DE19811609A1 - Schutzdom-Einrichtungen niedriger Bauart für östliche Kernkraftwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzeinrichtung für Kernkraftwerke in Form eines, das Kernkraftwerk umschließenden Bauwerks, dessen Innenwandungen aus thermisch beständigem Werkstoff bestehen und insbesondere an einer Fachwerkskonstruktion befestigt sind, wobei gegebenenfalls die Innenwandung des Bauwerks im Bereich der, ins­ besondere als Kuppel ausgebildeten Decke, von Klappen, die nach außen, insbesondere gegen Federkraft öffnen, gebildet sind.

Bei einer Schutzeinrichtung dieser Art ist es bekannt, im Bauwerk mehrere Drosselbarrieren vorzusehen, über welche in Stufen ein Gau (z. B. jener in Tschernobyl) abgearbeitet werden kann.

Durch diese technologischen Höchstanforderungen an die Funktion der Bremsstufen, bedarf es eines sehr hohen und teuren Bauwerkes. Die Summe aller einzelnen Komponenten, die den Einsatz der Drossel­ stufen sowie des in Hochlage arbeitenden Energievernichters tech­ nisch zulassen würden, erfordern hohe Entwicklungskosten, die im Verhältnis zu den KKW-Baukosten zu extremen Investitionen führen würden.

Aufgabe der Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Erreicht wird dies bei einer Schutzeinrichtung der eingangs erwähnten Art, dadurch, daß das Bauwerk eine Innenhöhe aufweist; die dem zwei- bis fünffachen der Höhe des umschlossenen Kernkraftwerkes entspricht und daß die Innenwandungen aus verstärkten Metall­ platten oder Verbundkonstruktionen bestehen, die an ihrer vom Kernkraftwerk abgewandten Außenfläche bevorzugt mit Zugelementen, z. B. Seilen oder Ketten, peripher umschlossen sind und daß gegebenenfalls die Decke von Sollbruchstellen aufweisenden Platten gebildet ist, alternativ einer Ausführung bei der die Decke von Klappen gebildet ist.

Durch den Wegfall der Drosselbarrieren wird ein für die Funktion ausreichend großes Innenvolumen zur Aufnahme von Austritten bei einem Unfall eines KKW z. B. mit Druckwasserreaktoren auch bei Anwendung eines niedrigen Schutzdomes gewonnen, wodurch die Gesamtbauhöhe relativ niedrig gehalten werden kann. Die verstärkte Innenwand der erfindungsgemäßen Schutzeinrichtung, eingeschlossen die mittragenden hochbelastbaren Zugelemente (Seile), haben bei einem RBMK-Tschernobyl-Reaktor und einem Gau die Funktion, die Druckströmungen nach oben zu lenken, um an den vielen Sollbruchstellen der Kuppel Austritte der ersten hohen Druckwellen zu ermöglichen, um den Druck im Innern des Bauwerkes abzubauen. Handelt es sich jedoch um Druckwasserre­ aktoren russischer Bauart, wie jene in der Tschechischen und Slowakischen Republik, so können sich bei einem Unfall die Druckwellen mit den Gasen und Radionukliden gefahrlos ausdehnen und entspannen. Erst durch den Schutzdom mit seinem hohen Volumen ist der erforderliche Schutz für die Bevölkerung gegeben. Eine gasdichte Innenbeschichtung gemäß dem Stand der Technik kann Austritte verhindern.

Alle Bauwerke eines KKW brechen bei Innendruckbelastung an ihrer mauertechnisch schwächsten Stelle, nämlich an Ecken im nahen Dachbereich auf.

Ein Unfall bei russischen Druckwasserreaktoren verläuft im Vergleich zu RBMK-Reaktoren wesentlich druckreduzierter und gedrosselter ab.

Bisher bekannt ist der Unfall des westlichen Druckwasserreaktors 1979 in Three Mile Island, Harrisburg, Pennsylvania,USA. Dort gab es zusätzlich Wasserstoffkonzentration, die nur 1,5 Prozent unter der Explosionsgrenze von 4% blieb. In der großen Zylinder­ kuppel wurden 30.000 Rem/h = 300 Sievert gemessen.

