DE3704466A1 - Kernkraftanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage mit einem Kernreaktor mit zumindest einem Stahlbetonmantel mit Fundament und einem auf dem Fundament gelagerten Druckbehälter mit Reaktorkern.

Die Sicherheit von Kernkraftwerken bzw. Kernreaktoren wird dann pro­ blematisch, wenn die Kernreaktion außer Kontrolle gerät, beispiels­ weise der Reaktorkern infolge fehlender Kühlung schmilzt und die Core­ schmelze praktisch durch das Fundament des Kernreaktors brennt.

Denn dann entsteht ein sogenannter Blow-Out nach unten, d. h. der Druck, der sich unter dem berstsicheren Stahlbetonmantel aufgebaut hat, entweicht in das Erdreich und bildet Risse, über welche Radio­ aktivität in großen Mengen unkontrolliert an die Umwelt freigegeben wird.

Tatsächlich ist ein Blow-Out deshalb zu befürchten, weil die heutigen Kernreaktoren zwar oberirdisch extrem sicher gebaut sind, jedoch die unterirdische Sicherheit bisweilen noch unbefriedigend ist. Jedenfalls ist bei einem Blow-Out ein unkontrolliertes Entweichen der Radioaktivität nicht ausgeschlossen. Daher muß auch die unterirdische Sicherheit von Kernreaktoren bzw. Kernkraftwerken erhöht werden.

- Hier setzt die Erfindung ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernkraftanlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der selbst dann ein Blow-Out und folglich ein unkontrolliertes Entweichen von Radioakti­ vität in die Umwelt ausgeschlossen ist, wenn der Reaktorkern außer Kontrolle gerät und folglich zu schmelzen beginnt, vielmehr soll selbst dann eine einwandfreie Entsorgung der Core-Schmelze gewährleistet sein.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Kern­ kraftanlage dadurch, daß sich unterhalb des Druckbehälters ein Ent­ sorgungsschacht vorgegebener Teufe mit einem die maximalen Abmes­ sungen des Druckbehälters bzw. aufgeschmolzenen Reaktorkerns über­ steigenden Schachtquerschnitt an das Fundament anschließt, daß im Schachttiefsten ein Entsorgungsbunker vorgesehen ist, daß neben dem Kernreaktor ein Verfüllbunker angeordnet ist und eine von dem Verfüll­ bunker ausgehende Verfüllröhre in dem Entsorgungsschacht mündet, und daß das Fundament im Lagerbereich des Druckbehälters unter Bil­ dung von Sollbruchstellen mit Sprengladungen gefüllte Sprengkammern aufweist. - Die erfindungsgemäße Kernkraftanlage ermöglicht die Bewäl­ tigung eines Katastrophenfalles, indem das Fundament des Kernreak­ tors und folglich das Druckbehälterlager gesprengt werden, so daß der außer Kontrolle geratene Reaktorkern bzw. die Core-Schmelze in den Entsorgungsschacht fallen und nach freiem Fall den Entsorgungs­ bunker im Schachttiefsten erreichen. Schon diese Maßnahme verringert das Risiko einer unmittelbaren radioaktiven Verseuchung der Umgebung, da die Intensivstrahlung ab diesem Zeitpunkt in großer Tiefe und nicht oberirdisch erfolgt. Danach besteht die Möglichkeit, den Schacht bzw. den unterirdischen Entsorgungsbunker derart zu verfüllen, daß die radioaktive Core-Schmelze auf Dauer abgedichtet wird und eine Frei­ gabe von Radioaktivität an die Umwelt ausgeschlossen ist. lnsoweit wird eine einwandfreie Endlagerung der Core-Schmelze bzw. des Reak­ torkerns erreicht.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt.

