DE2836290C2 - Verfahren zur Einlagerung von abgebrannten Kernbrennstoffelementen und hochradioaktiven Abfällen aus Kernkraftwerken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren ?.ur Einlagerung von in Behälter eingebrachten abgebrannten Kernbrennstoffelementen oder hochradioaktiven Abfällen aus Kernkraftwerken nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist sowohl aus »Nuclear Engineering and D: sign«, 8 (1968) Seiten 327 bis 336, als auch aus »Kernenergie«, 17. Jahrgang (1974) Heft 4, Seiten 101 bis 106, bekannt

Bei der Endlagerung von abgebrannt™ Kernbrennstoffelementen und hochradiioaktiven Abfällen muß gewährleistet werden, daß über geologische Zeiträume keine radioaktiven Bestandteile in die Biosphäre gelangen.

In Kernkraftwerken der derzeit bestehenden Typen müssen die Brennelemente in bestimmten Abständen ausgetauscht werden. Dabei fallen z. B. bei Leichtwasserreaktoren jährlich pro 1000 MW Leistung etwa 25 t abgebrannte Brennelemente an. Diese enthalten zu rund 96% Isotope von Uran und Transuranen und zu etwa 4% Nuklide, die aus den Kernspaltprozessen der Kettenreaktionen entstehen.

Abgebrannte Brennelemente können einige Jahre im Kernkraftwerk selbst aufbewahrt werden. Sobald jedoch dessen Lagerkapazität nicht mehr ausreicht, werden sie nach dem derzeitigen Stand der Technik in externe Lager übergeführt, in denen sie unter Bewachung strahlengeschützt und gekühlt aufbewahrt werden. Diese Lager sind Ingenieurbauten unterschiedlicher Art, die zwar gegen Einwirkungen von außen sicher sein müssen, aber da für sie eine Langzeitüberwachung notwendig wäre, nicht als Endlager angesehen werden können.

Der wertvolle Anteil an Uran und Plutonium kann in Aufarbeitungsanlagen rückgewonnen und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt werden. Die verbleibenden aktiven Spaltprodukte sind derzeit nicht verwendbare Nuklide mittleren Atomgewichts, hauptsächlich Metalle, die als Salze anfallen. Zur Endlngerung Werden sie in nichl lösliche und nicht ausschwemmbare Form übergeführt, und zwar nach dem heutigen Stand der Technik verglast oder in ein Metallgitter versintert und in eine Kanne aus Chrom-Nickelstahl eingegossen. Diese sogenannten Kannen weisen je nach der Verdünnung der Spaltprodukte in Glas oder Sintermetall eine mehr oder weniger starke, durch radioaktiven Zerfall bedingte Wärmeentwicklung sowie eine Gamma- und Neutronen-Strahlung auf. Solche verglaste oder gesinterte Rückstände stellen hochradioaktive Abfälle der Kerntechnik dar.

Da in den nächsten Jahren in ansteigender Menge abgebrannte Brennelemente anfallen werden, befaßt man sich weltwtit mit der Entwicklung von Verfahren

to zur geologischen Zwischen- und Endlagerung von abgebrannten Kernbrennstoffeiementen und anderen, insbesondere hochradioaktiven Abfällen.

An eine geologische Endlagerung werden folgende Forderungen gestellt:

Di? Lagerung hat in geologisch alten Formationen, die na-h menschlicher Voraussicht keinen tektonischen oder sonstigen Veränderungen ausgesetzt sind, zu erfolgen. Diese geologischen Formationen sollen keine Klüfte, Verwerfungen, Adern oder Einschlüsse aufweisen.

also Formationen ohne wasserführende Schichten oder Adern darstellen. Die Aufschließung, insbesondere im vorgesehenen Einlagcrangsbcrcich, hat gebirgsschcnend zu erfolgen. Aus der Endlagerung dürfen durch Lösen, Auswaschen, radiolytische Zersetzung oder sonstige Vorgänge keine radioaktiven Teile in unzulässiger Menge in die Biosphäre gelangen. Die Einbringung der Behälter mit radioaktiven Abfall in das Endkger darf weder das Personal noch de Umgebung gefährden. Die Wärmeabfuhr hat so zu erfolgen, daß weder das umgebende Gestein eine Veränderung der Struktur erfährt, noch daß eine schädigende Erwärmung in der umgebenden Biosphäre auftritt Abgesehen von relativ kurzfristigen Probeeinlagerungen sollen die abgebrannten Brennelemente bzw. der eingelagerte hochaktive Abfall noch einige Zeit bedingt rückholbar bleiben. Später soll dann das Endlager verschlossen werden können, so daß keine Wartung und Überwachung mehr notwendig ist. Die Hohlräume (Kavernen) werden mit möglichst artgleichem Material verfüllt, so daß keine Brüche im Grubengebäude auftreten.