Durch die Erfindung kann weiters, insbesondere für beschädigte, Radioaktivität abstrahlende Kernkraftwerke, z. B. das in Tscherno­ byl, eine Strahlenabschirmung vorgesehen werden, weil die erfin­ dungsgemäße Einrichtung auch über bereits vorhandene Gebäudeteile errichtet werden kann.

Die Innenwandelemente können bei der erfindungsgemäßen Schutzein­ richtung z. B. als dicke Aluminium- oder Stahlblechplatten bzw. aus hochwertigen, in Verbundkonstruktionen verarbeiteten Werk­ stoffen, ausgeführt werden.

Die auf der Außenseite der Innenwand befindlichen Zugelemente, z. B. Ketten, Stahlseile oder gleichwertige, radial gemäß der Kreisform des Domes mittragende Elemente können die hohe Durch­ biegung der Plattenelemente zufolge der Druckwellen aufnehmen.

Diese vertikale Plattenelemente- und Seilanordnung beginnt in Bodennähe und reicht bis zur Höhe des Übergangs in die Dom­ kuppe, wo auch die Rückschlagflügel-Anordnung beginnt. Die Funktion der Rückschlagflügel ist bekannt. Sie öffnen beim Strömungsdurchgang und schließen danach durch Federzug, wobei sie eine neue Wand bilden. Dadurch sind Austritte der Radionu­ klide in die freie Umgebung bzw. Bodennähe verhinderbar. Mehrfach-Schutzdom-Einrichtungen sind über östlichen Kernkraft­ werken ohne Containment erforderlich, die nebeneinander zwei oder mehrere KKW-Bauwerke errichtet haben und mit dem Maschinen­ haus verbunden sind. In diesem Maschinenhaus befinden sich jene Beschickungsmaschinen und -Krane, die abwechselnd während des Betriebes die Brennstäbe auswechseln können. Über das Maschi­ nenhaus ist ein schützendes Verbindungsbauwerk als Tunnel zu beiden Schutzdom-Einrichtungen vorzusehen.

Die Kuppe des Schutzdoms weist viele einzelne Sollbruchstellen auf, die beim Gau durch die Druckwellen durchschlagen werden. Die Sollbruchstellen befinden sich in dünnen Plattenelementen aus Aluminium, die die Wandabdeckung bilden und sind in den Plattenelementen als Sicken ausgebildet, die das Aufreißen erleichtern. Nach dem Durchbrechen der Domkuppe durch Explosions­ gase, die das mitgeführte Inventar aus dem Reaktor hochtragen, können diese Gase, bedingt durch die ihnen innewohnende Energie, die in der Luft abgebaut wird, zunächst eine Höhe von 1000 m erreichen, wonach die Gase unter dem Einfluß der Thermik und der jeweils herrschenden atmosphärischen Strömungen weiter bis zu einer Höhe von 10 km aufsteigen, wobei sich auch die feinsten radioaktiven Teilchen großflächig verteilen können und z. B. mit dem Regen als Fallout niedergehen. Dabei kann Sachschaden auftreten, kaum jedoch eine direkte Gesundheitsschä­ digung der Bevölkerung.

Es ist bekannt, daß beim Gau in Tschernobyl die ersten hochströ­ menden Explosionswellen die Bevölkerung am Boden bis in die weite Umgebung des KKW nicht erreichte, daher auch nicht geschädigt haben. Erst die nachfolgenden, aus dem aufgerissenen KKW-Dach in weitem Bogen ausgeschleuderten heißen Radionuklide, inklusive des verbrannten Reaktorgraphits, haben die Bevölkerung kontami­ niert und zum Teil lebensgefährlich verseucht.

Die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung sieht einen relativ niedrigen Schutzdom über dem jeweiligen KKW vor, der eine Innen­ höhe im Ausmaß der 2,5 bis 3fachen Bauhöhe eines Kernkraftwerkes aufweisen kann. Bei z. B. einer KKW-Höhe von H₁ = 60 m, ergibt das eine Innenhöhe des Domes von H₂ = 150 bis 180 m. Doppel­ blockanlagen haben in der Regel einen Abstand A₁ = 400 m. Ein Tunnelbau verbindet beide Schutzdom-Einrichtungen.

