DE4123034A1 - Lagerstaette zur endlagerung radioaktiven materials - Google Patents

Description

Die Endlagerung radioaktiven Materials, insbesondere hoch­ radioaktiven Materials, erfordert eine sichere Abschirmung des strahlenden Materials für zwanzig Halbwertszeiten; für Plutonium wäre dies beispielsweise eine Lagerzeit von 480 000 Jahren, bei radioaktivem Jod eine solche über mehrere Jahr­ millionen. Für eine solche Lagerung hochradioaktiven Ma­ terials gibt es auf der Erde keinen Platz, der über geo­ logische Zeiträume nicht in Kontakt mit der Okosphäre kommen könnte. Alle bisher geplanten Maßnahmen sehen daher relativ kurzzeitige Lagerungen vor. Die Lagerung hochradioaktiven Materials in Salzstöcken ist deshalb nicht möglich, weil die Carnallitlinsen (hochkonzentrierte heiße Salzlauge) entdeckt worden sind und bekannt ist, daß diese Schmelzkanäle zum Untergrund oder zur Außenseite des Salzlagers erzeugen, von wo aus radioaktiv verseuchtes Salzmaterial in den Wasser­ kreislauf gelangen könnte.

Eine Lagerung in Kalk scheidet wegen der Schichtstruktur des Kalksteins mit seinen wasserführenden Schichten aus. In Hochgebirgsländern, wie in der Schweiz, wird die Möglichkeit der Lagerung beispielsweise im Gotthard-Massiv überprüft.

Eine Lagerung in derartigen Gebirgsstollen ist über Jahr­ tausende gesehen unsicher, weil eine solche Lagerung in Gebirgen unter dem starken seitlichen Faltungsdruck von Kontinentalschollen steht. Diese können sich mit etwa 12 cm pro Jahr in horizontaler Richtung und mit gleichzeitig vertikaler Komponente derart bewegen, daß sich die Gebirgs­ schollen übereinander und untereinander schieben können. Nach geologischen Erkenntnissen wachsen die mitteleuro­ päischen Alpen schneller als sie verwittern. Ohne die na­ turgegebene Gefahr von Erdverschiebungen wäre das Urgestein der Alpen ein sicheres Einschließungsmaterial für strahlende Stoffe.

In Amerika ist die zeitlich begrenzte Einlagerung radio­ aktiven Materials in entsprechend groß dimensionierte Be­ tonbunker bekannt, die aus Gründen der Sicherheit gegen Erdbewegungen mittels eines besonders stabil konstruierten Fundamentes im Erdboden verankert sind. Es liegen jedoch keine genauen Erkenntnisse darüber vor, über welche Zeit­ räume eine sichere Lagerung strahlenden Materials in solchen im Erdboden verankerten Betonkörpern überhaupt möglich ist und wie sie sich insbesondere infolge der starren Ver­ ankerung im Erdboden gegen Erdverschiebungen verhalten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagerstätte für radioaktives Material anzugeben, die eine sichere Lagerung von radioaktivem Material über Zeitspannen von mehreren hundertausend Jahren gewährleistet, ohne daß die Sicherheit der Lagerstätte infolge geologischer Einwir­ kungen, wie Erdverschiebungen, Erdbeben und/oder Verwit­ terungen, gefährdet werden könnte.

Die erfindungsgemäße Lagerstätte zur Endlagerung radio­ aktiven Materials kennzeichnet sich durch einen das radio­ aktive Abfallmaterial allseits umschließenden strahlen­ sicheren Baukörper mit darin befindlichem Lagerraum für das strahlende Material, der aus Naturgestein, beispielsweise einem magmatischen Gestein, von einer Größe und einer Dicke besteht, die das Austreten radioaktiver Strahlung während einer Jahrtausende dauernden Lagerung ausschließt und ferner dadurch gekennzeichnet ist, daß dieser Baukörper auf einem flach horizontalen oder einem konkaven Erdboden derart frei aufgelagert ist, daß etwaige Verlagerungen des Baukörpers infolge tektonischer Bewegungen der Erdkruste vermieden sind.

