Erforschung der Anforderungen an eine radiologische Charakterisierung zur Planung und Durchführung von Stilllegungsmaßnahmen

Abstract

Das durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU) geförderte Forschungsprojekt 4717R01364 wurde von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH in Kooperation mit der Universität zu Köln bearbeitet und hatte das Ziel, die Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) auf ihre Eignung als effiziente und zuverlässige Messmethode zur radiologischen Charakterisierung schwer messbarer Radionuklide zu prüfen und zu erarbeiten, ob sie einen direkten messtechnischen Zugang zu diesen, bisher konservativ abgeschätzten, Nukliden darstellt. Als Anwendungsfall wurde hierfür die Charakterisierung im Hinblick auf das schwer messbare Radionuklid 41Ca im aktivierten Biologischen Schild gewählt, da dies einen erheblichen Teil derjenigen Reststoffe ausmacht, die teils als radioaktive Abfälle entsorgt werden müssen und teils gemäß Strahlenschutzverordnung (StrlSchV) freigegeben werden können. Der Bericht gibt zunächst einen Überblick über den aktuellen Stand von Wissenschaft und Technik im Hinblick auf die radiologische Charakterisierung und die zu diesem Zweck eingesetzten Verfahren bzw. in diesem Zusammenhang untersuchten Radionuklide. Es folgt eine Beschreibung der AMS als verwendete Messmethodik und eine Einordnung des Begriffs "schwerer" und "leicht" messbarer Radionuklide. Für die Messungen wurden definierte Proben am Forschungsreaktor TRIGA Mark II an der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz hergestellt. Durch die auf diese Weise definierten Randbedingungen konnte die Aktivierung eindeutig berechnet werden und ließ sich mit den Messungen in diesem Projekt vergleichen. Außerdem wurden gammaspektrometrische Messungen und eine erste Analyse des 14C Gehalts von Schwerbetonproben durchgeführt. Die Untersuchungen in diesem Projekt zeigen, dass die AMS ein geeignetes Verfahren zur Charakterisierung darstellt und einen direkten messtechnischen Zugang zu schwer messbaren Radionukliden liefern kann. Ferner konnte gezeigt werden, dass 41Ca als Schlüsselnuklid für eine erfolgreiche und präzise radiologische Charakterisierung dienen kann. The research project 4717R01364, funded by the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety (BMU), was carried out by the Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) gGmbH in co-operation with the University of Cologne. Its objective was a testing of Accelerator Mass Spectrometry (AMS) for its suitability as an efficient and reliable measuring technique for the radiological characterisation of hard-to-measure radionuclides in nuclear decommissioning. It was a further goal to work out whether it represents a direct metrological access to these nuclides, which are in most cases estimated conservatively. As a test case, the characterisation of the hard-to-measure radionuclide 41Ca in activated heavy concrete was chosen. The biological shielding constitutes a considerable part of those residual materials that partly have to be disposed of as radioactive waste and partly can be cleared in accordance with the Radiation Protection Ordinance (StrlSchV). The report first provides an overview of the current state of the art in science and technology with regard to radiological characterisation and the processes used for this pur pose or radionuclides investigated in this context. This is followed by a description of AMS as the measurement technique used and a classification of the terms "hard" and "easy" to measure radionuclides. For the measurements defined samples were prepared at the research reactor TRIGA Mark II at the Johannes Gutenberg-University in Mainz. Due to the boundary conditions defined in this way, the activation could be clearly calculated and could be compared with the measurements in this project. Furthermore, gamma-spectrometric measurements and a first analysis of the 14C content of heavy concrete samples were carried out. The investigations in this project show that AMS is a suitable method for characterization and can provide direct metrological access to radionuclides that are difficult to measure. Furthermore, it could be shown that 41Ca can serve as a key nuclide for a successful and precise radiological characterization