mini|Transuranabfall im Waste Isolation Pilot Plant, New Mexico, USA In der Kerntechnik bezeichnet das Endlager eine Lagerstätte, in der radioaktive Abfälle über sehr lange Zeiträume „endgültig“ und abgesichert aufbewahrt werden sollen. Aufgrund der teils tausende von Jahren beanspruchenden Halbwertszeiten mancher Radionuklide wird von diesen Endlagern in für menschliches Ermessen nicht absehbaren Zeithorizonten eine Gefahr ausgehen. Daher müssen besondere Standortvoraussetzungen erfüllt sein und Vorkehrungen getroffen werden, dass z. B. Menschen auch vieler künftiger Generationen mit der Radioaktivität nicht in Kontakt geraten.

Zu lagernder radioaktiver Abfall

Radioaktiver Abfall, umgangssprachlich Atommüll, entsteht durch Kernspaltung, Brutreaktionen und Neutroneneinfang in Kernreaktoren, Abraum des Uranbergbaus, radioaktiven Zerfall (beispielsweise Tochterprodukte von Radionukliden aus medizinischen Anwendungen), sonstige Aktivierungsvorgänge, beispielsweise bei Teilchenbeschleunigern

sowie an vielen Verfahrensschritten der genannten Vorgänge (Urananreicherungsanlagen, Rückstände aus dem Stilllegungsprozess von Kernkraftwerken, Brennelementefertigung u. v. m.). mini|Zeithorizont für nukleare Abfälle Radioaktiver Abfall enthält je nach Herkunft sehr unterschiedliche Gemische verschiedener Radionuklide. Die Aktivität jedes einzelnen Nuklids nimmt in je einer Halbwertszeit um die Hälfte ab. In einem Nuklidgemisch dominiert zunächst die intensive Strahlung der kurzlebigen Nuklide, bis diese soweit abgeklungen ist, dass die Strahlung der längerlebigen Nuklide in den Vordergrund tritt.

Schwach- und mittelradioaktiven Abfall mit kurzen Halbwertszeiten kann man entsorgen, indem man ihn so lange zwischenlagert, bis die Aktivität unter den zulässigen Grenzwert gefallen ist. Beispielsweise legen entsprechende Verordnungen dar, wie abgeklungener Abfall gemessen und für konventionelle Entsorgung oder Wiederverwendung freigegeben wird (Deutschland: gemäß Strahlenschutzverordnung, Schweiz: freigemessen nach StsV). Enthält der Abfall auch Nuklide mit Halbwertszeiten von Jahrzehnten oder länger, muss er in ein Endlager entsorgt werden. Auch für kürzerlebigen, schwachaktiven Abfall kann die direkte Endlagerung wirtschaftlicher sein als eine Zwischenlagerung.

Hochradioaktiver Abfall entsteht ganz überwiegend durch die Nutzung der Kernenergie in Kernreaktoren. Abgebrannte Brennelemente enthalten ein Gemisch verschiedener Spaltprodukte sowie erbrütete Transurane (Uran, Neptunium, Plutonium). Sie müssen zunächst einige Jahre lang in einem Abklingbecken aufbewahrt werden, bevor die Aktivität der kürzerlebigen Spaltprodukte soweit abgefallen ist, dass keine ständige Wasserkühlung mehr erforderlich und ein Abtransport möglich ist. In einer Wiederaufbereitungsanlage können dann die spaltbaren Nuklide abgetrennt werden, um sie in Mischoxid-Brennelementen verwenden zu können. Das Gemisch mit den überwiegend nicht spaltbaren Nukliden wird verglast und in ein Zwischenlager gebracht, wo es einige Jahrzehnte lang weiter abklingen muss, bevor die Wärmeentwicklung so weit zurückgegangen ist, dass eine Endlagerung möglich ist. Bei einem großen Kernkraftwerk fallen pro Jahr etwa 7 m³ hochradioaktiver Abfälle an (das entspricht einem Würfel von knapp 2 m Seitenlänge) sowie größere Mengen schwach- und mittelaktiver Abfälle. In Deutschland sind infolge des Atomausstiegs seit 2005 Transporte zur Wiederaufbereitung nicht mehr zugelassen; stattdessen werden abgebrannte Brennelemente (etwa 50 m³ pro Jahr in einem einzigen großen Kernkraftwerk) in neu errichteten Zwischenlagern an den Kraftwerksstandorten zwischengelagert mit dem Ziel, sie später der direkten Endlagerung zuzuführen.

