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Die Erfindung betrifft eine Schutzanordnung für wenigstens einen gelagerten Behälter mit einem Inhalt aus radioaktiv strahlendem, explosivem oder toxischem Material, mit einer den oder die Behälter zumindest teilweise umgebenden Schutzmauer aus Bauelementen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Schützen eines gelagerten Behälters mit einem Inhalt aus radioaktiv strahlendem, explosivem oder toxischem Material, mit einer den oder die Behälter zumindest teilweise umgebenden Schutzmauer aus Bauelementen.
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Die Erfindung wird im Folgenden für den Schutz von Behältern beschrieben, deren Inhalt aus einem radioaktiv strahlenden Material besteht. Es handelt sich bei dem Material beispielsweise um abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken oder andere hochradioaktive Abfälle. Derartige Behälter beinhalten häufig auch nicht mehr nutzbare radioaktive Stoffe aus den Bereichen der Kernenergienutzung und der Uranwirtschaft oder in geringeren Mengen aus der Medizintechnik oder der allgemeinen Forschung. Beispielsweise kann der Bauschutt bei dem aktuell geplanten Rückbau der Atomkraftwerke stark kontaminiert sein und in Behältern gelagert werden müssen. Die Erfindung soll aber nicht auf diesen Inhalt eingeschränkt sein, sondern vielmehr auch andere Gefahrstoffe umfassen.
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Die Behälter werden heutzutage vielfach vor der noch nicht endgültig geklärten Endlagerung in stillgelegten Bergwerken bzw. Salzstöcken oder auch massiven Gebäuden zwischengelagert.
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Die verwendeten Behälter für hochradioaktive Stoffe sind in der Regel zylinderförmige, aus Gusseisen oder Schmiedestahl bestehende Behältnisse, mit einem Gewicht von zum Teil über 100 Tonnen und Abmessungen in der Größenordnung von 2,5 Meter im Durchmesser und einer Länge von etwa 4 bis 6 Metern. Ein Markenname der Gesellschaft für Nuklear-Service für die Behälter lautet „Castor”. Für diese Behälter gibt es Vorschriften, welche mechanischen Belastungen sie aushalten müssen.
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Jedoch gibt es verschiedenen Stimmen, beispielsweise im Internet, die darauf hinweisen, dass ein Castor-Behälter einem terroristischen Angriff mit Hohlladungsgeschossen (panzerbrechende Munition), beispielsweise mittels einer Panzerfaust abgefeuert, nicht standhalten kann. Derartige Expertisen findet man unter der Internetadresse http://www.contratom.de.
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Es heißt dort beispielsweise: „Die Hirsch und Neumann Studie „Sicherheit von Castorbehältern gegen terroristische Anschläge" kommt zu dem Ergebnis, dass eine große Gefahr von leichten, panzerbrechenden Waffen auf Hohlladungsbasis ausgeht, die von der Schulter oder einem tragbaren Stativ abgefeuert werden und von einer bis zwei Personen transportiert werden können. Derartige Waffen können Panzerstahl von bis zu 1.000 mm Dicke und mehr durchschlagen. Gussstahl, aus dem Castor-Behälter gebaut sind, weist eine geringere Festigkeit auf als Panzerstahl und kann von derartigen Waffen somit durchdrungen werden.”
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In der Stellungnahme zu möglichen Terroranschlägen auf die im Standort-Zwischenlager Brunsbüttel aufbewahrten Behälter des Typs CASTOR V/52 im Rahmen des Klageverfahrens vor dem OVG Schleswig (AZ.: 4 KS 03/8) wurden verschiedene Angriffsszenarien begutachtet mit dem Ergebnis, dass unter Einsatz geeigneter Waffen große Mengen an Radioaktivität aus den Behältern entweichen kann.
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Lösungen für dieses Problem werden nirgendwo angeboten.
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In der heutigen Zeit vermehrter terroristischer Angriffe erwächst dadurch eine besondere Gefahr für die Bevölkerung, wenn es einem Attentäter gelingt, in ein Zwischenlager einzudringen und mit einer entsprechenden Waffe eine Wandung eines Behälters für radioaktive Stoffe zu zerstören. Es besteht neben dem Austritt von Radioaktivität auch die Gefahr, dass spaltbare Produkte in die Hände der Terroristen fallen.
