DE2713824A1

DE2713824A1 - Kernreaktoranlage in unterirdischer bauweise

Info

Publication number: DE2713824A1
Application number: DE19772713824
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Altes; Karl-Heinz Escherich; Klaus Dr Kasper; Wolfgang Dr Kroeger; Klemens Schwarzer
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-03-29
Filing date: 1977-03-29
Publication date: 1978-10-05
Also published as: DE2713824C2; FR2386105A1; CH633850A5; US4244153A; SE7803506L

Description

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Kernreaktoranlage in unterirdischer Bauweise

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kernreaktoranlage in unterirdischer Bauweise, bei der zumindest ein Teil zur Kernreaktoranlage gehörende Gebäude, insbesondere das den Kernreaktor aufnehmende Reaktorgebäude in gewachsenem Boden eingebettet sind und natürliche Oberkanten des Geländes überragende äußere Betonwandungen der Gebäude vom Boden überschüttet sind.

Die unterirdische Bauweise von Kernreaktoranlagen wird aus Sicherheitsgründen angestrebt. Dabei sind der mögliche Sicherheitsgewinn gegen die zusätzlichen Kosten für die Erstellung solcher Kernreaktoranlagen gegeneinander abzuwägen. Es ist bekannt, Reaktoranlagen in Felskavernen unterzubringen. Realisiert wurde dies bisher jedoch nur bei Kernreaktoranlagen kleinerer Leistung, vergleiche "Review on Underground Siting of Nuclear Power Plants", UEC-AEC 740 107, 1974. Felskavernen für Kernreaktoranlagen hoher Leistung stehen jedoch in den meisten Landschaftsgebieten nicht zur Verfügung. Vorgeschlagen werden daher im Boden eingebettete Bauweisen. Aus einer Veröffentlichung von W. Kroger et al "Unterirdische Bauweise von Kernkraftwerken" aus Jahresbericht der Kernforschungsanlage Jülich GmbH, 1975, ist es bekannt, die Kernreaktoranlage halb oder ganz in den Boden abzusenken und zur Erhöhung der Sicherheit die äußere Betonwandung der Gebäude der Kernreaktoranlage bis zu 10 m, zum Schutz vor stärksten äußeren Einwirkungen bis zu 20 m mit Boden zu überschütten.

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Zusätzliche Maßnahmen bei der Auslegung, insbesondere des Reaktorgebäudes sind jedoch dann zu treffen, wenn bei sogenannten hypothetischen Störfällen, die über den größten anzunehmenden Unfall (GaU) hinausgehen, in den Innenraum des Reaktorgebäudes Spaltprodukte gelangen und man eine vom Störfall verursachte Rißbildung in der äußeren Betonwandung unterstellt, so daß radioaktive Spaltprodukte in die Umgebung der Reaktoranlage gelangen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei Kernreaktoranlagen in unterirdischer Bauweise dafür Sorge zu tragen, daß trotz unterstellter Rißbildung in einer der äußeren Betonwandungen der unterirdischen Gebäude der Kernreaktoranlage bei einem hypothetischen Störfall infolge Austritts von Spaltprodukten keine Belastung der Umgebung der Kernreaktoranlage auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einer Reaktoranlage der oben bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die äußeren Betonwandungen oberhalb der natürlichen Oberkante des Gebäudes von einer zumindest bis in eine grundwasserführende Bodenschicht gezogenen Ton- oder Lehmschicht umgeben ist, die von einer Schicht großer Permeabilität, wie Kies, Sand, poröse Steine, überschichtet ist, und daß darüber eine zumindest 3 m dicke Schüttschicht aus einem eine geringere Permeabilität als die zweite Schicht aufweisenden Boden aufgeschüttet ist. In vorteilhafter Weise werden von der die Betonwandung umgebenden Ton- oder Lehmschicht aufgrund ihrer geringen Permeabilität zwischen 0,001 und