Entsprechend diesen Forderungen werden derzeit für die Endlagerung entweder Salzstöcke mit überdeckenden, dichten Tonschichten oder kristalline Gesteine, wie Granit und Gneis, in Betracht gezogen. Es sind jedoch auch andere Formationen denkbar.

Die Brennelemente oder die hochaktiven Abfälle werden entweder unter einer Transportabschirmung eingebracht, wobei das Gestein die Dauerabschirmung übernimmt, oder sie werden mit einer verlorenen Abschirmung, die auch wärmeleitend sein muß, versehen. Hierfür werden sie in Blei eingegossen oder in einen genügend dicken, verschlossenen Stahlzylinder eingebracht. Derartige Stahlzylinder werden im folgenden als Behälter bezeichnet

Abgesehen von einem Verfahren, nach dem die Behälter frei aufgestellt werden und die Wärme durch Luft, also durch die Bewetterung, abgeführt wird, sehen bisher bekanntgewordene Verfahren vor, daß zur Aufnahme der Behälter von einem Stollensystem aus Bohrloeher unterschiedlicher Anordnung vorgesehen werden. Bei den eingangs genannten bekannten Verfahren beistehen die Ausnehmungen aus vertikal in den Stollenboden eingebrachten Bohrungen, in die eine Vielzahl von Behältern eingebracht wird. Abgesehen von der Schwierigkeit, die Bohrungen in den Stollenboden einzubringen, wozu eine Bohrvorrichtung im Stollen von Loch zu Loch versetzt werden muß und jeweils der Bohrer laufend verlängert werden muß, ergibt sich

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durch die vertikalen Bohrungen der Nachteil, daß die nach zumindest drei Seiten in das Gestein abgeführt Behälter praktisch nicht kontrollierbar und nicht mehr wird und nur die Luft oberhalb der Nut 2 etwas erwärmt leicht rückholbar sind. Wenn sich durch Wärmeentwick- wird. Der Verfüllung 5 sind Stoffe mit weiteren Schutzlung oder durch Fließen von Salz oder Granit, in das eigenschaften, wie Strahlenschutz, Ionenaustauscherfä- bzw. den die Bohrungen vorgetrieben sind, Verschie- 5 higkeis oder Feuchtigkeitsisolierung, zugefügt, sie kann bungen oder Beschädigungen der Behälter ergeben, auch aus solchen Stoffen, z. B. Bitumen oder Asphaltbebleibt dies auch bei beispielsweise jährlichen Kontroll- ton, bestehen, wobei die Bodenlage der Verfüllung vor gangen durch die Stollen unbemerkt, wodurch sich FoI- dem Einlegen der Behälter 4 eingebracht werden kann, geschäden ergeben können. Die Nut 2 wird dann zwecks Begehbarkeit bzw. Be-

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt 10 fahrbarkeit mit vorzugsweise einen Strahlenschutz bedarin, ein einfaches Einlagerungsverfahren anzugeben, wirkenden Platten 6 abgedeckt, wodurch der Stollen bei dem die radioaktiven Behälter gut kontrollierbar begehbar oder befahrbar bleibt, aber doch Messungen bleiben und auch bei Bedarf nach längeren Zeiträumen und Beobachtungen über längere Zeiträume ausgeführt sicher zurückgeholt werden können. oder auch einzelne Behälter 4 nach Entfernung der Ver-

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der in 15 füllung 5 rückgeholt werden können. Das Einlagerungs-Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung die Ausneh- verfahren eignet sich somit außer für die Endlagerung mung durch eine im Boden des Stollens verlaufende Nut auch für die Zwischenlagerung.