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Es ist demnach die Aufgabe der Erfindung, eine Schutzanordnung und ein Verfahren zum Schützen der Behälter zur Verfügung zu stellen, die einen terroristischen, zerstörerischen Angriff auf die Behälter und dadurch Austreten von Radioaktivität oder anderen Gefahrstoffen verhindern, aber dennoch eine Zugänglichkeit zu den Behältern erhalten.
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Die Aufgabe wird hinsichtlich der Schutzanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Bauelemente stapel- und entstapelbar sind.
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Unter dem Begriff „Bauelemente” werden in Zusammenhang mit der Erfindungen in der Regel Bausteine verstanden, die übereinander angeordnet eine Mauer bilden. Es sind aber auch andere Bauteilformen denkbar, die von der Erfindung nicht ausgeschlossen sind.
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Mit Hilfe der Bauelemente lässt sich relativ schnell eine Sicherheitsummantelung um die gefährdeten Behälter erzeugen. Und ohne geeignete Transporteinrichtungen, wie zum Beispiel Krananlagen, ist es nicht möglich, ungehindert Zugang zu den Behältern erlangen zu können. Auf der anderen Seite können die Bauelemente wieder entstapelt, d. h. abgebaut werden, wenn die Behälter beispielsweise aus einem Zwischenlager weitertransportiert werden und für Transportfahrzeuge zugänglich gemacht werden sollen. Dies bedeutet nicht, dass die Bauelemente nicht zur Sicherheit über Spann- oder Verbindungselemente zueinander fixiert sein können. Solange die Spann- oder Verbindungselemente lösbar sind, ist ein Entstapeln mit geeigneten Transporteinrichtungen für die Bauelemente jederzeit möglich. Auf nicht mehr lösbare Mörtel-, Klebstoff- oder andere Fugenverbindungen mit Stoffschluss sollte jedoch möglichst verzichtet werden.
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Die Schutzmauer ist so ausgelegt, dass sie in der Lage ist, ein panzerbrechendes Projektil auf Hohlladungsbasis (und ggf. sogar Tandemhohlladungsbasis) abfangen zu können, bevor es den eigentlichen Behälter mit dem radioaktiven Material (oder anderen Gefahrstoffen) erreicht, oder dem Projektil zumindest die Energie zu nehmen, die Behälterwand noch durchschlagen zu können. Dazu ist bevorzugt vorgesehen, dass die Bauelemente zumindest zu 80% aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
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Insbesondere ist bevorzugt, dass die Bauelemente vorwiegend aus einem Gusseisen bestehen.
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Derartige Gussbauelemente können relativ einfach gefertigt werden. In der Regel ist eine Fertigung dort möglich, wo auch die Behälter gegossen werden. Die Bauelemente haben dann vorzugsweise eine Dicke, die in etwa der Wandstärke des Behälters entspricht. Sie haben ein hohes Gewicht und sind in der Lage, aufgrund ihrer Masse die Energie eines Hohlladungsgeschosses zumindest deutlich zu reduzieren und damit unschädlich zu machen. Im Übrigen sind sie mit hohen Temperaturen belastbar, ohne Schaden zu leiden.
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Es ist von Vorteil, wenn die Form der Bauelemente derart ausgebildet ist, dass sie wenigstens einen Vorsprung und wenigstens eine Aussparung aufweisen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Bauelemente dabei ein im Schnitt Z-förmiges Profil aufweisen. Und besonders ist bevorzugt, wenn innerhalb der Schutzmauer sich ein innerer Kragen eines ersten Bauelements und ein äußerer Kragen eines benachbarten zweiten Bauelements überlappen.
