DE4123034C2

DE4123034C2 - Endlagerbehälter zur Endlagerung radioaktiver Abfälle

Info

Publication number: DE4123034C2
Application number: DE4123034A
Authority: DE
Inventors: Max Dipl Ing Himmelheber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1995-02-23
Anticipated expiration: 2011-07-13
Also published as: DE4123034A1; US5304705A

Description

Die Endlagerung radioaktiven Materials, insbesondere hochradioaktiven Materials, erfordert eine sichere Abschir mung des strahlenden Materials für zwanzig Halbwertszeiten; für Plutonium wäre dies beispielsweise eine Lagerzeit von 480 000 Jahren, bei radioaktivem Jod eine solche über meh rere Jahrmillionen. Für eine solche Lagerung hochradioakti ven Materials gibt es auf der Erde keinen Platz, der über geologische Zeiträume nicht in Kontakt mit der Ökosphäre kommen könnte. Alle bisher geplanten Maßnahmen sehen daher relativ kurzzeitige Lagerungen vor.

Ein Endlagerbehälter nach dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1 ist aus der DE 29 42 092 C2 bekannt. Der das radio aktive Material allseits umgebende Baukörper besteht aus Graphit und ist zylindrisch ausgebildet. Er kann im Freien zwischengelagert werden, ist aber für die Endlagerung in korrosiver Umgebung bestimmt, beispielsweise in einer Steinsalzformation. Die Lagerung hochradioaktiven Materials in Salzstöcken ist aber nach neueren Erkenntnissen nicht zu empfehlen, wenn Carnallitlinsen entdeckt worden sind und bekannt ist, daß hochkonzentrierte heiße Salz lauge Schmelzkanäle zum Untergrund oder zur Außenseite des Salzlagers erzeugen. Trotz des Korrosionsschutzes durch den Graphit-Baukörper könnte daher radioaktiv verseuchtes Salz material in den Wasserkreislauf gelangen.

Es ist auch bekannt, einen zylindrischen Behälter aus Guß eisen als Abschirmtransport- oder Abschirmlagerbehälter für radioaktive Abfälle zu verwenden (DE 29 05 094 C2). Für die Endlagerung im Freien oder ohne feste Umschließung in größeren Räumen ist dieser Behälter ebenfalls nicht be stimmt und geeignet. Die zylindrische Form des den Lager raum umgebenden Baukörpers könnte unter tektonischen Ein flüssen dazu führen, daß der Lagerbehälter wegrollt oder, falls er auf einer seiner Stirnflächen steht, zunächst um kippt und dann in eine Rollbewegung gerät.

Eine Endlagerung 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 Jahrtausende 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 Gebirgsschollen übereinander und untereinander schieben können. Nach geologischen Erkenntnissen wachsen die mitteleuropäischen Alpen schneller als sie verwittern. Ohne die Natur gegebene Gefahr von Erdverschiebungen wäre das Urgestein der Alpen ein sicheres Einschließungsmaterial für strahlende Stoffe.

In Amerika ist die zeitlich begrenzte Einlagerung radioak tiven Materials in entsprechend groß dimensionierten Beton bunkern bekannt, die aus Gründen der Sicherheit gegen Erdbe wegungen mittels eines besonders stabil konstruierten Fun damentes im Erdboden verankert sind. Es liegen jedoch keine genauen Erkenntnisse darüber vor, über welche Zeiträume ei ne sichere Lagerung strahlenden Materials in solchen im Erdboden verankerten Betonkörpern überhaupt möglich ist und wie sie sich insbesondere infolge der starren Verankerung im Erdboden gegen Erdverschiebungen verhalten.

Es ist auch bekannt, größere Bauwerke mit Beton-Außenman tel, beispielsweise ein vollständiges Kernkraftwerk, in den Untergrund abzusenken, so daß sie dann als Endlagerbehälter dienen (DE 38 02 910 C2 und DE 36 28 855 A1). Diese Bauwer ke können aber in ihrer endgültigen Position etwaigen größeren Erdverschiebungen, z. B. infolge Erdbeben, weder standhalten noch folgen, so daß sie für die Endlagerung nicht sicher genug sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Endlagerbe hälter für radioaktives Material so auszubilden und zu la gern, daß eine Endlagerung des radioaktiven Materials über Zeitspannen von mehreren hunderttausend Jahren möglich ist, ohne daß die Sicherheit der Lagerung infolge geologischer Einwirkungen, wie Erdverschiebungen, Erdbeben und/oder Ver witterungen, gefährdet werden könnte.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 6 gelöst.

