-
Titel der Anmeldung : Verfahren zur Verhinderung einer
-
unkontrollierten Ausbreitung verseuchte Gase Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Verhinderung einer unkontrollierten Ausbreitung radioaktiv
oder durch Gift verseuchter Gase, insbesondere aus schadhaften Kernkraftwerken austretende'
Gase.
-
Es ist bekannt, daß durch unkontrolliert sich ausbreitende Schwaden
oder Wolken von durch Gift, Bakterien, Viren oder radioaktiv verseuchten Gase, Dämpfe,
Aerosole, Gal-Staub-Gemischen und dergleichen - im folgenden kurz Gase genannt -erhebliche
Schäden an Gesundheit und Leben der mit dem verseuchten Gase in Berührung kommenden
Menschen und Tiere hervorgerufen werden können. Insbesondere können die Folgen bei
der Ausbreitung verseuchter Gase, welche geruchlos und unsichtbar sind, katastrophal
sein.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dessen
Hilfe die Ausbreitung verseuchter Gase mit relativ
geringem Kostenaufwand
verhindert werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
austretenden, vezseuchten Gase von einer Schaumschicht abgedeckt, umhüllt oder von
den einzelnen Schaumbiasen eingeschlossen werden.
-
Ist die Druckdifferenz zwischen dem verseuchten Gas und der Atmosphäre
gering, dann kann mittels der Schaumschicht ein leck gewordener Behälter abgedichtet
werden, so daß ein weiteres Entweichen von verseuchtem Gas vermieden werden kann.
Steigt der Druck des verseuchten Gases gegenüber der Atmosphäre an, dann bläht sich
die Schaumdecke an den Leckstellen auf, so daß diese leicht lokalisiert werden und
durch weitere Schaumzufuhr abgedichtet werden können. Schließlich kann das im Behälter
befindliche oder auch das austretende Gas mittels eines Gebläses und Schaumerzeugers
in ein Schaummittel eingeblasen werden.
-
Der so gebildete Schaum kann gut beobachtet werden und hat die Wirkung,
daß das verseuchte Gas sich nicht so leicht und so schnell ausbreiten kann. Da insbesondere
auf Kunststoff-Basis gebildete Schäume hohe Standzeiten haben, ist es möglich, gefährdete
Gebiete eng zu lokalisieren und rechtzeitig zu evakuieren.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorteil zur Verminderung der
Auswirkungen eines schweren Störfalles in einem Kernkraftwerk mit Druckwasser-Reaktor
benutzt werden.
-
In der folgenden Beschreibung werden unter Bezugnahme auf de
Zeichnungen
Anwendungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines typischen Reaktor gebäudes mit innerhalb des Containments
angeordneten Nebenräumen und mit Schaumerzeuger, die u.a. im Kerngerüst-Abstellraum
angeordnet sind, Fig. 2 eine Schnittansicht eines Reaktorgebäudes mit Schaumerzeuger,
die innerhalb des Containments und außerhalb des Containments in Nebenräumen des
Reaktorgebäudes angeordnet sind, Fig. 3 einen Grundriß eines Kernreaktorgebäudes
mit mehreren innerhalb des Containments angeordneten Schaumerzeugern.
-
Bei einem Kernkraftwerk befinden sich die Brennelemente, die den größten
Teil der radioaktiven Elemente eines Kernkraftwerkes enthalten, innerhalb eines
Reaktor-Druckbehälters 1, der Bestandteil eines primären Kühlmittelkreises ist.
Dieser primäre Kühlmittelkreis ist von einem Containment 2 umschlossen, das von
einer Stahlkugel mit einem Durchmesser von 50 - 60 m gebildet wird. Durch Aussetzen
der Kühlung, etwa durch Bruch einer Hauptkiihlmittel-Leitung oder durch Bersten
des Reaktor-Druckbehälters 1 und bei gleichzeitigem Versagen der Kern-Notkühlung
sowie der Wärmeabführung aus dem Containment 2 konint es zu einem Kernschmelzen.
Dabei verflüssigen sich die Brennelemente, die radioaktiven Isotope in ihnen treten
gasförmig oder flüssig aus. Im weiteren Verlauf schmilzt der Reaktordruckbehälter
1 durch, die Schmelze gelangt in das
Containment 2, wo sie einen
hohen Gasdruck (5 bis 6 bar) aufbaut. Je nach den Einzelheiten des Störfallablaufes
kommt es dann zu einem Bersten oder Durchschmelzen des Containments 2 und der darunter
liegenden Betonstrukturen 3 des Reaktorgebäudes 4.
-
In beiden Fällen kann ein Austreten der radioaktiv verseuchten Containmentluft
in die freie Atmosphäre nicht mehr verhindert werden, weil der Innendruck das Gas
entweder durch das Leck des Containments 2 oder durch Erdreich unter dem Gebäude
preßt.
-
Über die verschiedenen denkbaren Störfallabläufe mit derartigen Folgen
gibt es umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen. Man kann genaue
Angaben über die Zeitabfolge von Druckaufbau und Temperaturverlauf machen. Unterschiedliche
Reaktorkonzepte verhalten sich bezüglich der Eintrittswahrscheinlichkeit der verschiedenen
Störfallfolgen uneinheitlich.