Vorteilhaft hat der erfindungsgemäße Baukörper wenigstens teilweise, und zwar in seinem Auflagerungs- bzw. Fundament­ bereich, eine konvex gewölbte Oberfläche, so daß er seine Lage auch bei tektonischen Erdbewegungen infolge seiner freien Auflagerung nicht oder höchstens unwesentlich ver­ ändert. Hierzu kann der Baukörper vorteilhaft auch als ganzes wenigstens annähernd kugelförmig oder die Form eines Mehreckkörpers, vorzugsweise die eines Tetraeders haben. Um die beschriebene freie Beweglichkeit des Baukörpers gegen­ über seinem Untergrund zu schaffen, kann der Baukörper auch nach Art einer Kugelkalotte ausgebildet sein, und zwar vor­ zugsweie halbkugelförmig oder in Form eines halben Tetra­ eders. Denkbar ist auch, dem Baukörper die Form einer ovalen Halbschale zu geben, die mit ihrer konvexen Seite den Auf­ lagerbereich des Baukörpers auf dem Erdboden bildet. Wird der Baukörper halbkugelartig bzw. als ovale Halbschale ausgebildet, so können zur Erzielung eines geschlossenen Baukörpers auch zwei derartige Halbkugeln bzw. Halbschalen übereinanderliegend angeordnet werden, wobei die zusam­ mengesetzten Hälften des Baukörpers auch andere Formen als die vorgenannten Formen haben können. Schalenartig gerundete Baukörper nach der Erfindung führen bei tektonischen Ver­ änderungen allenfalls Schaukelbewegungen aus; bleiben aber im wesentlichen an ihrem Ort. Der Baukörper kann zweckmäßig aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzt werden, die aus Basalt, Granit oder einem anderen Naturgestein bestehen können. Werden dabei die Bausteine fugenartig aufeinander­ gesetzt, können sie mittels einer strahlungsundurchlässigen, beispielsweise mit Blei, versetzten Masse miteinander ver­ bunden sein. Denkbar ist aber auch eine Ausführung, bei der die einzelnen Bausteine mit angearbeiteten Paßsitzflächen versehen werden, derart, daß sie formschlüssig und ohne Verwendung von besonderen Bindemitteln strahlungsdicht zu einem monolithischen Baukörper zusammengesetzt werden können.

Die Größe des Baukörpers richtet sich nach der Masse des einzulagernden radioaktiven Materiales; sie kann beispiels­ weise die Größe eines Einfamilienhauses, aber auch ein Vielfaches eines solchen haben, so daß die erfindungsgemäße Lagerstätte nach Art eines "künstlichen Berges" angelegt ist. Je nach der Größe des strahlensicheren Baukörpers kann es zweckmäßig sein, zwischen ihm und seinem im Innern be­ findlichen Lagerraum für das radioaktive Material ein Stütz­ gerüst vorzusehen, das den beispielsweise aus einem anderen strahlungssicheren Baustoff, beispielsweise Blei, Beton oder dgl., bestehenden eigentlichen Lagerraum gegenüber dem um­ gebenden Baukörper aus Urgestein abstützt. Um dem Baukörper über Jahrtausende hindurch eine stabile Gleichgewichtslage zu geben, empfiehlt es sich, ihn so auszulegen, daß sein Schwerpunkt in der vertikalen Schwerebene des Baukörpers und in seinem unteren, der Auflagerzone zugewandten Bereich liegt. Hierdurch wird erreicht, daß Baukörper in Kugel-, Schalen- oder dgl. Form bei sehr starken tektonischen Beben und/oder Hebungen nur kurze Strecken rutschen, nicht aber umkippen werden. Die Tetraederform, bei der der Schwerpunkt genau im Mittelpunkt des Baukörpers liegt, ist ebenfalls stärkeren Hebungsbewegungen des Untergrundes gewachsen; denn der Tetraeder könnte bei einer gewissen Schräglage des Untergrundes allenfalls um seinen Schwerpunkt kippen, wobei die Kippmöglichkeit jeweils nach drei Seiten hin gegeben ist.

