DE102011117522A1 - Method for producing subsurface waste disposal region for e.g. high-level radioactive wastes in nuclear power plant, involves diffusing high heat production rate of wastes from structure by using composite building materials - Google Patents
Method for producing subsurface waste disposal region for e.g. high-level radioactive wastes in nuclear power plant, involves diffusing high heat production rate of wastes from structure by using composite building materials Download PDFInfo
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Abstract
Description
- 1. Anordnung und Verfahren zur Herstellung eines unterirdischen Endlagers, das durch ein Mehrbarrierensystem die Biosphäre vor der Strahlenexposition der mittel- und hochradioaktiven Abfälle schützt. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die hohe Wärmeproduktionsrate der Abfälle vom Baukörper und der umgebenden Baugruben-Verfüllung durch Einsatz neuer Verbundbaustoffe an die Oberfläche diffundieren kann.1. Arrangement and method for producing an underground repository, which protects the biosphere by a multi-barrier system from the radiation exposure of medium and high-level radioactive waste. It is characterized in that the high heat production rate of the waste from the structure and the surrounding excavation pit backfill can diffuse to the surface by using new composite building materials.
- 2.1 Bisher wurden die Brennelemente in Sicherheitsbehältern transportiert, jedoch ungeschützt in den ehemaligen Salzstollen verbracht (Grube Asse II oder Morsleben) mit den bekannten Problemen.2.1 So far, the fuel elements were transported in security containers, but unprotected spent in the former salt tunnel (pit Asse II or Morsleben) with the known problems.
- 2.2 Neue Wege beschreitet man in der ehemaligen Erzgrube bei Salzgitter, „Schacht Konrad”. In tiefen geologischen Schichten wird ein „Endlager” für mittelradioaktive Abfälle, mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung, ausgebaut. Es werden die vorhandenen Abbaukammern der Erzgrube in den Einlagerungsfeldern mit Abfallgebinde gefüllt und anschließend die verbleibenden Hohlräume mit Salzbeton ausbetoniert.2.2 New paths are taken in the former ore mine near Salzgitter, "Schacht Konrad". In deep geological strata, a "repository" for medium-level radioactive waste, with negligible heat generation, is being developed. The existing excavation chambers of the ore pit in the storage fields are filled with waste packages and then the remaining cavities are concreted out with salt concrete.
- 3.1 Die Lagerung der hochradioaktiven Abfallstoffe bedarf der größtmöglichen Sicherheit, diese ist jedoch bei oberirdischer Lagerung nicht gegeben.3.1 The storage of highly radioactive waste requires the greatest possible safety, but this is not the case for above-ground storage.
- 3.2 Von den bestehenden oberirdischen Zwischenlagern geht ein hohes Gefährdungspotenzial aus.3.2 There is a high risk potential from existing above-ground interim storage facilities.
- 3.3 Eine unterirdische Entsorgung der hochradioaktiven Abfälle in größeren Gebinden führt auf Grund der starken Wärmeabstrahlung zur Veränderung des Wirtsgesteins.3.3 Underground disposal of highly radioactive waste in larger containers leads to a change in the host rock due to the strong heat radiation.
- 3.4 Die Anforderungen an ein unterirdisches Endlager sind im Abschlussbericht des Arbeitskreises Auswahlverfahren Endlagerstandort (AkEnd) aufgelistet.3.4 The requirements for an underground repository are listed in the final report of the Working Group on the Selection of Repository Sites (AkEnd).
- 3.5 Die hohen Anforderungen hinsichtlich der Standortwahl des Endlagers in den natürlichen geologischen Schichten zur Verwirklichung des angestrebten Mehrbarrierensystems sind schwer umzusetzen, denn die wenigsten Wirtsgesteine verfügen über eine homogene Struktur.3.5 The high requirements regarding the choice of location of the repository in the natural geological strata for the realization of the targeted multi-barrier system are difficult to implement, because very few host rocks have a homogeneous structure.
- 4.1 Die Aufgabe war, ein Endlager für mittel- und hochradioaktive Abfälle zu planen, das eine zeitlich ausreichende Sicherheit gewährleistet.4.1 The task was to design a repository for medium- and high-level radioactive waste, which ensures adequate safety over time.
