NORM & Geothermie

NORM in einem geothermischen HeizwerkNORM in einem geothermischen Heizwerk

a) Verein für Kernverfahrenstechnik und Analytik Rossendorf e.V. (VKTA) PF 510119

D-01314 Dresden

Labor für Umwelt- und RadionuklidanalytikDAP-PL-2206.00

M. Köhler a), A. Wöllert a), H. Menzel b)

b) Erdwärme Neustadt-Glewe GmbH, Obotritenring 40D-9053 Schwerin

NORM & Geothermie

ZusammenfassungZusammenfassung

Das geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe gewinnt Wärmeenergie aus 100 C heißem Wasser, welches aus einem 50 bis 100 m dicken Sandsteinreservoir in 2450 m Tiefe gepumpt wird. Um 6,5 MW thermische Leistung bereitzustellen, müssen bis zu 120 m3 h-1 durch die Anlage fließen.

Neben einer hohen Salzkonzentration von 216 g l-1 enthält das geförderte Wasser 5,9 Bq l-1 226Ra, 1,7 Bq l-1 210Pb, 8,2 Bq l-1 228Ra und 2 . 104 Bq l-1 222Rn. Die Quelle dieser Radionuklide sind die langlebigen Mutternuklide 238U und 232Th in den Speichergesteinen, welche in Konzentrationen von je 60 Bq kg -1 vorkommen. Die geochemischen Verhältnisse im Aquifer bedingen den Transport vorwiegend der Ra-Nuklide (226Ra, 228Ra).

Untersuchte Ablagerungen (Scale) an Pumpen, Rohren und die Filter wiesen Radionuklidkonzentrationen von bis zu 104 Bq kg-1 226Ra, 105 Bq kg-1 210Pb und 104 Bq kg-1 228Ra auf. 228Th befindet sich dabei nicht im radioaktiven Gleichgewicht mit dem Mutternuklid 228Ra und wächst mit T1/2 = 1,9 a nach.

Es werden Probleme bei der Anwendung des Teil 3 der StrlSchV aufgezeigt. Dies sind insbesondere folgende Fragestellungen:

        Ist Teil 3 StrlSchV auf die Rückstände aus einem geothermisches Heizwerk überhaupt anzuwenden oder gibt die Tabelle XII Teil A abschließend die zu berücksichtigenden Materialien vor?

        Ist eine Dosisabschätzung nach Anlage XII Teil D bei der Entlassung aus der Überwachung, die formal durch die hohe spezifische Aktivität der Materialien notwendig wäre, auch für Rückstandsmassen von einigen Kilogramm notwendig?

        Sind die Freigabewerte für Oberflächenkontaminationen (Teil 2, Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) auch auf natürliche Radionuklide (Teil 3) übertragbar?

Es wird außerdem auf die Relevanz der bei TENORM in der Regel gestörten radioaktiven Ungleichgewichte hingewiesen.

Das geothermische Heizwerk Neustadt-Glewe gewinnt Wärmeenergie aus 100 C heißem Wasser, welches aus einem 50 bis 100 m dicken Sandsteinreservoir in 2450 m Tiefe gepumpt wird. Um 6,5 MW thermische Leistung bereitzustellen, müssen bis zu 120 m3 h-1 durch die Anlage fließen.

Neben einer hohen Salzkonzentration von 216 g l-1 enthält das geförderte Wasser 5,9 Bq l-1 226Ra, 1,7 Bq l-1 210Pb, 8,2 Bq l-1 228Ra und 2 . 104 Bq l-1 222Rn. Die Quelle dieser Radionuklide sind die langlebigen Mutternuklide 238U und 232Th in den Speichergesteinen, welche in Konzentrationen von je 60 Bq kg -1 vorkommen. Die geochemischen Verhältnisse im Aquifer bedingen den Transport vorwiegend der Ra-Nuklide (226Ra, 228Ra).

Untersuchte Ablagerungen (Scale) an Pumpen, Rohren und die Filter wiesen Radionuklidkonzentrationen von bis zu 104 Bq kg-1 226Ra, 105 Bq kg-1 210Pb und 104 Bq kg-1 228Ra auf. 228Th befindet sich dabei nicht im radioaktiven Gleichgewicht mit dem Mutternuklid 228Ra und wächst mit T1/2 = 1,9 a nach.