Prinzipiell könnte man das Problem langlebiger hochradioaktiver Abfälle dadurch entschärfen, dass man die problematischsten Nuklide abtrennt und durch Neutronenbestrahlung in kurzlebige oder stabile Isotope überführt. Ob diese Transmutation technisch und wirtschaftlich machbar ist, wird gegenwärtig (2017) noch untersucht.

Endlagerkonzepte Schutzziel Da Radioaktivität niemals auf Null zurückgeht, muss ein Vergleichsmaßstab herangezogen werden, um festzulegen, wie lange Atommüll sicher von der Biosphäre abgesondert bleiben muss. Bei der Einlagerung in tiefe geologische Formationen ist der allgemein akzeptierte Vergleichsmaßstab die Radioaktivität natürlicher Uranvorkommen. Je nach Art der betrachteten Uranlagerstätte kann ein längerer oder kürzerer Isolationszeitraum notwendig erscheinen. In Deutschland ist die Anforderung auf eine Million Jahre hinaufgesetzt worden: „In Anlehnung an Anforderungen des AkEnd (2002) sowie der Sicherheitskriterien (Baltes et al. 2002) wurde von einem notwendigen Isolationszeitraum, d. h. dem Zeitraum, für den die Schadstoffe im einschlusswirksamen Gebirgsbereich des Endlagers zurückgehalten werden müssen, in der Größenordnung von 1 Million Jahre ausgegangen.“Konzeptionelle und sicherheitstechnische Fragen der Endlagerung radioaktiver Abfälle. Wirtsgesteine im Vergleich. Synthesebericht des Bundesamtes für Strahlenschutz, Salzgitter, 4. November 2005, S. 39.

Einlagerung in tiefe geologische Formationen mini|hochkant|Gesteinsschichten bilden natürliche Barrieren um ein Tiefenlager

Es besteht weltweit Konsens, dass hochradioaktiver Abfall durch Einlagerung in tiefe geologische Formationen entsorgt werden muss, um eine relative Sicherheit des Einschlusses gewährleisten zu können. Dadurch entsteht ein Schutzsystem aus mehreren Barrieren. Die ersten technischen Barrieren bestehen aus dem Einschluss des Abfalls in Glaskokillen (HAW-Verglasung) sowie weiteren Umbehältern. Über einen Zeitraum von tausenden Jahren können diese Barrieren jedoch insbesondere durch die Einwirkung der ionisierenden Strahlung undicht werden und es kann zu einer lokalen Diffusion radioaktiver Nuklide kommen. Langfristig sollen dann die geologischen Barrieren wirken und eine Migration (Wanderung) der Radionuklide in die Biosphäre verhindern.

Einen Anhaltspunkt für die Möglichkeit eines dauerhaften geologischen Einschlusses liefert der Naturreaktor Oklo: unter den dortigen standortspezifischen Bedingungen sind einige bei der Kernspaltung entstandene Radionuklide innerhalb von 2 Milliarden Jahren weniger als 50 m weit gewandert. Kurzlebigere Nuklide wie Iod-129 konnten allerdings nicht mehr gefunden werden. Solche Analogien aus der Natur können nach Auffassung der Schweizer Nationalen Genossenschaft für die Lagerung radioaktiver Abfälle lediglich als „Hinweise“ für das Verhalten von Endlagern betrachtet werden. Eine entscheidende Voraussetzung für einen sicheren Einschluss ist, dass es nicht durch Zutritt von Wasser zu konvektivem Materialtransport kommt.

Eine Korrosion der Behälter könnte jedoch schneller erfolgen als bisher gedacht.Xiaolei Guo, Stephane Gin u. a.: Self-accelerated corrosion of nuclear waste forms at material interfaces. In: Nature Materials. 2020, doi:10.1038/s41563-019-0579-x.

Tiefe Bohrlöcher (Deep borehole disposal) Bisher sind Endlager für hochradioaktive Abfälle als Bergwerke konzipiert worden; die Kammern für die Einlagerung befinden sich typischerweise in Tiefen von einigen hundert Metern. Aufgrund von Fortschritten in der Tiefbohrtechnik erscheint es inzwischen auch möglich, Atommüll in Bohrlöchern von mehreren tausend Metern Tiefe einzulagern, was die dauerhafte Entfernung aus der Biosphäre erheblich sicherer machen kann. Allerdings läuft dieses Konzept dem Trend zur rückholbaren Einlagerung entgegen.

Weiterhin ist vorgeschlagen worden, diese Bohrlöcher in Subduktionszonen einzubringen, so dass der Atommüll aufgrund der Plattentektonik zuverlässig zum Erdinneren hin transportiert wird.

