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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß zunächst auf ein
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Verfahren zur Lagerung von bestrahlten Brennelementen, wobei die bestrahlten
Brennelemente in eine Abschirmbehälteranordnung eingebracht und in der Abschirmbehälteranordnung
einer Zwischenlagerung zugeführt werden, in der die Gammastrahlen-Anfangs aktivität
der bestrahlten Brennelemente auf eine vorgegebene Gammastrahlen-Restaktivität abklingt
und wobei die abgeklungenen Brennelemente in ein Endlager eingebracht werden.
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Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Anordnung zur Durchführung
eines solchen Verfahrens, bestehend aus einem metallischen Innenbehälter und einem
metallischen Außenbehälter, wobei der Innenbehälter in den Außenbehälter eingesetzt
und in den Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Außenbehälter eine Vergußmasse
eingebracht ist, wobei fernerhin zumindest der Innenbehälter einen abdichtend aufgesetzten
Deckel trägt, wobei endlich Innenbehälter und Außenbehälter integriert als Abschirmbehälter
für die Gammastrahlen-Anfangsaktivität eingerichtet sind. - Bei der gattungsgemäßen
Ausführungsform wird auch ein einzelner Behälter als Behälteranordnung bezeichnet,
weil er aus einer Mehrzahl von Bauteilen und zugeordneten Bauteilen besteht. Brennelemente
meint die Brennelemente von Kernkraftwerksreaktoren. Die Erfindung gehört damit
in den Bereich der Entsorgung von Kernkraftwerken, wo bekanntlich neben der Wideraufbereitung
bestrahlter Brennelemente auch deren direkte Endlagerung von Bedeutung ist.
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Im Rahmen der bekannten gattungsgemäßen Verfahrensmaßnahmen sind unterschiedliche
Abschirmleistungen einerseits in der Zwischenlagerung, andererseits im Endlager
erforderlich. Für die Zwischenlagerung sind daher schwere Abschirmbehälter erheblicher
Wanddicke, z. B. aus sphärolithischem Gußeisen, vorgeschlagen worden. Im Endlager
können demgegenüber wesentlich
leichtere Abschirm- und Lagerbehälter
eingesetzt werden.
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Die abgeklungenen Brennelemente müßten dazu vor dem Einbringen in
das Endlager, z. B. in der Zwischenlagerung, von einem Abschirmbehälter, der für
die Zwischenlagerung eingerichtet ist, in einen Abschirmbehälter, der für die Endlagerung
eingerichtet ist, aufwendig und nicht ungefährlich umgeladen werden.
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Bei der bekannten gattungsgemäßen Anordnung ist der Innenbehälter
ein Behälter, dessen Volumen so eingerichtet wird, daß die entegrierte Behälteranordnung
aus Außenbehälter, Innenbehälter und Vergußmasse die Abschirmleistung aufbringt,
die die in den Innenbehälter eingebrachten radioaktiven Substanzen verlangen. Das
ermöglicht die Verwendung genormter Außenbehälter, die beispielsweise aus sphärolithischem
Gußeisen oder ähnlichen Werkstoffen bestehen. Man kann in solche Behälteranordnungen
auch bestrahlte Brennelemente einbringen, die Existenz solcher Behälteranordnungen
hat jedoch zur Lösung der vorstehend aufgezeigten Probleme nichts beigetragen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine
Anordnung anzugeben, mit der es möglich ist, bestrahlte Brennelemente über eine
Zwischenlagerung in ein Endlager einzuführen, ohne daß dazu ein aufweniges Umladen
der abgeklungenen Brennelemente von einem Behälter in einen anderen erforderlich
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die bestrahlten
Brennelemente in eine Abschirmbehälteranordnung eingebracht werden, die aus einem
metallischen Innenbehälter und einem metallischen Außenbehälter besteht, wobei der
Innenbehälter als Abschirmbehälter für die Gammastrahlen-Restaktivität, die Abschirmbehälteranordnung
für die Abschirmung der Gammastrahlen-Anfangsaktivität eingerichtet sind. Nach bevorzugter
Ausführungsform
der Erfindung wird in den Zwischenraum zwischen
Innenbehälter und Außenbehälter eine Vergußmasse eingebracht, die schmelzbar ist
und die geschmolzen wird, wenn die Gammastrahlen-Anfangsaktivität auf die vorgegebene
Gammastrahlen-Restaktivität abgeklungen ist, während der Innenbehälter aus dem Außenbehälter
herausgehoben wird, wobei dann lediglich der Innenbehälter (mit den darin verbliebenen
abgeklungenen Brennelementen) in das Endlager eingeführt und dort endgelagert wird.