Es werden Probleme bei der Anwendung des Teil 3 der StrlSchV aufgezeigt. Dies sind insbesondere folgende Fragestellungen:

        Ist Teil 3 StrlSchV auf die Rückstände aus einem geothermisches Heizwerk überhaupt anzuwenden oder gibt die Tabelle XII Teil A abschließend die zu berücksichtigenden Materialien vor?

        Ist eine Dosisabschätzung nach Anlage XII Teil D bei der Entlassung aus der Überwachung, die formal durch die hohe spezifische Aktivität der Materialien notwendig wäre, auch für Rückstandsmassen von einigen Kilogramm notwendig?

        Sind die Freigabewerte für Oberflächenkontaminationen (Teil 2, Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) auch auf natürliche Radionuklide (Teil 3) übertragbar?

Es wird außerdem auf die Relevanz der bei TENORM in der Regel gestörten radioaktiven Ungleichgewichte hingewiesen.

NORM & Geothermie

GliederungGliederung

Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe

NORM – Konzentrationen und Quellen

Probleme bei der Anwendung des Teil 3 StrlSchV

(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?

(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmassen ?

(3) Freigabewerte für Oberflächenkontamination (Teil 2 StrlSchV) auf natürliche Radionuklide (Teil 3 StrlSchV) anwendbar ?

(4) radioaktive Ungleichgewichte beachten !?

Geothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe

NORM – Konzentrationen und Quellen

Probleme bei der Anwendung des Teil 3 StrlSchV

(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?

(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmassen ?

(3) Freigabewerte für Oberflächenkontamination (Teil 2 StrlSchV) auf natürliche Radionuklide (Teil 3 StrlSchV) anwendbar ?

(4) radioaktive Ungleichgewichte beachten !?

NORM & Geothermie

Geothermisches Heizwerk Neustadt-GleweGeothermisches Heizwerk Neustadt-Glewe

Technische Daten:

6,5 MW thermische Leistung

120 m3 h-1 Pumpleistung

Technische Daten:

6,5 MW thermische Leistung

120 m3 h-1 Pumpleistung

Aquifer:

60 Bq kg-1 238U

60 Bq kg-1 232Th

Aquifer:

60 Bq kg-1 238U

60 Bq kg-1 232Th

Geothermales Wasser:

216 g l-1 Salzgehalt

5,9 Bq l-1 226Ra

2 104 Bq l-1 222Rn

1,7 Bq l-1 210Pb

8,2 Bq l-1 228Ra

Geothermales Wasser:

216 g l-1 Salzgehalt

5,9 Bq l-1 226Ra

2 104 Bq l-1 222Rn

1,7 Bq l-1 210Pb

8,2 Bq l-1 228Ra

injection hole source hole

2353 m 2450 m

pump

50 °C 100 °C

consumer

heat exchanger

260 m

NORM & Geothermie

NORM – Konzentrationen und QuellenNORM – Konzentrationen und Quellen

226Ra

[Bq g-1]

210Pb [Bq g-1]

228Ra [Bq g-1]

228Th [Bq g-1]

anode 0,51 23 0,76 0,15

scale 1 1,2 1,4 1,1 0,48

scale 2 1,6 135 1,8 0,77

filter 1 0,70 4,3 0,75 0,25

filter 2 21 93 20 9,3

226Ra

222Rn

228Ra

226Ra

210Pb

228Ra 228Th

ThermalwasserThermalwasser Scale, FilterScale, Filter

(T1/2 = 1,9 a)

NORM & Geothermie

(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?(1) Ist Teil 3 StrlSchV überhaupt anzuwenden ?

Anlage XII Verwertung und Beseitigung überwachungsbedürftiger Rückstände

Teil A: Liste der zu berücksichtigenden Rückstände

1. Schlämme und Ablagerungen aus der Gewinnung von Erdöl und Erdgas

Anlage XII Verwertung und Beseitigung überwachungsbedürftiger Rückstände

Teil A: Liste der zu berücksichtigenden Rückstände

1. Schlämme und Ablagerungen aus der Gewinnung von Erdöl und Erdgas

Formal: Thermalwasser ist kein Erdöl

NORM & Geothermie

(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?