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Mit diesen geometrischen Ausgestaltungen lassen sich mehrere Vorteile erzielen. Benachbarte Vorsprünge und Aussparungen der in der Schutzmauer angeordneten Bauelemente können ineinandergreifen und damit die Stabilität der Schutzmauer erhöhen. Es wird also ein gewisser Formschluss erzeugt, der allerdings durchaus ein geringes Spiel zwischen Vorsprung und Aussparung verträgt. Ist das Bauelement mit Z-förmigem Querschnitt versehen, so erhält man beispielsweise eine Art Kragen im oberen Teil des Bauelements an der dem Behälter zugewandten Seite und im unteren Teil an der Außenseite der Schutzmauer oder umgekehrt. Jedenfalls überlappen sich der untere Kragen eines ersten oberen Steins und ein oberer Kragen eines zweiten darunter angeordneten Bauelements. Dabei können die Bauelemente zweier waagrechter Reihen durchaus auch im Versatz zueinander angeordnet sein, d. h., es gibt keine senkrecht verlaufende Fuge in der Mauer über zwei waagrechte Reihen von Bauelementen hinweg. Dadurch wird die (Stand-)Festigkeit der Schutzmauer noch einmal drastisch erhöht. Bei der Z-förmigen Ausgestaltung ist es natürlich selbstverständlich, dass zumindest die unterste Bauelementreihe, in der Regel aber auch die oberste, L-förmigen Querschnitt haben müssen, um zumindest eine plane Auflagefläche zu erhalten. Alle diese geometrischen Ausgestaltungen bewirken in vorteilhafter Weise, dass die Wände der Schutzmauer sowohl innen wie außen glatt sein können, ohne Absätze oder dergleichen zu besitzen. Dennoch sind die Bauelemente ineinander verzahnt und geben der Schutzmauer eine hohe Stabilität.
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Dabei ist es auch vorteilhaft, wenn die Bauelemente die Form eines Kreissegmentes aufweisen.
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Die Bauelemente können so zu einer ringförmigen Schutzmauer rings um den einen oder mehrere Behälter hochgezogen werden. Ein solcher, innen hohler Turm weist eine noch einmal erhöhte Stabilität auf. Dabei kann der Radius des Kreissegmentes standardisiert sein, so dass im Falle der Nutzung von Bauelementen aus Gusseisen nur eine spezielle Gussform notwendig wird.
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Vorzugsweise ist auf der dem Behälter abgewandten Seite der Bauelemente oder der Schutzmauer eine Reaktivpanzerung angebracht.
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Die Reaktivpanzerung wird in Form von Kacheln auf die passiven Bauelemente aufgelegt. Sie besteht aus einer Schicht Sprengstoff, die wiederum mit einer Metallplatte abgedeckt ist. Da die Schutzmauer aus einzelnen Bauelementen besteht, sind auch die Reaktiv-Sprengstoffe voneinander getrennt, und es wird in vorteilhafter Weise nur die tatsächlich beschossene Reaktivpanzerung aktiv. Trifft ein Projektil auf diese Reaktivpanzerung, explodiert die Sprengstoffschicht und schleudert die Metallplatte dem Projektil entgegen. Die Wirkung der Granate wird dadurch wenigstens teilweise kompensiert – die restliche Wirkung wird durch die passive Schutzmauer aufgefangen. Hohlladungen lassen sich mit diesen Reaktivpanzerungen gut abwehren, weil sie den Kumulationsstrahl dieser Waffen verwirbeln.
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Bevorzugt ist von dem Behälter oder den Behältern zu der Schutzmauer ein Abstand von mindestens 500 mm vorgesehen.
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Im Falle eines Auftreffens eines Hohlladungsgeschosses auf die äußere Schutzmauer oder durch die Wirkung der Reaktivpanzerung, kann ein hoher Druck hinter der Schutzmauer erzeugt werden und ggf. verwirbelte Bruchstücke mitreißen. Entstehende Explosionsgase können ebenfalls noch schädliche Auswirkungen auf einen Behälter haben. Aus diesem Grunde wird ein ausreichender Sicherheitsabstand gewahrt, in dem ein Druck auf die Behälterwand zu einer unschädlichen Größe abgebaut werden kann.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist zwischen dem Behälter oder den Behältern und der Schutzmauer ein Traggestell mit einer Keramik- oder Polyamidschicht, insbesondere Kevlar®, vorhanden.
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Im Falle einer ringförmigen Schutzmauer könnte das Traggestell beispielsweise ein einfacher, ggf. aus zwei Halbschalen bestehender Blechzylinder sein, der den oder die Behälter umgibt. Die darauf angebrachte Schutzschicht besitzt eine hohe spezifische (gewichtsbezogene) Festigkeit, niedrige Dichte, hohe Schlagzähigkeit, gute Wärmebeständigkeit und Dimensionstabilität, gute Schwingungsdämpfung und ein hohes Arbeitsaufnahmevermögen. Dadurch werden auch verbleibende Energien der genannten Waffen hinter der Schutzmauer und vor dem Behälter getilgt. Gerade Kevlar® kann in vorteilhafter Weise für die weiche und harte Ballistik als Panzerung verwendet werden.
