Im Rahmen des durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projektes PROMETEUS wurde ein Entsorgungskonzept für radioaktives Quecksilber und quecksilberhaltige Abfallkontingente erarbeitet und validiert. In dem Verbundprojekt kooperierten das Forschungszentrum Jülich (Institut für Energie- und Klimaforschung - Nukleare Entsorgung und Reaktorsicherheit) und die AiNT GmbH. Ziel von PROMETEUS war es, ein Verfahren für die Charakterisierung, Bilanzierung, Dekontamination und Entsorgung der Abfallkontingente zu erarbeiten, damit Ablieferungspflichtige ihre Reststoffe qualitätsgesichert dem Recycling und/oder der Beseitigung zuführen können.

Projektzeitraum: 01.06.2016 – 31.05.2019

Generell stellen quecksilberhaltige Reststoffe, die in verschiedenen Industrien und Gewerben anfallen bzw. angefallen sind, bei unsachgemäßer Handhabung und Lagerung eine Gefährdung für die Umgebung dar. Insbesondere Quecksilber, das in Kontrollbereichen z.B. als Dichtungsmaterial in Heißen Zellen oder als Spallationstarget eingesetzt wurde, kann kontaminiert bzw. aktiviert sein. Die Freigabe dieser Reststoffe (§§31-42 in Verbindung mit Anlage IV Tabelle 1 StrlSchV) erfordert eine Entscheidungsmessung, um den messtechnischen Nachweis zu erbringen, dass die massenspezifischen Freigabewerte unterschritten werden. Nicht freigebbaren Reststoffkontingente müssen als radioaktiver Abfall konditioniert und entsorgt werden.

Für nicht freigebbare quecksilberhaltige Reststoffe wurde ein Dekontaminationsverfahren entwickelt, welches die enthaltenen Radionuklide separiert und die Freigabe des dekontaminierten Quecksilbers ermöglicht. Nachfolgend kann das Material der Verwertung oder dem konventionellen Entsorgungspfad für chemotoxische Sonderabfälle zugeführt werden.

Aufgrund der hohen Selbstabschirmung von Quecksilber wurde für die radiologische Charakterisierung ein an die Aufgabenstellung angepasstes gamma-spektrometrisches Messverfahren entwickelt. Die Messanlage verfügt über zwei semiplanare HPGe-Detektoren (rel. Effizienz von 20 %), die auf einem gegenläufigen Linearführungssystem montiert und symmetrisch verfahrbar sind. Zwischen den beiden HPGe-Detektoren wird die Quecksilberprobe positioniert. Der Abstand beider Detektoren zur Probe kann mit geringem Aufwand eingestellt werden, die abstandsabhängige Effizienz wird hierbei berücksichtigt. Die gleichzeitige gamma-spektrometrische Messung von zwei Seiten ermöglicht die Detektion inhomogener Aktivitätsverteilungen.

Gamma-spektrometrisch nicht nachweisbare Radionuklide (reine alpha- und beta-Strahler) werden durch zerstörende analytische Verfahren quantifiziert. Aus der Laboranalytik werden reststoffspezifische Nuklidvektoren abgeleitet, die anhand der gamma-spektrometrischen Messung die Korrelation der gamma-spektrometrisch nicht nachweisbaren Radionuklide erlauben.

Im Zuge des Projektes PROMETEUS wurde ein abdeckendes Entsorgungskonzept entwickelt und validiert, welches die Charakterisierung, Behandlung und Verpackung für quecksilberhaltige Reststoffe standardisiert. Dieses Entsorgungskonzept ist teilweise auf andere wassergefährdende Sonderabfälle übertragbar. Für die nicht freigebbaren Reststoffe oder die radioaktiven Rückstände der Dekontamination wurde ein Konditionierungsverfahren für eine endlagergerechte Entsorgung konzipiert. Das Konzept umfasst die Konvertierung des Quecksilbers und/oder die Einbindung in eine immobilisierende Matrix sowie die anschließende endlagergerechte Verpackung.

Im Rahmen von PROMETEUS wurde ein Verfahren für die Charakterisierung, Bilanzierung, Dekontamination und Entsorgung von radioaktiv kontaminierten Quecksilberabfällen erarbeitet. Ein Messaufbau mit zwei hochaufgelösten HPGe Detektoren (p type) wurde konzipiert und aufgebaut, Anhand von MCNP® Simulationen und mit konservativen Annahmen wurden die Photopeak-Effizienzen bei der Messung von Quecksilberproben bestimmt. Mit der Durchführung von reellen Messungen an dekontaminierten Quecksilberproben, die aus der Stilllegung einer Heißzellenanlage in Jülich stammen, ist die Eignung des Freigabeverfahrens bewertet worden. Es wurde gezeigt, dass mit dem Messaufbau PROMETEUS die notwendige Sensitivität für Entscheidungsmessungen erreicht wurde und das messtechnisch-bestimmte Aktivitätsinventar unter den konservativsten Freigabewerten lag. Das Messverfahren wird daher als geeignet im Rahmen der Freigabe angesehen.