Der Endlagerbehälter nach Anspruch 1 kann bei tektonischen Veränderungen der Erdkruste allenfalls Schaukelbewegungen ausführen, bleibt aber im wesentlichen an seinem Ort. Die Ausführung des Endlagerbehälters nach Anspruch 6 gewährlei stet ebenfalls auch bei oberirdischer Lagerung eine stets stabile Lage, weil der tetraederförmige Baukörper bei ent sprechenden Erdbewegungen nur um eine seiner Kanten kippt und danach erneut auf einer seiner Flächen steht.

Da der den Lagerraum für das radioaktive Material umgebende Baukörper in beiden Fällen aus Beton und/oder natürlichen Gesteinen besteht, wird das Austreten radioaktiver Strah lung ausreichend vermindert.

Die Größe des Baukörpers richtet sich nach der Masse des einzulagernden radioaktiven Materials; der Baukörper kann beispielsweise die Größe eines Einfamilienhauses, aber auch ein Vielfaches eines solchen haben, so daß der erfindungs gemäße Endlagerbehälter nach Art eines "künstlichen Berges" angelegt sein kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unter ansprüchen.

Die Zeichnung zeigt schematisch Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. 1 zeigt einen auf dem Erdboden 3 frei aufliegenden, annähernd kugelförmigen Baukörper 1, in dessen Innerem zen tral der Lagerraum 2 für das radioaktive Material angeord net ist. Dieser Lagerraum kann beispielsweise ein quaderar tig ausgebildetes Stützgerüst 6 haben, das ihn umschließt und das ebene Aufsitzflächen für den eigentlichen, aus Ur gestein, wie beispielsweise Basalt, Granit oder dgl., be stehenden 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 aneinanderliegen. Denkbar ist aber auch, daß die einzelnen Bausteine 4 mit Fugen aufeinander liegen und diese Fugen durch eine strahlensichere, beispielsweise mit Blei vermengte Masse verfugt sind. Die Paßsitzflächen 5 der ein zelnen Bausteine können Formschlußmittel 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 ei gentliche Lagerraum 2 für das strahlende Material aus Si cherheitsgründen 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 ei nem unteren schalenartigen Teil 1′ und einem oberen Abdeck teil 1′′, wobei beide Teile aus einzelnen Bausteinen 4 form schlüssig oder verfugt zusammengesetzt sind. Bei dem Aus führungsbeispiel nach Fig. 3 ist der vom Bleimantel 7 umge bene Lagerraum 2 von einem Stützgerüst 6 abgestützt, das wiederum mit vorzugsweise ebenen Flächen 5 von den einzel nen 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 Ausführungsform denk bar, bei welcher die einzelnen Bausteine 4 das Stützgerüst 6 mit seinem Lagerraum 2 mit Abstand umgeben, wodurch ein wärmeisolierender Zwischenraum geschaffen ist. Um zu starke Erwärmungen des Baukörpers 1 zu vermeiden, kann dieser an seiner Außenfläche zusätzlich mit Wärme abgebenden Flächen, beispielsweise nach Art von Rippen, vorzugsweise aus Natur gestein, versehen sein.