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Es ist von Vorteil, wenn die Schutzanordnung alternativ oder in Kombination eine Abdeckung aus Beton oder Gusseisen oder Stahl aufweist.
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Damit ist das Eindringen in die Schutzanordnung von oben auf die zu schützenden Behälter unmöglich gemacht.
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Hinsichtlich des Verfahrens zum Schützen eines gelagerten Behälters mit einem Inhalt aus radioaktiv strahlendem, explosivem oder toxischem Material, mit einer den oder die Behälter zumindest teilweise umgebenden Schutzmauer aus Bauelementen, wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass aus einem zumindest zu 80% aus einem metallischen Werkstoff bestehende Bauelemente bereitgestellt werden und nach der Lagerung des oder der Behälter zu der Schutzmauer zusammengesetzt werden.
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Die zu schützenden Behälter werden also, wie bereits im Rahmen der Beschreibung der Schutzanordnung beschrieben, quasi eingemauert, und zwar mit in der Regel relativ schweren Bauelementen mit hohem oder vollständigem Metallgehalt. Wie bereits erwähnt eignen sich hier besonders Gusseisen-Bauelemente, die sinnvollerweise in irgendeiner Weise geometrisch ineinandergreifen oder sich überlappen. Hier sind formschlüssige Verbindungen vorteilhaft. Für die Schutzwirkung ist dies in der Regel ausreichend.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Bauelemente ohne Stoffschluss zusammengesetzt werden.
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Eine stoffschlüssige Verbindung der Bauelemente, beispielsweise mittels Mörtel oder Klebstoff oder Schweißverfahren, würde die Stabilität der Schutzmauer zwar erhöhen, aber damit verliert man eine einfache Möglichkeit des Öffnens der Schutzmauer bei dem Wunsch, einen Behälter zu einem Weitertransport zu bringen.
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Im Übrigen sind der Aufbau der Schutzanordnung und deren vorteilhafte Merkmale aus den Vorrichtungsansprüchen zu entnehmen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich eines Ausführungsbeispiels in der dargestellten Zeichnung näher erläutert.
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In der Figur ist schematisch ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Schutzanordnung 1 dargestellt.
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Sie dient dem Schutz eines Behälters 2 mit einem Inhalt aus radioaktiv strahlendem, explosivem oder toxischem Material vor terroristischen Angriffen, die bis zu dem Versuch gehen können, die Freisetzung des Inhalts durch Hohlladungsgeschosse (panzerbrechende Munition), beispielsweise mittels einer Panzerfaust abgefeuert, zu erzwingen. Der Behälter besteht zwar beispielsweise aus Gusseisen mit hoher Wandstärke, einem Gesamtdurchmesser von etwa 2,5 Metern und einer Höhe von 4 bis 6 Metern, so dass er über 100 Tonnen wiegt, aber es ist dennoch anfällig für diese Art von Waffen.
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Der Behälter besitzt wegen der möglichen Wärmeabgabe des Inhalts (zum Beispiel bei ausgedienten Brennelementen aus Atomkraftwerken) Kühlrippen 18. Er besitzt auch Aufnahmen für Kranhaken 17. Ein solcher Behälter wird häufig als Castor-Behälter bezeichnet.
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Die Schutzanordnung 1 umfasst eine am Lagerungsort des Behälters 2 nachträglich zusammengesetzte Schutzmauer 3 aus einzelnen Bauelementen 4, 5. Die Bauelemente sind in diesem Ausführungsbeispiel übereinander geschichtet zusammengesetzt. Dabei sind senkrechte Fugen 20 von Reihe 6, 6.1, 6.2 zu Reihe 6, 6.1, 6.2 zur Erhöhung der Stabilität versetzt angeordnet.