-
Die nachfolgenden Ausführungen können daher nur als Beispiel für einen
typischen Störfallverlauf gelten. Allen Störfallabläufen, die hier betrachtet werden,
ist allerdings gemeinsam, daß sie - bisher ohne Einsatz von Schaummitteln - zu großen
Freisetzungen radioaktiver Stoffe führen. Ferner lassen sie alle genügend Zeit -
mindestens 3 Stunden - zwischen Störfallursache und Freisetzung, um die Schäume
bilden zu können.
-
Die Ausbreitung einer freigesetzten radioaktiven Wolke in der Atmosphäre
ist im starken Maße von der Luftbewegung abhängig. Gefährlich für die Großflächenauswirkung
ist der
Transport von mit kurzer Halbwertszeit zerfallenden Atomen,
nicht die unmittelbare Elementarteilchenstrahlung aus dem Reaktor. Durch Verhindern
der Luftbewegung in oder außerhalb des Reaktorgebäudes 4 kann daher auch die Ausbreitung
der radioaktiven Wolke verhindert werden. Dazu gibt es drei Möglichkeiten des Schaumeinsatzes:
A.
-
Schaumerzeugung innerhalb des Containments 2 noch vor Containmentversagen.
Einbinden des radioaktiven Gases in die Blasen, Austreten und Aufblähen des so erzeugten
Schaumes aus dem geborstenen Containment 2, Festsetzen des entspannten Schaumes
und damit des radioaktiven Gases in unmittelbarer Nähe des Containments 2, speziell
in Nebenräumen 5, 6, 7 des Kraftwerkes. Weil man den Versagenszeitpunkt relativ
früh voraussagen kann, kann auch rechtzeitig mit der Schaumerzeugung begonnen werden.
-
B.
-
Schaumerzeugung im Reaktorgebäude 4 außerhalb des Containments 2,
Ausschäumen des Ringspaltes 5 zwischen Containment 2 und Gebäude-Außenwand 4 in
den oberen Bereichen. Falls das Containment 2 völlig von Nebenräumen 6 umgeben ist,
sind diese Nebenräume 6 auszuschäumen. Bei Austreten des Containmentgases durch
eine Leckstelle expandiert die radioaktive Wolke dann in den Schaum mein und wird
dadurch aufgehalten. Da das Gebäude 4 nicht dicht ist, wird dann der Gebäudeschaum
in die Außenatmosphäre gedrängt.
-
Bei genügend schnellem Nachproduzieren des Schaumes im Gebäude 4 kann
ein kontinuierliches Einbinden der unerwünschten Gaswolke in den Schaum gewährleistet
werden. Dies wird durch Ansaugen besonders der aus Richtung Containment kommenden
Luftmassen noch verstärkt. Diese Lösung bietet sich auch bei größeren Rissen im
Reaktorgebäude 4 infolge äußerer Gewalteinwirkung, wie Flugzeugabsturz, Bombardierung,
ELdbeben, Sprengung an, da nicht damit gerechnet werden kann, daß das gesamte Bauwerk
einstürzt.
-
C.
-
Schaumerzeugung außerhalb des Kraftwerks.
-
Bedeckung oder Umhüllung des gesamten Reaktorgebäudes 4 mit einer
dicken Schaumschicht. Bei Platzen des Containments 2 wird die Gaswolke dann nach
außen getrieben, wo sie auf einen genügend dicken Schaummantel auftrifft und weitgehend
festgehalten wird. Selbst bei Sprengung des Kraftwerks liegt der weitaus größte
Teil der Spaltprodukte noch in den Pellets der Brennelemente gebunden vor. Es vergeht
deshalb auch bei militärischen Angriffen etwa eine Stunde, bis die völlig ungekühlten
Brennelemente geschmolzen sind, wenn man von einem schlagartigen Verschwinden allen
Kühlmittels ausgeht. Zwischen dem Beginn des Kernschmelzens und dem Versagen des
Containments 2 durch Überdruck oder Durchschmilzen vergehen selbst bei den schwersten
Störfällen etwa 90 Minuten, wenn man von einem Verdampfen des in unmittelbarer Nähe
der Brennelemente befindlichen
Kühlmittels ausgeht. Es verbleibt
deshalb nach dem Erkennen der Gefahr stets genügend Zeit, die Schaumerzeugung vorzubereiten
und durchzuführen.
-
Zur Schaumerzeugung eignen sich Gebläse mit großem Durchsatz, zum
Beispiel Axialgebläse bzw. -kompressoren, welche das angesaugte Gas zusammen mit
einem eingespritzten Schaummittel,zum Beispiel Triäthanolaminalkylsulfat, Triäthanolaminaurylsulfat,
Fettalkoholpolyglykoläther, Harnstoff- und Glycerinverbindungen durch ein Sieb blasen.
Dabei ist die Wirkung um so größer, je vollständiger das angesaugte Gas in die Blasen
eingebunden wird.