Die Zeichnung zeigt schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen auf dem Erdboden 3 frei aufliegenden, annähernd kugelförmigen Baukörper 1, in dessen Innerem zentral der Lagerraum 2 für das radioaktive Material an­ geordnet ist. Dieser Lagerraum kann beispielsweise ein quaderartig ausgebildetes Stützgerüst 6 haben, das ihn umschließt und das ebene Aufsitzflächen für den eigent­ lichen, aus Urgestein, wie beispielsweise Basalt, Granit oder dgl., bestehenden Baukörper 1 bildet. Die einzelnen Bausteine 4 können plan bearbeitet sein, so daß sie sowohl gegenüber dem Stützgerüst 6 als auch untereinander mit planen Flächen paßgenau aneinander liegen. Denkbar ist aber auch, daß die einzelnen Bausteine 4 mit Fugen aufeinander liegen und diese Fugen durch eine strahlensichere, bei­ spielsweise mit Blei vermengten, Masse verfugt sind. Die Paßsitzflächen 5 der einzelnen Bausteine können Formschluß­ mittel beispielsweise nach Art von Nut-/Feder- bzw. Schwalbenschwanzverbindungen aufweisen, derart, daß ein absolut sicherer, unmittelbarer und lückenloser Zusammenhalt der einzelnen Bausteine 4 des Baukörpers gewährleistet ist.

Denkbar ist auch, daß der eigentliche Lagerraum 2 für das strahlende Material aus Sicherheitsgründen noch mit einem Bleimantel 7 ausgekleidet wird, wie dies schematisch in Fig. 3 dargestellt ist. Bei der Ausführung nach Fig. 2 besteht der Baukörper 1 aus einem unteren schalenartigen Teil 1′ und einem oberen Abdeckteil 1′′, wobei beide Teile aus einzelnen Bausteinen 4 formschlüssig oder verfugt zusammengesetzt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der vom Bleimantel 7 umgebene Lagerraum 2 von einem Stützgerüst 6 abgestützt, das wiederum mit vorzugsweise ebenen Flächen 5 von den einzelnen Bausteinen 4 paßgenau umschlossen wird. Der Baukörper nach Fig. 3 kann Kugel- oder Tetraederform haben und liegt, wie die Baukörper der Fig. 1 und 2, frei, also lose, ohne jede Verbindung durch ein Fundament oder eine Verankerung auf dem Erdreich 3 auf. Es ist eine Aus­ führungsform denkbar, bei welcher die einzelnen Bausteine 4 das Stützgerüst 6 mit seinem Lagerraum 2 mit Abstand um­ geben, wodurch ein wärmeisolierender Zwischenraum geschaffen ist. Um zu starke Erwärmungen des Baukörpers 1 zu vermeiden, kann dieser an seiner Außenfläche zusätzlich mit Wärme ab­ gebenden Flächen, beispielsweise nach Art von Rippen, vor­ zugsweise aus Naturgestein, versehen sein.

Als Erdlager für den erfindungsgemäßen Baukörper, der sehr große Ausmaße von beispielsweise mehr als 100 m Durchmesser haben kann, käme eine Lagerung in tektonisch ruhigen Gebie­ ten, beispielsweise in flachem Wüstengebiet oder auf Land­ flächen der Arktis oder Antarktis, in Betracht. Bei einer Lagerung im Wüstengebiet müßte bei seiner Dimensionierung auch die Gefahr eines Abriebes durch von Wind beförderten Feinsand über geologische Zeiträume bedacht werden sowie auch die Möglichkeit, daß der Baukörper teilweise oder sogar ganz in Sanddünen gegraben werden könnte. Ein erfindungs­ gemäß gestalteter Baukörper in Kugel- oder Tetraederform oder in kugelähnlicher Form würde seine Lage trotz tektoni­ scher Hebungen, Senkungen oder Horizontalverschiebungen beibehalten, solange die Vertikalverschiebung so gering bleibt, daß die Bodenreibung des kugelförmigen Baukörpers größer ist als die Gravitation. Bei Ausbildung des Baukör­ pers in Form eines Tetraeders liegt dieser stets mit seiner gleichseitigen Dreiecksfläche auf dem Boden auf. Bei lang­ samer Hebung des Untergrundes durch tektonische Verschie­ bungen ergäbe sich bei entsprechender Horizontalverschiebung des Schwerpunktes ein Kippmoment, wodurch der Tetraeder um eine seiner Kanten kippen könnte. Die etwa dabei auftre­ tenden Erschütterungen sind eine Funktion der Masse des Tetraeders, der dementsprechend nicht beliebig groß di­ mensioniert sein sollte. Es empfiehlt sich daher, den erfindungsgemäßen Baukörpern eine Dimension zu geben, die etwa der Größe eines Einfamilienhauses entspricht und keine größere Höhenerstreckung als etwa 200 m hat. Besonders vor­ teilhaft ist die Form einer flachen Kalotte für den Baukör­ per, da sich diese in jeder beliebigen Richtung neigen kann, wenn die Schwerkraft die Reibung der Auflagerung überwiegt. Es scheint aber kaum möglich, daß eine solche flache Kalotte um ihren Durchmesser völlig kippen könnte. Demgemäß bietet diese Raumform eine absolute kippsichere Lage. Dies gilt auch, wenn beispielsweise zwei Kalotten gleichen Krüm­ mungsradius ähnlich wie zwei Muschelschalen aufeinander­ gelegt sind und den Baukörper bilden. Bei einer solchen An­ ordnung lassen sich auch besonders gut Trennwände im Innern des Baukörpers anordnen, die ihn zellenartig versteifen und ihn kippsicher machen. Wenn, wie erwähnt, die erfindungs­ gemäßen Baukörper verhältnismäßig klein gehalten werden, etwa in der Größe von Ein- oder Mehrfamilienhäusern, können mehrere solcher Baukörper beispielsweise in der arktischen Wüste aufgestellt werden, so daß "Endlagerungs-Dörfer" ent­ stehen, und zwar auf freien Flächen der Erde, die keiner besseren anderweitigen Nutzung zugänglich sind.