So sieht die Erfindung vor, daß der Entsorgungsschacht eine wasser- undurchlässige Schachtauskleidung aus z. B. Stahlbeton mit einem äus­ seren, dicht verschweißten Stahlbetonmantel und in den Stahlbeton eingebauten Verfüllrohren aufweist und der sich anschließende Ent­ sorgungsbunker aus Stahlbeton besteht. Vorzugsweise ist der Entsor­ gungsschacht bis in standfestes und nicht wasserführendes Gebirge niedergebracht und in diesem Bereich befindet sich der Entsorgungs­ bunker. Dabei dürfte eine Schachtteufe von ca. 1000 m hinreichende Sicherheit für die Entsorgung bzw. Endlagerung des Reaktorkerns ge­ währleisten. Nach einem Vorschlag der Erfindung mit selbständiger Bedeutung weist der Entsorgungsbunker ein Sandbett auf und ist der Verfüllbunker mit Sand als Verfüllmaterial gefüllt. Der Druckbehälter mit dem Reaktorkern bzw. die Core-Schmelze wird also nach freiem Fall im Sandbett des Entsorgungsbunkers aufschlagen und in einem Sand­ krater verschwinden, wobei der Rückprallsand den Druckbehälter bzw. Reaktorkern teilweise überdecken wird. Die Restüberdeckung erfolgt vom Verfüllbunker aus mit Sand. Anschließend wird der Eingang des Entsorgungsbunkers über die in den Schachtausbau eingelassenen Ver­ füllrohre mit Beton verfüllt. Die Hitze des Reaktorkerns kann den Sand verflüssigen. Der verflüssigte Sand wird nach dem Auskühlen des Reaktorkerns zu Glas und umhüllt dann den allmählich kälter werden­ den Reaktorkern. Zweckmäßigerweise weist der Entsorgungsbunker ober­ halb des Sandbetts einen sich gegenüber dem Schachtquerschnitt konisch erweiternden Verfüllquerschnitt auf, so daß die Betonverfüllung einen Stopfen bzw. Verschluß für den Entsorgungsbunker bildet, der nicht nach oben entweichen kann. Vielmehr wird sich der Betonstopfen in dem Verfüllquerschnitt verkeilen. Derartige Maßnahmen ermöglichen auch eine gezielte Endlagerung von radioaktivem Material. - Im Rahmen der Erfindung ist auch eine Nachrüstung von bereits existierenden Kernkraftwerken möglich. Für diesen Fall sieht die Erfindung vor, daß der Entsorgungsschacht neben dem Kernreaktor abgeteuft ist, und daß eine von dem Entsorgungsschacht abzweigende Schachtröhre unter dem Fundament des Kernreaktors endet. In diesem Fall weist der Entsor­ gungsschacht im Bereich des oberen Schachtendes also gleichsam einen schrägen Schachtverlauf auf. Gleichgültig, ob eine abzweigende Ver­ füllröhre oder eine abzweigende Schachtröhre vorgesehen sind, sowohl Verfüllröhre als auch Schachtröhre verlaufen mit steiler Neigung und münden in dem oberen Schachtbereich. Bei abzweigender Schachtröhre ist der Verfüllbunker zweckmäßigerweise neben dem abgeteuften Ent­ sorgungsschacht angeordnet und weist der Entsorgungsschacht eine ver­ fahrbare Abdeckung, z. B. Stahlbetonplatte auf. In das obere Ende der abzweigenden Schachtröhre kann ein Balkenrost aus z. B. Stahl­ beton zur Unterstützung des Fundaments des Kernreaktors eingesetzt sein, wobei in das Fundament von unten Sprengbohrungen o. dgl. Aus­ nehmungen zur Aufnahme von Sprengladungen eingebracht sind. Weiter empfiehlt die Erfindung, daß die Sprengkammern bzw. Sprengbohrungen auf einem Kreis angeordnet sind, der in vertikaler Projektion den Druckbenälter umgibt und innerhalb des Schachtquerschnitts liegt. Dadurch wird erreicht, daß im Katastrophenfall eine hinreichend große Durchtrittsöffnung aus dem Fundament des Kernreaktors herausge­ sprengt wird, so daß der Druckbehälter einwandfrei in den Entsor­ gungsschacht eintritt und in den Entsorgungsbunker fällt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Verhinderung einer radioaktiven Verseuchung bei einem gravierenden Störfall in ei­ nem Kernreaktor. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Reaktorkerns bzw. des Druckbehälters ein Entsorgungs­ schacht niedergebracht wird, daß im Schachttiefsten ein Entsorgungs­ bunker mit einem Sandbett erstellt wird, daß bei außer Kontrolle ge­ ratenem Reaktorkern das Fundament des Kernreaktors im Bereich des Reaktorkerns für dessen Durchtritt gesprengt wird, und daß der Ent­ sorgungsbunker nach dem Auftreffen des Reaktorkerns auf dem Sandbett zunächst mit Sand und nach hinreichender Sandeinbettung des Reak­ torkerns mit Beton verfüllt wird.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß eine Kernkraftanlage verwirklicht wird, bei wel­ cher selbst im Falle einer Core-Schmelze ein Blow-Out und folglich ein unkontrolliertes Austreten von Radioaktivität in die Umwelt ver­ mieden wird. Das gelingt durch eine gezielte Entsorgung und End­ lagerung des Druckbehälters bzw. Reaktorkerns bzw. der Core-Schmelze in einem unterirdischen Entsorgungsbunker, wobei die Überführung des Druckbehälters bzw. Reaktorkerns bzw. der Core-Schmelze von dem Kernreaktor in den Entsorgungsbunker im Wege des freien Falls durch einen Entsorgungsschacht erfolgt, dessen Öffnung im Bereich des Fun­ daments des Kernreaktors freigesprengt wird, sobald der Reaktorkern außer Kontrolle geraten ist. Insoweit wird nach Lehre der Erfindung eine Kernkraftanlage verwirklicht, die sich nicht nur durch oberir­ dische Sicherheit, sondern insbes. auch durch unterirdische Sicherheit auszeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Kernkraftanlage in schematischem Verti­ kalschnitt,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 ge­ mäß Linie A-A,

Fig. 3 eine nachgerüstete Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 und

Fig. 4 einen Querschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 3 gemäß der Linie B-B.