-
Der Einsatz von Schaumgeneratoren, die mit über Düse eingespritzten
Schaummitteln arbeiten, oder solchen, welche das Gas durch eine Schaummittelflüssigkeitssäule
blasen, muß daher Ergebnis jeweils spezifischer Optimierungsrechnungen bzw. -versuche
mit den Größen Verschäumungsanteil des eingeblasenen Gases, Massendurchsatz pro
Zeit, verbrauchtes Schaummittel usw. sein.
-
Zur besseren Haftung der Schaumschicht auf dem Gebäude 4 des Kernkraftwerkes
ist es vorteilhaft, an den geneigten Außenwänden Halteeinrichtungen 12 anzubringen,
welche das Abgleiten der Schaumschicht von der geneigten Wand verhindern. Die Halteeinrichtungen
12 können ähnlich den Schneefangzäunen als Lattenzaun oder als netz- oder gewebeartige
Flächen rechtwinklig zur geneigten Außenwand angebracht sein.
-
Zur besseren Haftung der Schaumschicht an senkrecht verlaufenden Wänden
des Reaktor gebäudes 4 können im geringen Abstand von diesen Wänden Netze oder lockere,
weitmaschige Matten 13 angeordnet sein, welche so beschaffen sind, daß die Schaumschicht
ohne weiteres in sie eindringt und gehalten wird.
-
Die Halteeinrichtungen 12 und 13 können auch so in Nähe des Kernkraftwerkes
untergebracht sein, daß sie erst im Bedarfsfall in relativ kurzer Zeit, zum Beispiel
30 Minuten, an die Gebäudeaußenwand angebracht werden können.
-
Schließlich können rings um das Kraftwerk wulstartige Hindernisse
angebracht werden, welche das Abfließen des Schaumberges verhindern. Diese Hindernisse
können von aufblasbaren Behältern gebildet werden, die im aufgeblasenen Zustand
einen Ringwulst bilden. Sie bieten den Vorteil, selbst bei völliger Zerstörung des
Reaktorgebäudes durch entsprechend hohe Schaumspiegel das Kraftwerk gegenüber Gasabzug
abzusichern. Sein Personal ist ohnehin evakuiert. Wegen der in den meisten Fällen
zur Verfügung stehenden Zeit können noch Schaumerzeuger oder Schaummittel an den
Kraftwerksstandort eingeflogen werden.
-
Wie die Figur 1 zeigt, sind die Schaumerzeuger 10 in Nähe des Druckbehälters
1 angeordnet, undlzwar im Raum 6, der beispielsweise auch als Raum für die Druckhalter
bzw. für das Kerngerüst dient. Die Ansaugöffnungen 11 der Schaumerzeuger 10 sind
in Core-nahen Kanälen angeordnet, die im oberen Bereich des Druck
behälters
1 in der Betonwandung vorgesehen sind. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß stets
das radioaktive Gas, welches ausschließlich aus dem Core ausströmt, abgesaugt und
in Schaumblasen eingebunden wird. Das Fortdrücken des nahezu reibungsfrei gleitenden
Schaumes in den übrigen Raum des Containni;'nts 2 hinein steigert den Druck im Containment,
so daß sich die Blasen des Schaumes verkleinern. Nach Erreichen des Auslegungsdruckes
platzt das Containment 2, der Schaum tritt aus, entspannt sich und schiebt sich
im Reaktorgebäude weiter, bis ein Druckausgleich erreicht ist.
-
Wie die Figur 2 zeigt, sind die Schaumerzeuger 10 nicht nur inner
halb des Containments 2 angeordnet, sondern auch in Räumen des Reaktorgebäudes.
-
Die Schaumerzeuger, welche außerhalb des Containments angeordnet sind,
können auch mit Druckgas betrieben werden, das in Druckgefäßen auf Vorrat gehalten
wird. Mit Hilfe derartiger Schaumerzeuger kann im Bedarfsfall die das Containment
umgebendenden Räume sowie das gesamte Gebäude in kürzester Zeit unter Schaum gesetzt
werden.Hierbei wird allerdings auf ein Einbinden des gefährlichen Gases in die einzelne
Schaumblase verzichtet Es wird eine dicht schließende Schaumwand gegenüber dem ausströmenden
Gas gebildet.
-
Für die Schaumerzeuger, welche innerhalb des Containments angeordnet
sind,
ist ein Schaummittel erforderlich, das nicht nur beständige, sondern auch relativ
temperaturfeste Schäume bildet.
-
Derartige Schaummittel sind bekannt.
-
Bezugszeichenliste 1 Reaktordruckbehälter 2 Containment 3 Gebäudeboden
4 äußere Gebäudewandung 5 Raum zwischen Containment und Gebäudewandung 6 Kerngerüstabstellraum
7 Brennelementlagerbecken 8 Nebenräume 9 DampferZeuger 10 Schaumerzeuger 11 Ansaugöffnung
12 zaunartige Haltevorrichtungen 13 netz- oder mattenartige Haltevorrichtungen.