In dieser vergossenen Form bilden Innenbehälter und Außenbehälter auch in statischer
Hinsicht eine Einheit, die die zu berücksichtigenden mechanischen Beanspruchungen
besser aufzunehmen in der Lage ist. Andererseits ist der Außenbehälter jedenfalls
ein wiederverwendbarer Behälter, der mehrfach eingesetzt werden kann. Um für die
Endlagerung eine zusätzliche Barriere gegen diffundierende Readioaktivität zu schaffen,
empfiehldie Erfindung, daß die Brennelemente im Innenbehälter bei oder nach dem
Herausheben des Innenbehälters aus dem Außenbehälter mit einer weiteren Vergußmasse,
vorzugsweise einer metallischen Vergußmasse, vergossen werden. Sind die Brennelemente
nicht vergossen unõ werden sie umgeladen, so kann auch der Innenbehälter mehrfach
eingesetzt werden.
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Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung für die Lagerung
bestrahlter Brennelemente bestehend aus einem metallischen Innenbehälter, und einem
metallischen Außenbehälter, wobei der Innenbehälter in den Außenbehälter eingesetzt
und in dem Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Außenbehälter eine Vergußmasse
eingebracht werden kann, wobei fernerhin zumindest der Innenbehälter einen abdichtend
aufgesetzten Deckel trägt, wobei endlich Innenbehälter und Außenbehälter integriert
als Abschirmbehälter für die Gammastrahlen-Ausgangsaktivität eingerichtet sind.
Insoweit ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter als Abschirmbehälter
für lediglich die Gammastrahlen-Restaktivität ausgelegt ist. Die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung arbeitet mit einer Vergußmasse.
Insoweit ist die Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Vergußmasse als eine ausschmelzbare Metallegierung
ausgeführt ist, deren Schmelzpunkt niedriger liegt als der des Metalls von Innenbehälter
und Außenbehälter, und daß der Innenbehälter aus dem Außenbehälter nach Schmelzen
der Vergußmasse heraushebbar. Dabei bestehen der Innenbehälter sowie der Außenbehälter
zweckmäßigerweise aus Gußeisen, vorzugsweise aus sphärolithischem Gußeisen. Man
kann aber Innenbehälter und/oder Außenbehälter auch aus Gußstahl oder anderen Metallen
oder Legierungen ausführen. Die Vergußmasse besteht aus einer gegenüber dem Werkstoff
von Innenbehälter und Außenbehälter leicht schmelzbaren Metallegierung.
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In technologischer Hinsicht kann die Erfindung wie folgt erläutert
werden: Gearbeitet wird gleichsam mit einer zweischaligen Abschirmbehälteranordnung.
Beide "Schalen" bestehen vorzugsweise aus sphärolithischem Gußeisen. Sie sind ineinandergestellt
und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe einer bezüglich der
Schmelzpunkte ausgewählten Metallegierung miteinander verbunden. Im allgemeinen
wird man die Anordnung so treffen, daß der Innenbehälter als das eigentliche Containment
funktioniert. Es trägt einen inneren, dichten Deckel. Über Offnungs- und Rohrsysteme
kann der Innenraum dieses Innenbehälters mit gasförmigen und flüssigen Medien gefüllt
bzw. entleert werden, - wenn es z. B. zur Abführung von Wärme oder zu Kontrollzwecken
erforderlich ist. Die bestrahlten Brennelemente mit ihrer Gammastrahlen-Anfangsaktivität
werden in den Innenbehälter geladen, eventuell nach vorheriger Demontage, so daß
nur Stäbe eingelagert werden und das Volumen somit besser genutzt wird. Nach einer
Abklingzeit von 10 bis 50 Jahren wird der Innenbehälter aus dem Außenbehälter gelöst,
und zwar durch Erhitzen der Vergußmasse bis zum Schmelzpunkt der verbindenden Legierung.
Die Wandstärke des
Innenbehälters ist so ausgelegt, daß er die Gammastrahlen-Restaktivität
der bestrahlten Brennelemente zum Zeitpunkt der Endbeseitigung ausreichend abschirmt.
Das freie Volumen zwischen den Brennelementen im Innern des Innenbehälters kann
gleichzeitig oder danach mit einer niedrigschmelzenden Metallegierung ausgegossen
werden, ohne daß der Behälter geöffnet werden muß.