Einordnung als zu berücksichtigender Rückstand Anlage XII, Teil A

Einordnung als zu berücksichtigender Rückstand Anlage XII, Teil A

• ai > 0,2 Bq g-1

• Der Gruppe „zu berücksichtigend“ zugehörig

Einordnung als überwachungsbedürftiger RückstandAnlage XII, Teil B

Einordnung als überwachungsbedürftiger RückstandAnlage XII, Teil B

• R cU238max + cTh232max > 1 Bq g-1 (für übertägige Verwertung)

• Somit der Gruppe „überwachungsbeürftiger Rückstand“ zugehörig

• Unlogisch, Einordnung ist vom Verwertungsweg abhängig !!

NORM & Geothermie

(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?(2) Dosisabschätzung für kleine Rückstandsmengen ?

Entlassung aus der Überwachung Anlage XII, Teil C

Entlassung aus der Überwachung Anlage XII, Teil C

• ai > 10 Bq g-1 (Standarddeponie)

• ai > 50 Bq g-1 (Deponie für überwachungsbedürftige Abfälle)

Vereinfachte Entlassung nach Anlage XII, Teil C nicht möglich

Entlassung aus der Überwachung nur, bei Einzelnachweis der Einhaltung der 1 mSv-Richtdosis für die Bevölkerung

Dosisabschätzung nach Anlage XII, Teil D für 50 kg Rückstände ?

Mischung möglich ? (Filterbelag mit Filtersack, Scale mit Rohr)

NORM & Geothermie

(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe

226Ra[Bq cm-2]

210Pb[Bq cm-2]

228Ra[Bq cm-2]

228Th[Bq cm-2]

Rost, Schlamm 0,055 4,6 0,062 0,026

Rost, Fett 0,15 0,34 0,15 0,073

Rost 1,1 0,86 1,1 0,57

Freigabe 1 1 1 0,1

Oberflächenaktivitäten vor der Dekontamination

NORM & Geothermie

(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe(3) Dekontamination einer Unterwasserpumpe

1. -spektrometrische Bestimmung von Flächenaktivitäten

2. Kalibrierung eines Oberfächenkontaminationsmonitors im Labor

3. Kontrolle der mechanischen und chemischen Kontamination durch Messung -Zählrate

4. Berechnung der Flächenaktivitäten

1. -spektrometrische Bestimmung von Flächenaktivitäten

2. Kalibrierung eines Oberfächenkontaminationsmonitors im Labor

3. Kontrolle der mechanischen und chemischen Kontamination durch Messung -Zählrate

4. Berechnung der Flächenaktivitäten

1 mSv a-1 10 Sv a-1

• Sind flächenbezogene Freigabewerte (Anlage II, Tabelle 1, Spalte 4) aus dem kerntechnischen Teil 2 der StrlSchV auf NORM anwendbar ?

• Zugrundeliegende unterscheidliche Akzeptanzschwellen:

NORM & Geothermie

(4) Problem radioaktive Ungleichgewichte ?(4) Problem radioaktive Ungleichgewichte ?

• Berücksichtigung aller Radionuklide der Zerfallsreihe nach StrlSchV

• Analyse i. a. -Spektrometrie der langlebigen -Strahler

• Potentielle Gefahrenstellen (nicht berücksichtigte Ungleichgewichte):

• ggf. radiochemische Analysenverfahren einsetzen

• Berücksichtigung aller Radionuklide der Zerfallsreihe nach StrlSchV

• Analyse i. a. -Spektrometrie der langlebigen -Strahler

• Potentielle Gefahrenstellen (nicht berücksichtigte Ungleichgewichte):

• ggf. radiochemische Analysenverfahren einsetzenAnalysiertes

Nuklid Radioaktives Gleichgewicht zum

Analysenzeitpunkt mögliches radioaktives

Ungleichgewicht

234Th 234Th, 234mPa 238U, 234U, 230Th

210Pb 210Pb, (210Bi) 210Po

228Ra 228Ra, 228Ac 232Th

228Th228Th, 224Ra, 220Rn, 216Po, 212Pb, 212Bi,

208Tl, 212Po 232Th