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Der Z-förmiger Querschnitt der Bauelemente 4 erlaubt Überlappungen der Bauelemente einer Reihe 6.1 mit Bauelementen einer darunter oder darüber angeordneten Reihe 6.2. gemäß der Figur überlappen sich ein Kragen 7.1 von Bauelementen 4, 5 der Reihe 6.1 mit einem Kragen 7.2 der Bauelemente 4, 5 der Reihe 6.2. Die Endsteine 5, am oberen und unteren Rand der ringförmigen Schutzmauer 3 sind entsprechend L-förmig im Querschnitt. Diese Verschachtelung verleiht der Schutzmauer 3 eine hohe Stabilität. Die Eingriffe von Vorsprüngen 8 eines Bauelements 4, 5 in die Aussparungen 9 eines benachbarten Bauelements können aber auch beliebige andere Ausgestaltungen haben. Es ergibt sich eine Schutzmauer 3 aus Bauelementen 4, 5 mit (abgesehen von den Fugen) glatter Innen- und Außenfläche 11, 12.
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Dabei bestehen die Bauelemente 4, 5 zum größten Anteil aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus einem Gusseisen.
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In dem vorgegebenen Ausführungsbeispiel sind die Bauelemente 4, 5 als Kreissegmente ausgeführt, so dass sich automatisch eine ringförmige Schutzmauer 3 rund um den dargestellten Behälter 2 ergibt. Selbstverständlich können hier auch mehrere Behälter neben- oder übereinander eingeschlossen werden. Das ist abhängig von dem Radius der Kreissegmente.
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Die ringförmige Mauer besitzt eine Abdeckung 10, die aus Metall oder Beton bestehen kann. Dadurch werden die Behälter 2 auch von oben zusätzlich geschützt.
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Da das Material in dem Behälter 2 Wärme entwickelt ist für ausreichende Lüftungszirkulationsöffnungen 19 zu sorgen.
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Um die Behälter besonders intensiv zu schützen können auf der Außenfläche 12 der Schutzmauer 3 bzw. der Bauelemente 4, 5 Reaktivpanzerungen angebracht werden. Diese sind aus den Schutzvorkehrungen für die Außenhaut von Panzern bekannt. Es handelt sich um eine Sprengstoffschicht, die von einer Metallplatte abgedeckt ist, die im Falle eines Auftreffens eines Geschosses diesem explodierend entgegengeschleudert wird und damit den Einfluss beispielsweise von Hohlladungswaffen zufriedenstellend drosselt. In der Figur ist zur Vereinfachung nur an jeder zweiten Reihe 6, 6.1, 6.2 von Bauelementen 4 eine solche Reaktivpanzerung schematisch angedeutet. Der tatsächliche Bedarf muss fallweise ermittelt werden.
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Um die Sicherheit noch weiter zu erhöhen ist in dem ringförmigen Freiraum 14 zwischen Schutzmauer 3 und Behälter 2, der mindestens 500 mm lichte Weite haben sollte, eine weitere Schutzschicht aus Keramik oder Polyamid eingebracht. Sie ist in der Lage, Druckwellen und heiße Strahlung und Splitter abzufangen. Dazu ist die Schutzschicht 16 ebenfalls ringförmig um den Behälter 2 an einem tragenden Gestell, in diesem Fall einem einfachen Blechzylinder, befestigt.
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In nicht dargestellter Weise sollten die Bauelemente 4, 5 über Aufnahmen für Krananlagen oder Transportfahrzeuge verfügen. Dadurch ist eine schneller Aufbau und Abbau, also eine Stapelung und eine Entstapelung einer erfindungsgemäßen Schutzmauer ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzanordnung
- 2
- Behälter
- 3
- Schutzmauer
- 4
- Bauelement
- 5
- Endstein
- 6, 6.1, 6.2
- Bauelementreihen
- 7.1, 7.2
- Kragen
- 8
- Vorsprung
- 9
- Aussparung
- 10
- Abdeckung
- 11
- Innenfläche
- 12
- Außenfläche
- 13
- Reaktivpanzerung
- 14
- Freiraum
- 15
- Traggestell
- 16
- Keramik- oder Polyamidschicht
- 17
- Kranaufnahme
- 18
- Kühlrippen
- 19
- Luftzirkulationsöffnung
- 20
- Fuge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- http://www.contratom.de [0006]
- Hirsch und Neumann Studie „Sicherheit von Castorbehältern gegen terroristische Anschläge” [0007]