Die Erfindung kann sowohl für Doppelblock-Kernkraftwerke, als auch auf für Einzel-Kernkraftwerken östlicher Bauart ohne Con­ tainment, ebenso auf beschädigte und radioaktiv strahlende Schmelze enthaltende Kernkraftwerke, z. B. jenes in Tschernobyl, angewendet werden, wobei die erfindungsgemäße Schutzeinrichtung ein Konzept mit minimalster Schutzdom-Höhe und Bauart darstellt. Dadurch wird eine wesentlich kürzere Entwicklungszeit als bekannt erreicht, wobei die Kosten der Entwicklung und der Ausführung entscheidend reduziert werden können.

Für den Fall, daß nach dem Durchbrechen der Domkuppe durch die Druckwellen bei einem Gau die Rückschlagflügel zum Teil zerstört werden, können über die aufgerissenen Löcher im Dom­ bereich außen feuerfeste Teppichstreifen von Hubschraubern aus gelegt werden, z. B. in radial versetzter Anordnung. Dadurch wird erreicht, daß die mit den Heißgasen im Dominnern hochsteigen­ den Radionuklide am Austritt gehindert werden und bis zur Abküh­ lung des Reaktors im Schutzdom gesammelt bleiben.

Erfindungsgemäß ist ein zweites Ziel vorgegeben, eine Schutzdom- Einrichtung über ein beschädigtes, strahlende Schmelze enthalten­ des Kernkraftwerk vorzusehen. Handelt es sich dabei um ein beschädigtes Block-Kernkraftwerk mit mehreren Reaktoren, wie das in Tschernobyl der Fall ist, führt man den konstruktiv möglichen gestaltbaren Durchbruch in der Gebäudewand aus, um einen Durchlaß für Restbauwerke zwischen Kraftwerken des Blockes zu schaffen. Dadurch ist eine Schutzeinrichtung, um die Bevölke­ rung vor weiterer radioaktiver Strahlungsgefahr zu schützen, ausführbar.

Für die erforderliche Schutz- und hohe Sicherheitsfunktion über eine radioaktive strahlende Schmelze nach einem Gau mit z. B. einem vorhandenen brüchigen Betonsarkophag, kann das Raum­ fachwerk mit einer relativ niedrigen Kuppel überspannt werden und gestattet weiters über die kreisförmige Grundfläche variable Bauanforderungen zu erfüllen.

Desweiteren ist erfindungsgemäß eine Innenauskleidung bzw. Beschichtung als Strahlenschutz an der verstärkten Innenwand befestigt vorzusehen, die auch den Kuppelbereich einschließt. Dadurch ist gegen das Austreten von Radioaktivität größtmögli­ cher Schutz erreichbar.

In der Zeichnung ist der erfindungsgemäße Schutzdom in drei beispielsweisen Ausführungen dargestellt:

Es zeigen

Fig. 1 die erfindungsgemäße Mehrfach-Schutzdom-Einrich­ tung in minimalster Bauhöhe im Verhältnis zum Kernkraftwerk im vertikalen Schnitt. Die Innenwand hat verstärkte Plattenele­ mente. Diese sind an der Außenseite gegen Durchbiegen mit Seilen abgestützt. Im Kuppenbereich sind Rückschlagflügel angeordnet. Das Kuppendach wird durch Abdeckplatten gebildet, z. B. aus Aluminium mit Eintiefungen, um Aufbrüche durch Druckwellen zu erleichtern.

Fig. 2 zeigt einen Einfach-Schutzdom über ein Kernkraftwerk im vertikalen Schnitt in minimalster Bauhöhe im Verhältnis zum KKW, analog der Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Teilschnitt, des Kuppenbereiches analog der Fig. 1 und 2, jedoch ohne Rückschlagflügel, ergänzt mit den Soll­ bruchstellen und deren Eintiefungen der Plattenelemente. Dazu ist ein Teil der Innenwand mit den abstützenden Seilen dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch eine niedrige Schutz­ domeinrichtung über ein durch einen Gau beschädigtes Kernkraft­ werk, das strahlende Schmelze enthält, welches erforderlichen­ falls mit einem seitlichen Durchlaß in der Wand an das Restbau­ werk angeschlossen bzw. darüber ausführbar ist.

Fig. 5 zeigt einen Teilschnitt nach der Linie a-a der Fig. 4, mit den verstärkten Plattenelementen der Innenwand und mit der strahlenschützenden Innenauskleidung bzw. Beschichtung.