In den Figuren ist eine Kernkraftanlage mit einem Kernreaktor 1 mit zumindest einem Stahlbetonmantel 2 mit Fundament 3 und einem auf dem Fundament 3 gelagerten Druckbehälter 4 mit Reaktorkern 5 dargestellt. Unterhalb des Druckbehälters 4 schließt sich ein Entsor­ gungsschacht 6 vorgegebener Teufe mit einem die maximalen Abmes­ sungen des Druckbehälters 4 bzw. aufgeschmolzenen Reaktorkerns über­ steigenden Schachtquerschnitt an das Fundament an. Im Schachttiefsten ist ein Entsorgungsbunker 7 vorgesehen. Neben dem Kernreaktor 1 ist ein Verfüllbunker 8 angeordnet. Eine von dem Verfüllbunker 8 aus­ gehende Verfüllröhre 9 mündet in dem Entsorgungsschacht 6. Das Fun­ dament 3 weist im Lagerbereich des Druckbehälters 4 unter Bildung von Sollbruchstellen 10 Sprengkammern 11 zur Aufnahme von Sprengla­ dungen auf. Der Entsorgungsschacht 6 besitzt eine wasserundurchlässige Schachtauskleidung 12 aus z. B. Stahlbeton. Der sich an den Entsor­ gungsschacht 6 anschließende Entsorgungsbunker 7 besteht aus Stahl­ beton. Der Entsorgungsschacht 6 ist bis in standfestes und nicht wasserführendes Gebirge 13 niedergebracht. Der Entsorgungsbunker 7 im Schachttiefsten befindet sich zwangsläufig im Bereich des standfesten und nicht wasserführenden Gebirges 13. Der Entsorgungsbunker 7 weist ein Sandbett 14 auf. Der Verfüllbunker 8 ist mit Sand als Verfüllmate­ rial gefüllt. Ferner besitzt der Entsorgungsbunker 7 oberhalb des Sandbettes 14 einen sich gegenüber dem Schachtquerschnitt konisch er­ weiterten Verfüllquerschnitt 15.

Bei der abgewandelten Ausführungsform handelt es sich um eine nach­ gerüstete Kernkraftanlage. In diesem Fall ist der Entsorgungsschacht 6 nämlich neben dem Kernreaktor 1 abgeteuft, wobei eine von dem Ent­ sorgungsschacht 6 abzweigende Schachtröhre 16 unter dem Fundament 3 des Kernreaktors 1 endet. Die Schachtröhre 16 verläuft ebenso wie die Verfüllröhre 9 bei dem vorbehandelten Ausführungsbeispiel mit steiler Neigung und mündet in dem oberen Schachtbereich. Der Verfüll­ bunker 8 ist neben dem Entsorgungsschacht 6 angeordnet. Der Entsor­ gungsschacht 6 weist eine verfahrbare Abdeckung 17, z. B. Stahlbeton­ platte auf. Diese Abdeckung 17 wird erst für das Nachverfüllen mit Sand geöffnet. In das obere Ende der abzweigenden Schachtröhre 16 ist ein Balkenrost 18 aus z. B. Stahlbeton zur Unterstützung des Fun­ daments 3 des Kernreaktors 1 eingesetzt. In das Fundament 3 sind von unten Sprengbohrungen 19 o. dgl. Ausnehmungen zur Aufnahme von Sprengladungen eingebracht. In diesem Fall erfolgt mit der Sprengung des Fundaments 3 zugleich die Sprengung des Balkenrostes 18. Die Sprengkammern 11 bzw. Sprengbohrungen 19 sind auf einem Kreis an­ geordnet, der in vertikaler Projektion den Druckbehälter 4 umgibt und innerhalb des Schachtquerschnittes liegt, so daß die durch Sprengung entstehende Durchtrittsöffnung den Eintritt des Druckbehälters 4 bzw. Reaktorkerns 5 in den Entsorgungsschacht 6 mit Sicherheit gewährlei­ stet. Zur Verhinderung einer Katastrophe wird also bei außer Kontrolle geratenem Reaktorkern 5 das Fundament des Kernreaktors 1 im Bereich des Reaktorkerns 5 gesprengt. Der Entsorgungsbunker 7 wird nach Auf­ treffen des Reaktorkerns 5 auf dem Sandbett 14 weiter mit Sand und nach hinreichender Sandeinbettung des Reaktorkerns 5 mit Beton ver­ füllt. Durch die Hitze des Reaktorkerns 5 schmilzt der Sand und wird nach dem Abkühlen des Reaktorkerns zu Glas, umhüllt folglich den allmählich kälter werdenden Reaktorkern 5 bzw. Druckbehälter 4. Die Betonverfüllung bildet einen Stopfen 20, der sich in den konisch er­ weiterten Verfüllquerschnitt 15 verkeilt und nicht nach oben erweitern kann. Dadurch wird im Ergebnis eine einwandfreie Entsorgung und Endlagerung des Druckbehälters 4 bzw. Reaktorkerns 5 erreicht.