0,1 darcy (1 darcy = 0,987 χ 10~⁸ cm²) beim unterstellten Störfall der Austritt von radioaktiven Stoffen aus der äußeren Betonwandung stark reduziert und Aerosole und wasserlösliche Spaltprodukte zurückgehalten. Die Ton- oder Lehmschicht weist eine Schichtdicke von etwa 1,5 bis maximal 3 m auf. Sie reicht bis zur grundwasserführenden Bodenschicht und verhindert so die Verseuchung des Grundwassers. In der auf die Ton- oder Lehmschicht folgenden Schicht mit einer Permeabilität zwischen 1 und etwa 100 darcy, und einer Höhe von etwa 0,5 bis maximal 1 m, die aus Kies, Sand oder porösen Steinen, wie Schlacke oder porösem Baumaterial, aber beispielsweise auch aus Glasfasermatten ausgebildet sein kann.wird der konvektive Massenstrom der austretenden Stoffe in einen Diffusionsstrom überführt, so daß die die Ton- oder Lehmschicht noch durchdringenden radioaktiven Stoffe in der nachfolgenden Schüttschicht, die eine Permeabilität zwischen 0,01 und 1 darcy aufweist, nur noch über Diffusion an die Oberfläche gelangen. Infolge der daraus resultierenden langen Diffusionszeiten zerfallen die für die radioaktive Gefährdung relevanten radioaktiven Stoffe bereits innerhalb der überschüttung weitgehend.

Um auch die tiefer liegenden Erdbodenschichten vor Kontamination mit radioaktiven Spaltprodukten bei unterstellter Rißbildung in der äußeren Betonwandung zu schützen, insbesondere dann, wenn am Bauplatz der Kernreaktoranlage mit einer Grundwassergeschwindigkeit von über 10 m/Tag zu rechnen ist oder eine Bodenschicht vorhanden ist, die eine geringe Adsorptionsfähigkeit für wasserlösliche Spaltprodukte aufweist, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Ton- oder Lehmschicht

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die äußeren Betonwandungen bis zur Bodenplatte des Reaktorgebäudes hin umgibt. Zweckmäßig füllt die Ton- oder Lehmschicht einen Zwischenraum zwischen äußeren Betonwandungen und befestigten Baugrubenwandungen aus.

Anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert:

Es zeigen im einzelnen

Figur 1 Reaktoranlage in unterirdischer Bauweise

Figur 2 Prinzipskizze der Überschüttung der äußeren Betonwandung

Figur 3 Teilansicht der äußeren Betonwandung der Reaktoranlage im Baugrubenbereich

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist die Reaktoranlage im Ausführungsbeispiel vollständig in gewachsenem Boden 1 eingebettet. Im Reaktorgebäude 2 sind Kernreaktor 3 mit Primär-Kühlmittelkreislauf innerhalb eines Sicherheitsbehälters 4 untergebracht. Die äußeren Betonwandungen 5 des Reaktorgebäudes 2, die eine natürliche Oberkante 6 des Geländes überragen, sind von einer überschüttung 7 abgedeckt, überschüttet sind neben dem Reaktorgebäude 2 auch weitere zur Kernreaktoranlage gehörende Gebäude, wovon in Figur 1 Eingangsstollen 8 sowie Schleusenraum 9, 10 dargestellt sind. Die überschüttung 7 reicht bis zum Maschinenhaus 11, in

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dem Aggregate zur Energieumwandlung untergebracht sind.

Wie aus Figur 2 hervorgeht, besteht die überschüttung 7 der äußeren Betonwandung 5 zunächst aus einer die Betonwandung 5 unmittelbar umgebenden Tonschicht 12. Die Tonschicht 12 ist bis zur grundwasserführenden Bodenschicht 13 gezogen und ist im Ausführungsbeispiel 2 m dick. Die Höhe der Tonschicht richtet sich - wie auch die Höhen der übrigen Schichten der Überschüttung - in erster Linie nach der Permeabilität des jeweils verwendeten Materials. Im Ausführungsbeispiel liegt ein Ton mit einer Permeabilität in der Größenordnung von 10 darcy vor. Die Tonschicht 12 ist von einer 0,7 m dicken Schicht 14 aus Kies mit einer Permeabilität in der Größenordnung von 10 darcy abgedeckt. Der Kiesschicht folgt schließlich eine 8 m dicke Schüttschicht 15 aus einem Boden mit einer Permeabilität in der Größenordnung von 10 darcy.