- 4.2 Um diese hohen Anforderungen zu verwirklichen, war ein unterirdisches Bauwerk zu konzipieren, das durch ein Mehrbarrierensystem die Biosphäre vor der Strahlenexposition der mittel- und hochradioaktiven Abfälle schützt.4.2 In order to meet these high requirements, an underground structure was to be designed that protects the biosphere against the radiation exposure of medium- and high-level radioactive waste by means of a multi-barrier system.
- 4.3 Der mögliche Zeitrahmen der Einlagerung ergibt sich aus der Kontamination der Bauwerkshülle und deren Verfüllung.4.3 The possible time frame of the storage results from the contamination of the building envelope and its backfilling.
- 4.4 Die Kugelform des Bauwerks und die Stärke der Außenschale bieten die größte statische Sicherheit, dem tektonischen Druck auf Jahrhunderte standzuhalten.4.4 The spherical shape of the structure and the strength of the outer shell provide the greatest static certainty to withstand the tectonic pressure of centuries.
- 4.5 Selbst eine äußere Gewalteinwirkung würde dieses Bauwerk überstehen.4.5 Even an external act of violence would survive this structure.
- 4.6 Kein Endlager, sei es als Bauwerk oder in unterirdischen geologischen Schichten, ist bis zum Ende der Halbwertzeit haltbar. Deshalb muss das Endlager technisch so ausgestattet werden, dass die Rückholbarkeit der radioaktiven Abfälle ohne direkten Personeneinsatz erfolgen kann. Dies muss auch noch für nachfolgende Generationen sichergestellt werden.4.6 No repository, whether as a building or in subterranean geological strata, is stable until the end of its half-life. Therefore, the repository must be technically equipped so that the retrievability of the radioactive waste can be carried out without direct use of personnel. This must also be ensured for future generations.
- 4.7 Die Grundvoraussetzung für diese Einlagerungsart ist die ständige Überwachung und Wartung des Bauwerks und seiner Einrichtungen.4.7 The basic requirement for this type of storage is the constant monitoring and maintenance of the structure and its facilities.
In den oberflächennahen Schichten des Quartärs und des Tertiärs (
Auf der Gründungsebene (
In die Negativform der Kugelkalotte (
Auf dieser Basis wird ein Baukörper (
Die Innenseite der Stahlhülle (
Geschossdecken (
Mit der Anordnung der Stahlbetondecken (
Im Untergeschoss wird ein Abklingbecken H (
In the basement is a cooling pool H (
Die Abwärme der 12 Glaskokillen wird zur Beheizung der Absorptionskältemaschinen (
Im äußeren Bereich des Untergeschosses wird ein Abklingbecken C (
In der Stahlbetondecke (
Das 1. Obergeschoss ist die Verteilerebene, auf der die Glaskokillen (
Die Geschosse 2. bis 16. werden zur Einlagerung von 30.000 Stck Glaskokillen (
Im 17. Geschoss wird die Maschine und die Steuerung des Lastenaufzuges untergebracht.On the 17th floor, the machine and the control of the goods lift are housed.
Mit einer speziellen Anordnung der Bewehrung (
Der Beton der Außenschale (
Die Kühlleitungen (
Zur größeren Wärmeableitung wird zwischen den Bewehrungskörben
Die Klimatechnik der Lüftungsanlage (
Ein Teil der Prozesswärme aus dem Abklingbecken (
Die Anlagenschaltung der 2-stufigen kompakten AKM (
„Frischluftkanäle” (
Im oberen Teil der Betonaußenschale (
Zum Transport und zur Lagerung der Glaskokillen (
Über einen im Kern des Bauwerks (
Das Zugangsbauwerk (
Vor dem Eingangsbauwerk (
Im Zuge der Verfüllungsarbeiten werden die Außenseiten aller Baukörper mit Bentonitmaterial (
Die Verfüllung der Baugrube (
Nach Abschluss der Einlagerungsarbeiten wird das Eingangsbauwerk (
Die Kontrollleitungen (
Nach einem Überprüfungszeitraum erfolgt der Rückbau und die Verfüllung der gesamten Baugrube gemäß Pkt [0027]. Der Zugangsschacht (
Eine Erddeckschicht (
Im Kontrollgebäude (
Die Erfindung wird dargestellt durch:The invention is represented by:
- 5.0 Die Vorteile, die sich aus dem Konzept des Endlagers ergeben, sind:
- 5.1 Die Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle gemäß der atomrechtlichen Anforderungen des Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz
und Reaktorsicherheit vom 30. Sept. 2010 können erfüllt werden - 5.2 Die oberirdische Zwischenlagerung der mittel- und hochradioaktiven Abfälle könnte, in das sichere Endlager in einem überschaubaren Zeitraum, überführt werden.