Endlagerung im Meer Die Endlagerung auf oder unter dem Meeresboden ist durch die Londoner Konvention seit 1974 für HAW und seit 1993 vollständig verboten worden. Diese Vereinbarung galt vorerst bis 2018. Hintergrund ist die umfangreiche problematische Atommüllentsorgung im Meer, die vorher stattfand.IAEA TECDOC-1105 Inventory of radioactive waste disposals at sea, August 1999 Dennoch wird als Alternative zu landbasierten Entsorgungskonzepten gelegentlich wieder diskutiert, radioaktiven Abfall in stabilen Tonformationen unter dem Meeresboden endzulagern, eine künstliche Insel für diesen Zweck anzulegen oder ein unter dem Meeresboden gelegenes, durch Tunnel zu erreichendes Endlager anzulegen. Nennenswerte Forschungsaktivitäten dazu gibt es aber seit 1990 nicht mehr. Einige Expertenstudien sehen diese Option auch längerfristig als wenig erfolgversprechend an.

Reversibilität Das Prinzip der Reversibilität beschreibt die Möglichkeit, Entscheidungen, die während der Standortauswahl und des Baus eines Endlagers getroffen wurden, später zu überdenken und gegebenenfalls rückgängig zu machen. Konkret bedeutet dies, dass es möglich ist, im Standortauswahlprozess auf frühere Phasen zurückzugreifen und bestimmte Schritte erneut zu durchlaufen. Dieses Prinzip soll sicherstellen, dass nachfolgende Generationen, die weiterhin mit langlebigen radioaktiven Abfällen konfrontiert sein werden, Handlungsspielräume haben, um vergangene Entscheidungen anzupassen und neue technische oder wissenschaftliche Erkenntnisse in die Endlagerung einzubringen.

Ein wichtiger Bestandteil dieses Prinzips ist die Option zur Rückholung und Bergung der Abfälle. Während die Rückholung die Möglichkeit beschreibt, Abfälle während der aktiven Betriebsphase des Endlagers wieder an die Oberfläche zu bringen, bezieht sich die Bergung auf eine solche Option in der anschließenden Nachbetriebsphase des Endlagers. In Deutschland wird angestrebt, dass die Behälter noch bis zu 500 Jahre nach Verschluss des Endlagers geborgen werden können. Beide Konzepte erfordern sorgfältige Planungen und technische Vorkehrungen, um die Langzeitsicherheit des Endlagers zu gewährleisten und die Strahlenbelastung für das Personal so gering wie möglich zu halten.

Für den Humanökologen Jürgen Manemann ergibt sich aus dem Prinzip des Gemeinwohls die Forderung nach einer rückholbaren Endlagerung. Ansonsten, so Manemann, entstehe für zukünftige Generationen eine doppelte Irreversibilität: Der radioaktive Abfall sei aus heutiger Sicht irreversibel und der Umgang damit würde dann auch als irreversibel zementiert.philosophie-indebate.de

Weltweite Situation Planung und Vorgehensweise bei der Endlagerung liegen in der Verantwortung eines jeden Staates; es gibt international verbindliche Grundanforderungen durch die Internationale Atomenergieorganisation (IAEO).

Endlager für schwach- und mittelradioaktive Abfälle Für schwach- und mittelradioaktive Abfälle existieren Endlager in vielen Ländern, beispielsweise in Frankreich, Großbritannien, Spanien, Tschechien und in den USA.iaea.org (PDF; 1,3 MB). In Deutschland wird derzeit kein Endlager betrieben; in das Endlager Morsleben werden seit 1998 keine Abfälle mehr eingelagert und das Endlager Schacht Konrad ist noch in der Errichtungsphase.

Endlager für hochradioaktive Abfälle Es gibt mindestens sechs Endlager für hochradioaktive Abfälle:

Carlsbad, Vereinigte Staaten von Amerika: Waste Isolation Pilot Plant Bergwerk in Salzgestein Dimitrowgrad, Russland: Tiefbohrloch, 2011 eingeschlossen Schelesnogorsk, Russland: Tiefbohrloch, 2011 eingeschlossen Sewersk, Russland: Tiefbohrloch, 2011 eingeschlossen Ekores, Belarus: 10 Edelstahlcontainer in Betonwannen, infolge des Tschernobyl-Unfalls, 1992 eingeschlosseninis.iaea.org Vektor, Ukraine: Gräben in Sedimentgestein, infolge des Tschernobyl-Unfalls

In mehreren Staaten befinden sich Endlager für hochradioaktive Abfälle in unterschiedlichen Phasen der Realisierung.

In Finnland befindet sich das geologische Tiefenlager Onkalo, als Teil des Endlagers Olkiluoto, seit September 2024 in einem Testbetrieb. Ab 2025 sollen die Einlagerungsstollen mit verbrauchten Brennstäben befüllt werden.