
In order to soften the bentonite buffer, saline water is applied into the buffer.
A Japanese R&D organization, RWMC, is currently working on collecting fundamental data
by small scale tests
Supply saline water
1時間0 時間 24時間
water
NaCl
2wt%
NaCl
4wt%
0 hour 1 hour 24 hours
1/14 size test Bentonite behavior test in different solution
Strategy 1
Quelle: H. Tsuchi, Reims RR 2010 26

Study3: Special container to isolate overpack
from buffer
Special container to isolate the
overpack from buffer was considered.
1000
Bentonite
buffer
Backfill in upper
part of pit
Overpack
Special
container
Issues to be resolved:
(1) Special container must withstand the
swelling pressure from buffer.
(2) Top lid of the special container must
be designed to be set and removed
by remote handling system.
Further study is needed to evaluate
the feasibility of this design.
Top lid
Strategy 2
Quelle: H. Tsuchi, Reims RR 2010 27

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Historie R&R
Warum R&R …
Terminologie
Wieviel R&R ist genug
R&R? 28Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 28

R-scale

Rückholbarkeit in der Nachbetriebsphase
• Das Gewicht sollte von ”maximaler Flexibilität für die Zukunft”
auf ”maximale Sicherheit” verlegt werden (”safety first!”).
• Diese Sichtweise spricht für eine ”Vor-Verschluss”
Rückholbarkeit.
• Weitgehende Vorkehrungen für die Rückholbarkeit in der
Nach-Betriebsphase sind problematischer.
• Wenn alle Abfallgebinde eingelagert sind, ist ein effektives
und resolutes Verschliessen des Endlagers erforderlich.
• Eine Art ”safeguards” Kontrolle bleibt notwendig, wenn eine
Rückholung von Abfällen (Kernbrennstoffen) praktisch
möglich ist (auch wenn dies teuer und nur durch Grubenbau
möglichwäre).
(Nach KASAM 2010:6)

Inhalt
Historie R&R
Warum R&R …
Terminologie
NEA - Reflexionen

Endlager: nur für Abfall
• Es gibt eine grundsätzliche Übereinstimmung zwischen den
verschiedenen nationalen Endlagerprogrammen, dass radioaktive
Materialien nur dann in ein
Endlager
verbracht werden sollten, wenn politisch-regulatorische
Entscheidungen sichergestellt haben, dass das radioaktive Material
auch wirklich als
Abfall
anzusehen ist und nicht als potentieller zukünftiger Rohstoff.
• Endlagerung impliziert dass a priori keine Intention zur Rückholung
besteht, sonst: (Langzeit-)Zwischenlagerung.

Reversibilität
• Reversibilität in der Planung und technischen Umsetzung
eines Endlagerprojektes setzt eine bestimmte Management-
Kultur voraus.
Während der Auslegung und Durchführung des Projektes sollte
sich der Betreiber laufend Fragen stellen wie:
• Kann diese oder jene Aktion oder Entscheidung
rückgängig gemacht werden?
• Schaffen wir unnötige Erschwernisse für eine eventuelle
Rückholung ?
• Die Fähigkeit zur Rückholung darf nicht zu übereilten
Entscheidungen führen; die passive Sicherheit muss
gewährleistet sein.

Rückholbarkeit
• Radioaktiver Abfall in zu diesem Zweck bergmännisch erstellten
geologischen Endlagern ist generell immer rückholbar.
• Die technischen Herausforderungen für eine Rückholung steigen
während der verschiedenen Projektphasen eines Endlagers jedoch
graduell an.
• Rückholbarkeit ist programme-spezifisch; es gibt kein “one size fits
all”.
• Die Art und der Grad der Rückholbarkeit muß
• für jede bestimmte nationale Situation in einem breiten
gesellschaftlichen Rahmen diskutiert werden;
• gegenüber anderen Überlegungen ausbalanciert sein: Begrenzung
des Risikos für zukünftige Generationen, passive Sicherheit, Kosten
und Verfügbarkeit von Technologien.

Der Weg ist das Ziel …
Umkehr und Rückholung sind nicht das
Ziel, aber Umkehrbarkeit und
Rückholbarkeit sind ein Teil des
Weges !

Ich danke für Ihre
Aufmerksamkeit!
www.oecd-nea.org/rwm/rr 36Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013

Repository life phases and examples of
major decision points
37
S it in g
D e c is io n
C o n s t ru c tio n
D e c is io n
D e c is io n o n
P a rt ia l
B a c k fillin g
D e c is io n o n
F o llo w -u p
P r o v is io n s
D e c is io n o n
F o llo w -u p
P r o v is io n s
D e cisio n to
B e gin D isp o sa l
D e cisio n t o En d
Em p la cin g W a ste
D e cisio n o n
Fin a l Clo su re
O p e r a t io n a l p h a s eP r e - o p e r a tio n a l p h a s e P o s t - o p e r a tio n a l p h a s e
W a s t e e m p la c e m e n t
U n d e r g r o u n d
o b s e r v a tio n
R e p o s it o r y
c lo s u r e
I n s titu t io n a l o v e r s ig h t D is t a n t f u tu r e
R e p o s it o r y lif e p h a s e s a n d e x a m p le s o f m a jo r d e c is io n p o in t s
T h e t h ic k n e s s o f th e r e d lin e s
r e p r e s e n t s t h e a m o u n t o f h u m a n
a c tiv ity r e la te d to th e r e p o s ito r y

Rückholung begünstigende Auslegungsmerkale (2)
• Waste container
• Container longevity
• Corrosion resistance
• Size and weight
• Mechanical provisions to enable container retrieval (machinery,
grips)
• Emplacement cell
• Size and capacity of the emplacement cell
• Use of relatively easily removable buffer (waste container/cell)
• Orientation of the waste container within the emplacement cell
• Implementation of rock support / lining
• Orientation of the emplacement cell in relation to rock stress
• Application of a sealing plug

Rückholung begünstigende Auslegungsmerkale (2)
• Repository access/layout
• Preference of horizontal or relatively short vertical emplacement
cells against deep boreholes
• Well maintained rock support, access ramps and/or shafts
• Application of barriers to prevent/minimise groundwater ingress
• Maintenance of ventilation
• Host rock
• Implementation and maintenance of rock support for host rock
types that are not self supporting (clay, salt)

• (NAS, 1969) : “Other things being equal,
those technological projects or
developments should be favored that leave
maximum room for maneuver in the future.
The reversibility of an action should thus be
counted as a major benefit; its irreversibility,
a major cost.”

An alternative to the NAS-statement (SOU
2010:6)
• Shifting the weight from maximal manoeuverability in the
future to maximal long term safety (”safety first!”)
• Such a shift speaks in favour of pre-closure reversability
• Extensive facilitation of post-closure retrievability is more
problematic
• Once all of the waste-canisters are deposited, an effective
and resolute closure of the repository is required.
• Some kind of safeguards-control necessary if retrievaibility of
waste is practically possible (albeit costly, through an ordinary
mining operation).
• « A generation should not compel future generations to its own
laws » (Article 28, French Constitution, Year 1 (1793))

Rückholbarkeit von radioaktiven Abfällen. Hans G. Riotte, Ex-OECD

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