gebildet wird, der Raum zwischen der Nut und den Be- Das so hergestellte Lager kann beispielsweise anhältern nach dem Einlegen der Behälter mit einem fangs jährlich, später im Abstand mehrerer Jah.-ebeganstrahlenabsorbierenden, ionenaustauschenden und 20 gen und überprüft werden. Nach vollständiger Belegung feuchtigkeitsisolierenden Schutzmaterial ausgefüllt eines Stollens oder einer ausgedehnten Stollenanlage wird und die Nui niii Flauen abgedeckt wird. Damit und zufriedenstellendem Verlauf aller Messungen und wird erreicht, daß die Behälter zwar wohlgeschCizt an- Beobachtungen über einige Jahrzehnte odtr Jahrhungeordnet sind, aber doch noch leicht zugänglich sind, um derte kann der Stollen 1, vorzugsweise mit artgleichem daran Messungen vorzunehmen, wobei insbesondere an 25 Material wie das Gestein, z. B. Pumpbeton aus dem aus-Messungen der Radioaktivität und der Temperaturent- gebrochenen Material, vollkommen verfüllt und hierauf wicklung gedacht ist Sollten sich die Werte einzelner abgemauert werden.

Behälter ungünstig entwickeln, die umgebenden Forma-

tionen hinsichtlich Feuchtigkeit oder Verschiebungen Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

verändern oder der Fortschritt der Technik eine Wiederverwendung der Substanzen möglich und erwünscht erscheinen lassen, so ist, solange die Stollen noch nicht verfüllt sind, eine Rückholung der Behälter ohne wesentliche Schwierigkeit möglich.

Die Nut kann dadurch hergestellt werden, daß der Stollen an seiner Sohle durch eine Nut erweitert wird oder daß der Steller, sn seiner Sohle mit einer Betonschicht ausgebildet wird, in der eine Nut ausgespart wird.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der F i g. 1 und 2, die Querschnitte durch jeweils einen Stollen zeigen, näher erläutert.

Durch eine Stollenvortriebsmaschine wird in gebirgsschonender Weise ein Stollen 1 von beliebiger Länge hergestellt. Solche Maschinen sind derzeit für Stollendurchmesser von 3 bis 4 m hauptsächlich für Wasserführungsstollen im Einsatz. In der Sohle des Stollens 1 wird eine Nut 2 vorgesehen, die etwas breiter als der Durchmesser /ylinderförmigcr Behälter 4 für radioaktive Abfallstoffe ist. Die Nut 2 kann, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. in der Sohle des Stollens 1 im Gestein ausgeschrämmt werden, wofür eine Maschine ähnlich der Bohrmaschine herangezogen werden kann (siehe Fig. 1). Die Nut 2 kann aber auch dadurch hergestellt werden, daß in die Sohle des Stollens eine Betonschicht 3 eingebracht wird, in der eine Nut 2 freigelassen wird (siehe Fig. 2). In die Nut 2 werden mit geeigneten Transportmitteln, wie einer Chargiermaschine oder einem Hängekran, die Behälter 4 eingelegt Diese können dicht aufeinanderfolgend oder, wenn die Wärmeabfuhr dies nicht zuläßt, in Abständen voneinander angeordnet werden.

Um zu verhindern, daß die Wärmeabfuhr der eingelegten Behälter 4 zum Großteil über die Luft erfolgt, also durch die Bewetterung abgeführt werden müßte, was wegen der Ausfäügefahr vermieden werden soll, wird die Nut 2 um die Behälter 4 mit einer geeigneten Verfüllung 5, z. B. Beton, gefüllt, wodurch die Wärme

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Einlagerung von in Behälter eingebrachten abgebrannten Kernbrennstoffeiementen oder hochradioaktiven Abfällen aus Kernkraftwerken, bei dem ein angenähert horizontal verlaufender Stollen hergestellt wird, in dessen Boden eine Ausnehmung zur Aufnahme der Behälter gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung durch eine im Boden des Stollens (1) verlaufende Nut (2) gebildet wird, daß der Raum zwischen der Wand der Nut (2) und den Behältern (4) nach dem Einlegen der Behälter (4) mit einem strahlenabsorbierenden, ionenaustauschenden und feuchtigkeitsisolierenden Schutzmaterial (5) ausgefüllt wird und daß die Nut (2) mit Platten (6) abgedeckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (2) in einer auf dem Boden des Stollens (1) aufgebrachten Betonschicht (3) ausgespart wird.