Gemäß der Fig. 1 und 2 ist der doppelwandige Schutzdom 1 am Fundament 2 verankert und steht jeweils über einem Kernkraft­ werk 3. Die Innenwand ist mit verstärkten Plattenelementen 4 ausgeführt. Auf der äußeren Seite dieser Innenwand angeordnete Stahlseile 5 oder gleichwertige Elemente tragen die Belastungen auf die Plattenelemente 4 mit. Zwischen beiden Schutzdom-Ein­ richtungen 1 ist ein Tunnelbauwerk 8 über dem Maschinenhaus 9 angeordnet.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Kuppe des Schutzdomes 1 mit den vielen Sollbruchstellen der Dachplattenelemente 6, die zwischen dem Netz der Stahlbauträger der Schutzdom-Konstruktion 1 mit Hilfe der Eintiefungen 10 aufbrechen können.

Fig. 4 zeigt eine Schutzdom-Einrichtung 11 analog der Grundkon­ struktion der Fig. 1 und 2, jedoch in sehr niedriger Bauausfüh­ rung mit seitlichem Durchlaß über einem beschädigten Kernkraft­ werk 12, das radioaktive Schmelze enthält, mit dem restlichen Block-Kernkraftwerk 13, das mehrere Reaktoren baulich einge­ schlossen hat. Auf der verstärkten Innenwand 14 ist eine strah­ lenabschirmende Innenauskleidung 15 angebracht, um Austritte von Radioaktivität sicher zu verhindern.

Fig. 5 zeigt einen horizontalen Teilschnitt (a-a) durch die Schutzdom-Wand 11. Die dazugehörige Innenwand ist mit verstärkten Plattenelementen 14 analog der Fig. 1 und 2 ausgeführt und die darauf angebrachte strahlenabschirmende Innenauskleidung bzw. Beschichtung 15 verhindert radioaktive Abstrahlung.

Claims (4)

1. Schutzeinrichtung für Kernkraftwerke in Form eines, das Kernkraftwerk umschließenden Bauwerks, dessen Innenwandungen aus thermisch beständigem Werkstoff bestehen und insbesondere an einer Fachwerkskonstruktion befestigt sind, wobei gegebenen­ falls die Innenwandung des Bauwerks im Bereich der, insbesondere als Kuppel ausgebildeten Decke, von Klappen, die nach außen, insbesondere gegen Federkraft öffnen, gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauwerk eine Innenhöhe (H₂) aufweist, die dem zwei- bis fünffachen der Höhe (H₁) des umschlossenen Kernkraftwerkes (3) entspricht und daß die Innenwandungen aus verstärkten Metallplatten (4) oder Verbundkonstruktionen bestehen, die an ihrer vom Kernkraftwerk (3) abgewandten Außenfläche bevorzugt mit Zugelementen (5), z. B. Seilen oder Ketten peri­ pher umschlossen sind und daß gegebenenfalls die Decke von Sollbruchstellen aufweisenden Platten (6) gebildet ist, alter­ nativ einer Ausführung bei der die Decke von Klappen gebildet ist.

2. Schutzeinrichtung nach Anspruch 1, für aus mehreren nebenei­ nander angeordneten Blockeinheiten bestehenden Kernkraftwerks­ anlagen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Kernkraftwerk (3) des Blockes von einer Schutzeinrichtung gemäß Anspruch 1 umschlos­ sen ist und daß die einzelnen Bauwerke über Tunnel (8) miteinan­ der verbunden sind (Fig. 1).

3. Schutzeinrichtung für Kernkraftwerke, insbesondere zur Errichtung nach einem Gau, in Form eines das Kernkraftwerk umschließenden Bauwerks, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauwerk eine Innenhöhe aufweist, die dem 1,5 bis zweifachen der Höhe des umschlossenen Kernkraftwerks (12) entspricht und daß eine Innenauskleidung (15) oder Beschichtung aus einem die Strahlung des Kernkraftwerks (12) abschirmenden Material vorgesehen ist (Fig. 4, 5).

4. Schutzeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (15) oder Innenbeschichtung an einer Innenverschalung der, insbesondere als Fachwerk ausgebildeten, äußeren Stützkonstruktion ausgebildet ist (Fig. 4, 5).