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Das bedeutet eine zusätzliche Barriere, die außerdem als Abschirmung
wirkt. Das gesamte Gewicht des Innenbehälters aus dem Innenbehälter, der ggf. eingegossenen
Metallegierung und den bestrahlten Brennelementen ist so ausgelegt, daß der Innenbehälter
für die Endlagerung ohne Schwierigkeiten manipuliert werden kann (Gewichtsbegrenzung
und Dimensionsbegrenzung für Transporte, insbesondere in Bergwerken). Wegen der
erheblich herabgesetzten Restwärmeleistung braucht die Außenfläche des Innenbehälters
in der Regel keine Kühlrippen. Für die Abschirmung eventueller Neutronenstrahlung
kann der Behälter in ein Rohr oder einen Mantel aus neutronenabsorbierendem Material
gestellt werden, wobei zwischen dem Rohr und der Behälterwand ein Zwischenraum zur
Wärmeabfuhr durch Konvektion freibleibt. Nach Einbringen in das Endlager, z. B.
ein Bergwerk, kann diese Neutronenabschirmung zur Wiederverwendung abgezogen werden.
Es genügt dann, den Behälter im Endlager zu bedecken, z. B. mit einem billigen hydraulischen
Binder.
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Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen
Maßnahmen ein Umladen der abgeklungenen Brennelemente nach der Zwischenlagerung
nicht mehr erforderlich ist. Im übrigen erreicht die Erfindung nach bevorzugter
Ausführungsform eine sehr einfache Art der Endlagerkonditionierung durch das beschriebene
Umgießen der abgeklungenen Brennelemente im Innenbehälter mit einer vorzugsweise
metallischen Vergußmasse. Der Innenbehälter funktioniert dann gleichzeitig als Endlagerbehälter.
Insbesondere wenn er aus sphärolithischem
Gußeisen hergestellt
wird, besitzt er eine hohe Beständigkeit als Verpackung und widersteht er ohne Schwierigkeiten
den zu erwartenden Korrosionsangriffen in geeigneten geologischen Formationen.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
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Die einzige Figur zeigt das Schema eines erfindungsgemäßen Verfahrens
und gleichzeitig das Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung, - und zwar beides
für die Ausführungsform mit Vergußmasse.
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In dem Schema erkennt man zunächst die bestrahlten Brennelemente B,
die bei A in einer Abschirmbehälteranordnung 1, 2, 3 eingebracht worden sind. Diese
wurde im Schnitt dargestellt. Man erkennt, daß sie aus einem metallischen Innenbehälter
1 und einem metallischen Außenbehälter 2 besteht. Nach Einbringen der bestrahlten
Brennelemente B wurde der Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Außenbehälter
mit einer Vergußmasse 3 vergossen. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Innenbehälter
1 als Abschirmbehälter für die Gammastrahlen-Restaktivität, die Abschirmbehälteranordnung
1, 2, 3 insgesamt, einschließlich der Vergußmasse 3, jedoch für die Abschirmung
der Gammastrahlen-Anfangsaktivität eingerichtet sind. Die Vergußmasse 3 ist schmelzbar.
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Es versteht sich zunächst von selbst, daß Innenbehälter 1 und Außenbehälter
2 mit den für Transport- und Lagerbehälter von radioaktiven Substanzen üblichen
Deckeln versehen sind.
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Bei B wird deutlich, daß vom Außenbehälter 2 der Deckel abgenommen
wurde.
Im übrigen wurde die Vergußmasse 3 geschmolzen.
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Das geschieht, nachdem die Gammastrahlen-Anfangsaktivität auf die
vorgegebene Gammastrahlen-Restaktivität in der bei B angedeuteten Zwischenlagerung
abgeklungen ist. Die Gammastrahlen-Restaktivität hängt von der Zeitdauer der Zwischenlagerung
ab. Bei C wurde angedeutet, daß der Innenbehälter 1 aus dem Außenbehälter 2 herausgehoben
wird. Im übrigen zeigt D das Endlager. Man erkennt, daß lediglich der Innenbehälter
1 mit den darin verbliebenen abgeklungenen Brennelementen B in das Endlager eingeführt
und dort endgelagert worden ist.
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Dazu wurden im übrigen die Brennelemente B im Innenbehälter 1 beim
oder nach Herausheben des Innenbehälters 1 aus dem Außenbehälter 2 mit einer vorzugsweise
metallischen Vergußmasse 4 vergossen.