Nach dem Einsatz im Reaktor werden die abgebrannten Brennelemente in einem Abklingbecken in der Reaktoranlage "zwischengelagert". Nach dem die Radioaktivität nach einigen Jahren etwas abgeklungen ist, wird der abgebrannte Brennstoff zu einer Wiederaufarbeitungsanlage gebracht um wieder benutzbar gemacht zu werden.
Bei der Kernspaltung von Uran bleiben am Ende verschiedene Spaltprodukte, Plutonium und Uran übrig. Die Spaltprodukte werden chemisch vom restlichen Uran und Plutonium getrennt, so dass man das Uran und Plutonium wieder in Reaktoren benutzen kann. Dieser Prozess wird Wiederaufbereitung genannt. Die Abfälle die bei der Extraktion entstehen sind zum größten Teil hoch radioaktiv.
Das deutsche Atomgesetz schreibt vor, dass der Atommüll "schadlos verwertet" werden muss. Das bedeutet, dass bei der Verwertung (Wiederaufarbeitung) von Atommüll in Deutschland weder Mensch noch Natur Schaden nehmen dürfen. Da die deutschen Kernenergie-Konzerne die Einhaltung dieses Absatzes nicht, oder nur unter extrem hohen Kosten, garantieren können, wird der deutsche Atommüll in den Wiederaufarbeitungsanlagen in La Hague (Frankreich) und Sellafield (Großbritannien) gebracht. In Deutschland wären Anlagen dieser Art nicht erlaubt, da bei dieser Art der Wiederaufarbeitung zuviel Radioaktivität in die Umwelt gelangt. Um Kosten zu sparen wird daher der Atommüll in andere Staaten gebracht, wiederaufarbeitet und danach wieder nach Deutschland gebracht.
In La Hague werden jeden Tag 1,5 Millionen radioaktive Abwässer in den Ärmelkanal geleitet, Sellafield pumpt täglich etwa 9 Millionen Liter radioaktive Abwässer ins Meer. Die irische See gehört daher zu den am stärksten radioaktiv belasteten Meeren der Welt. Von der Radioaktivität im Wasser sind jedoch nicht nur die Meerestiere und -pflanzen oder Anwohner betroffen, sondern auch wir. Durch die Nahrungskette gelangt die Radioaktivität durchs Essen auch in unsere Körper und erhöht dort das Krebsrisiko.
Bei Untersuchungen wurde festgestellt, dass die Blutkrebsrate bei Kindern und Jugendlichen in La Hague dreimal so hoch ist wie in der Restbevölkerung, in Sellafield ist die Rate 10mal so hoch. Außerdem fanden Wissenschaftler in der Nähe von Sellafield Plutonium in den Zähnen von Kindern. 1999 wurden festgestellt, dass das Gefieder von Tauben in Sellafield so stark bestrahlt war, dass es nach deutschen Recht als "Kernbrennstoff" gegolten hätte.
Sowohl wegen der tatsächlichen als auch der möglichen Gefahren der Wiederaufarbeitung ist sie als Entsorgungsweg für abgebrannte Brennelemente ab dem 1. Juli 2005 nicht mehr zulässig.
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