Die Tonschicht 12 hindert beim unterstellten hypothetischen Störfall mit Rißbildung 16 in der äußeren Betonwandung 5 den Austritt von radioaktiven Stoffen und nimmt Aerosole und wasserlösliche Spaltprodukte auf. In der Schicht 14 aus Kies wird der konvektive Massenstrom der austretenden Stoffe unterbrochen und in einen Diffusionsstrom überführt. Auch behindert die Schicht 14 das Wandern von Rissen in der überschüttung und damit einen unerwünschten Rißdurchbruch bis zur Oberfläche der Schüttschi^t 15. In der Schüttschicht 15 werden die die Schichten gegebenenfalls noch durchdringenden radioaktiven Stoffe nur noch infolge Diffusion transportiert. Konvektionsstrom und Diffusionsstrom

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in der überschüttung sind in Figur 2 durch verschiedene Pfeile angedeutet.

Die im Ausführungsbeispiel wiedergegebene Überschüttung hält nicht nur bei hypothetischen Störfällen mit zusätzlich unterstellter Rißbildung in der äußeren Betonwandung aus der Reaktoranlage austretende radioaktive Spaltprodukte zurück, die Überschüttung ist auch geeignetf äußere Belastungen, beispielsweise beim Absturz eines Flugzeuges aufzunehmen. Um auch vor stärksten äußeren Einwirkungen Schutz zu bieten, kann die Schüttschicht 15 noch von einer Schildplatte aus Beton überdeckt sein.

In Figur 3, einer Teilansicht der äußeren Betonwandung 5, ist eine bei ungünstigen Bodeneigenschaften am Bauplatz der Reaktoranlage vorgesehene Ausbildung dargestellt. Die Tonschicht 12 umgibt die äußere Betonwandung 5 über die grundwasserführende Bodenschicht 13 hinaus bis zur Bodenplatte 17 des Reaktorgebäudes 2. Die Tonschicht 12 füllt einen Zwischenraum zwischen äußerer Betonwandung 5 mit Isolierschicht 18 und befestigter Baugrubenwandung 19 aus. Die Tonschicht ist 2 m dick.*Vie bis zur Bodenplatte 17 reichende Tonschicht ist vor allem dort von Bedeutung, wo eine Grundwassergeschwindigkeit von mehr als 10 m pro Tag vorhanden ist und/oder Bodenschichten vorliegen, die eine geringe Adsorptionsfähigkeit für wasserlösliche Spaltprodukte aufweisen.

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L e e r s e i t e

Claims

Kernforschungsanlage Julien Gesellschaft mit beschränkter Haftung Patentansprüche

1. Kernreaktoranlage in unterirdischer Bauweise, bei der zumindest ein Teil zur Kernreaktoranlage gehörende Gebäude, insbesondere das den Kernreaktor aufnehmende Reaktorgebäude in gewachsenem Boden eingebettet sind und natürliche Oberkanten des Geländes überragende äußere Betonwandungen der Gebäude von Boden überschüttet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Betonwandungen (5) oberhalb der natürlichen Oberkante (6) des Geländes von einer zumindest bis in eine grundwasserführende Bodenschicht (13) gezogenen Ton- oder Lehmschicht (12) umgeben ist, die von einer Schicht (14) großer Permeabilität, wie Kies, Sand, porösen Steinen, überschichtet ist, und daß darüber eine zumindest 3 m dicke Schuttschicht (15) aus

einem eine geringere Permeabilität als die zweite Schicht (14) aufweisenden Boden aufgeschüttet ist.

2. Reaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ton- oder Lehmschicht ( 12) die äußeren Betonwandungen (5) bis zur Bodenplatte (17) des Reaktorgebäudes (2) hin umgibt.

3. Reaktoranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ton- oder Lehm-

PT 1.371 schicht (12) einen Zwischenraum zwischen äußeren Be-Mz/rü tonwandungen (5) und befestigten Baugrubenwandungen (19)

ausfüllt.

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ORIGINAL INSPECTED