Claims (11)

1. Kernkraftanlage o. dgl. kerntechnische Anlage mit einem Kernreak­ tor mit zumindest einem Stahlbetonmantel mit Fundament und einem auf dem Fundament gelagerten Druckbehälter mit Reaktorkern, dadurch gekennzeichnet, daß sich unterhalb des Druckbehälters (4) ein Entsorgungsschacht (6) vorgegebener Teufe mit einem die maxi­ malen Abmessungen des Druckbehälters (4) übersteigenden Schachtquer­ schnitt an das Fundament (3) anschließt, daß im Schachttiefsten ein Entsorgungsbunker (7) vorgesehen ist, daß neben dem Kernreaktor (1) ein Verfüllbunker (8) angeordnet ist und eine von dem Verfüllbunker (8) ausgehende Verfüllröhre (9) in dem Entsorgungsschacht (6) mündet und daß das Fundament (3) im Lagerbereich des Druckbehälters (4) unter Bildung von Sollbruchstellen (10) Sprengkammern (11) aufweist.

2. Kernkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entsorgungsschacht (6) eine wasserundurchlässige Schachtauskleidung (12) aus z. B. Stahlbeton mit umhüllendem, dicht verschweißtem Stahl­ blechmantel und in dem Stahlbeton eingelassenen offenen Verfüllrohren aufweist und der sich anschließende Entsorgungsbunker (7) aus Stahl­ beton besteht.

3. Kernkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entsorgungsschacht (6) bis in standfestes und nicht wasser­ führendes Gebirge (13) niedergebracht ist und sich dort der Entsor­ gungsbunker (7) befindet.

4. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Entsorgungsbunker (7) ein Sandbett ( 14) aufweist und der Verfüllbunker (8) mit Sand als Verfüllmaterial gefüllt ist.

5. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Entsorgungsbunker (7) oberhalb des Sandbetts (14) einen sich auf den Schachtquerschnitt konisch verengenden Verfüllquer­ schnitt (15) aufweist.

6. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Entsorgungsschacht (6) neben dem Kernreaktor (1) abgeteuft ist, und daß eine von dem Entsorgungsschacht (6) ab­ zweigende Schachtröhre (16) unter dem Fundament (3) des Kernreak­ tors endet.

7. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verfüllröhre (9) bzw. die abzweigende Schachtröhre (16) mit steiler Neigung in dem oberen Schachtbereich münden.

8. Kernkraftanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfüllbunker (8) neben dem Entsorgungsschacht (6) angeord­ net ist und der Entsorgungsschacht (6) eine verfahrbare Abdeckung (17), z. B. Stahlbetonplatte aufweist.

9. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in das obere Ende der abzweigenden Schachtröhre (16) ein Balkenrost (18) aus z. B. Stahlbeton zur Unterstützung des Fun­ daments (3) des Kernreaktors (1) eingesetzt ist und in das Fundament (3) von unten Sprengbohrungen (19) o. dgl. Ausnehmungen zur Auf­ nahme von Sprengladungen eingebracht sind.

10. Kernkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sprengkammern ( 11) bzw. Sprengbohrungen ( 19) auf einem Kreis angeordnet sind, der in vertikaler Projektion den Druck­ behälter (4) umgibt und innerhalb des Schachtquerschnitts liegt.

11. Verfahren zur Verhinderung einer radioaktiven Verseuchung der Umgebung bei einem Störfall in einem Kernreaktor nach einem der An­ sprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Reaktor­ kerns ein Entsorgungsschacht niedergebracht wird, daß im Schacht­ tiefsten ein Entsorgungsbunker mit einem Sandbett erstellt wird, daß bei außer Kontrolle geratenem Reaktorkern das Fundament des Kern­ reaktors im Bereich des Reaktorkerns für dessen Durchtritt gesprengt wird, und daß der Entsorgungsbunker nach dem Auftreffen des Reak­ torkerns auf dem Sandbett zunächst mit Sand und nach hinreichender Sandeinbettung des Reaktorkerns mit Beton verfüllt wird.