- 5.3 Das Gefährdungspotenzial der Kernkraftwerke würde sich durch Räumung der Zwischenlager beträchtlich reduzieren.
- 5.4 Das unterirdische Bauwerk bietet als Endlager für mittel- und hochradioaktive Abfälle für die nächsten Generationen die größtmögliche Sicherheit.
- 5.5 Bei einem technischen Bauwerk dieser Art können die Kenntnisse und Erfahrungen und die Qualität der Materialien entsprechend der EN- und DIN-Vorschriften und ihrer Verwendung zu einem sicheren Mehrbarrierensystem konsequent umgesetzt werden.
- 5.6 Die in Kernkraftanlagen üblichen Sicherheitsstrategien mit dem Mehrstufenprinzip, Redundanz, Diversität und Fail-Safe können bei diesem Konzept der Endlagerung verwirklicht werden.
- 5.7 Das Exergiekonzept ist so ausgelegt, dass ein Teil der Prozesswärme der hochradioaktiven Abfälle im inneren Bereich des Abklingbeckens zur Beheizung der LiBr-Absorptionskältemaschinen genutzt, während die Temperatur im äußeren Bereich des Abklingbeckens durch Kühlleitungen reduziert wird.
- 5.8 Die große Oberfläche des Bauwerks und die Verwendung der neuen Verbundbaustoffe der Betonaußenschale und der Baugrubenverfüllung ermöglichen einen hohen Strahlenschutz und auf der anderen Seite eine wirkungsvolle thermische Diffusivität der eingelagerten mittel- und hochradioaktiven Abfälle.
- 5.9 Die Lüftungsanlagen begrenzen
die Raumtemperatur im 3.bis zum 17. Obergeschoss, dadurch können die Ausgasungen der mittelradioaktiven Abfälle minimiert werden. - 5.10 Ein Sicherheitsventil im oberen Teil der Betonaußenschale verhindert den Aufbau eines Überdrucks im Baukörper. Die entweichenden ionisierten Gase können durch die Bauxitverfüllung und der Tonglocke zurückgehalten werden.
- 5.0 The benefits of the concept of the repository are:
- 5.1 The safety requirements for the final storage of heat-generating radioactive waste in accordance with the nuclear requirements of the Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety of 30 Sept. 2010 can be met
- 5.2 The above-ground interim storage of medium- and high-level radioactive waste could be transferred to the safe disposal facility within a manageable period of time.
- 5.3 The risk potential of nuclear power plants would be considerably reduced by clearing the interim storage facilities.
- 5.4 As a repository for medium- and high-level radioactive waste, the underground structure provides the greatest possible security for the next generations.
- 5.5 In the case of a technical construction of this kind, the knowledge and experience and the quality of the materials can be consistently implemented in accordance with the EN and DIN regulations and their use as a safe multi-barrier system.
- 5.6 The usual safety strategies in nuclear power plants with the multi-stage principle, redundancy, diversity and fail-safe can be realized with this concept of final disposal.
- 5.7 The exergy concept is designed so that part of the process heat of the high-level radioactive waste in the inner part of the decay pool is used to heat the LiBr absorption chillers while the temperature in the outer area of the decay tank is reduced by cooling lines.
- 5.8 The large surface area of the structure and the use of the new composite construction materials of the concrete outer shell and the construction pit filling enable high radiation protection and, on the other hand, effective thermal diffusivity of the stored medium- and high-level radioactive waste.
- 5.9 The ventilation systems limit the room temperature from the 3rd to the 17th floor, thus minimizing the outgassing of medium-level radioactive waste.
- 5.10 A safety valve in the upper part of the concrete outer shell prevents the build-up of overpressure in the structure. The escaping ionized gases can be retained by the bauxite filling and the clay bell.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE102020005775B3 (en) | 2020-09-22 | 2021-12-02 | Helmut Schmidt | Repository for low and high level radioactive waste |
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