Claims (12)

1. Lagerstätte zur Endlagerung radioaktiver Abfälle, gekennzeichnet durch einen das radioaktive Abfall­ material allseits umgebenden Baukörper (1) mit einem in seinem Inneren befindlichen Lagerraum (2) für radio­ aktives Material aus Beton und/oder natürlichen Ge­ steinen, beispielsweise magmatischen Gesteinen, von einer Größe und Wanddicke des Bauwerks, die das Aus­ treten radioaktiver Strahlung während einer Jahrtausende dauernden Lagerzeit ausschließt und dadurch daß dieser Baukörper auf konkavem bis flachem Erdboden (3) derart frei aufgelagert ist, daß Verlagerungen des Baukörpers infolge tektonischer Bewegungen der Erdkruste weitgehend vermieden sind.

2. Lagerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der strahlungssichere Baukörper (1) wenigstens teilweise, vorzugsweise in seinem Auflage- bzw. Fundamentbereich, eine konvex gestaltete Oberfläche aufweist.

3. Lagerstätte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) mindestens in seinem Auflagebereich kugelförmig, beispielsweise kugelkalottenartig bzw. halbkugelförmig oder nach Art eines Tetraeders, ausgebildet ist.

4. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) die Form einer geschlossenen Kugel oder eines Tetraeders auf­ weist.

5. Lagerstätte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) zumindest in seinem Auflagebereich nach Art einer ovalen Schale ausgebildet ist.

6. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) aus zwei übereinanderliegenden und miteinander strahlensicher verbundenen Halbschalen gebildet ist.

7. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) aus einzelnen Bausteinen, beispielsweise aus Basalt, Granit oder einem anderen Naturgestein, zusammengesetzt ist.

8. Lagerstätte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bausteine des Baukörpers mit Paßsitzflächen (5) versehen sind, derart, daß sie formschlüssig, vorzugsweise ohne Verwendung von Bindemitteln, strahlungsdicht aufeinandersetzbar sind.

9. Lagerstätte nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine (4) mittels einer strahlungsundurchlässigen Masse fugenartig mit­ einander verbunden sind.

10. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Baukörper (1) und seinem im Innern befindlichen Lagerraum (2) ein Stützgerüst (6) vorgesehen ist, das den beispielsweise aus einem anderen strahlungssicheren Baustoff, vorzugs­ weise Beton, Blei oder dgl., bestehenden Lagerraum gegenüber dem umgebenden Baukörper abstützt.

11. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich sein Schwerpunkt in seinem unteren Bereich, beispielsweise bei einer Kugel, Schale oder dgl. in der unteren Hälfte, befindet.

12. Lagerstätte nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Bau­ körpers (1) durch Wärme abgebende Ansätze, beispiels­ weise Rippen oder dgl., vergrößert ist.