Als Endlager für den erfindungsgemäßen Endlagerbehälter, der sehr große Ausmaße von beispielsweise mehr als 100 m Durchmesser haben kann, käme eine Lagerung in tektonisch ruhigen Gebieten, beispielsweise in flachem Wüstengebiet oder auf Landflächen der Arktis oder Antarktis in Betracht. Bei einer Lagerung im Wüstengebiet müßte bei seiner Dimen sionierung auch die Gefahr eines Abriebes durch von Wind beförderten Feinsand über geologische Zeiträume bedacht werden sowie auch die Möglichkeit, daß der Baukörper teil weise oder sogar ganz in Sanddünen gegraben werden könnte. Ein erfindungsgemäß gestalteter Baukörper mit konvexer Auf lagefläche würde seine Lage trotz tektonischer Hebungen, Senkungen oder Horizontalverschiebungen beibehalten, so lange die Vertikalverschiebung so gering bleibt, daß die Bodenreibung des Baukörpers größer ist als die Gravitation. Der als Tetraeder ausgeführte Baukörper liegt stets mit seiner gleichseitigen Dreiecksfläche auf dem Boden auf. Bei langsamer Hebung des Untergrundes durch tektonische Ver schiebungen ergäbe sich bei entsprechender Horizontalver schiebung des Schwerpunktes ein Kippmoment, wodurch der Te traeder um eine seiner Kanten kippen könnte. Die etwa dabei auftretenden Erschütterungen sind eine Funktion der Masse des Endlagerbehälters, der dementsprechend nicht beliebig groß dimensioniert sein sollte. Es empfiehlt sich daher, diesen erfindungsgemäßen Baukörpern eine Dimension zu ge ben, die etwa der Größe eines Einfamilienhauses entspricht und keine größere Höhenerstreckung als etwa 200 m hat. Auch die Form einer flachen Kalotte für den Baukörper ist vor teilhaft, da sich die Kalotte in jeder beliebigen Richtung neigen kann, wenn die Schwerkraft die Reibung der Auflage rung überwiegt. Es scheint aber kaum möglich, daß eine sol che flache Kalotte um ihren Durchmesser völlig kippen könn te. Daher bietet diese Form eine kippsichere Lage. Dies gilt auch, wenn beispielsweise zwei Kalotten gleichen Krüm mungsradius ähnlich wie zwei Muschelschalen aufeinanderge legt sind und den Baukörper bilden. Bei einer solchen An ordnung lassen sich auch besonders gut Trennwände im Inne ren des Baukörpers anordnen, die ihn zellenartig versteifen und ihn kippsicher machen. Wenn, wie erwähnt, die erfin dungsgemäßen Baukörper verhältnismäßig klein gehalten wer den, etwa in der Größe von Ein- oder Mehrfamilienhäusern, können mehrere solcher Baukörper beispielsweise in der ark tischen Wüste aufgestellt werden, so daß "Endlagerungs-Dör fer" entstehen, und zwar auf freien Flächen der Erde, die keiner besseren anderweitigen Nutzung zugänglich sind.

Claims

1. Endlagerbehälter zur Endlagerung radioaktiver Abfäl le,

a) der einen das radioaktive Abfallmaterial all seits umgebenden Baukörper (1) mit einem in seinem Inneren befindlichen Lagerraum (2) für radioaktives Material aufweist,
b) mit einer Größe und Wandstärke, die das Aus treten radioaktiver Strahlung während einer Jahrtausende dauernden Lagerzeit weitgehend vermindert, und
c) bei dem dieser Baukörper (1) wenigstens teil weise eine konvex gestaltete Oberfläche auf weist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Baukörper (1) aus Beton und/oder natürli chen Gesteinen, beispielsweise magmatischen Gesteinen, besteht,
e1) der Auflage- bzw. Fundamentbereich des Bau körpers (1) eine konvexe Oberfläche aufweist, mit der der Baukörper (1) in der Endlagerung auf konkavem bis flachem Erdboden frei aufge lagert ist,
f) wobei sich der Schwerpunkt des Baukörpers (1) in seinem unteren Bereich befindet und somit Verlagerungen des Baukörpers infolge tektoni scher Bewegungen der Erdkruste weitgehend vermieden sind.

2. Endlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
e1.1) daß der Auflage- bzw. Fundamentbereich des Baukörpers (1) kugelförmig, beispielsweise kugelkalottenartig bzw. halbkugelförmig ist.

3. Endlagerbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
e1.2) daß der Baukörper (1) kugelförmig ist.

4. Endlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflage- bzw. Funda mentbereich des Baukörpers (1)
e1.3) nach Art einer ovalen Schale ausgebildet ist.

5. Endlagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) aus zwei übereinander liegenden Halbschalen besteht.

6. Endlagerbehälter zur Endlagerung radioaktiver Ab fälle,

a) der einen das radioaktive Abfallmaterial all seits umgebenden Baukörper (1) mit einem in seinem Inneren befindlichen Lagerraum (2) für radioaktives Material aufweist,
b) mit einer Größe und Wandstärke, die das Aus treten radioaktiver Strahlung während einer Jahrtausende dauernden Lager zeit weitgehend vermindert, und
c) bei dem dieser Baukörper (1) wenigstens teil weise eine eben gestaltete Oberfläche auf weist,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Baukörper (1) aus Beton und/oder natürli chen Gesteinen, beispielsweise magmatischen Gesteinen, besteht,
e2) der Auflage- bzw. Fundamentbereich des Bau körpers (1) eine ebene Oberfläche aufweist, mit der der Baukörper (1) in der Endlagerung auf flachem Erdboden frei aufgelagert ist,
g) der Baukörper (1) tetraederförmig ist, so daß er bei Horizontalverschiebung seines Schwer punktes infolge tektonischer Verschiebungen um eine seiner Kanten in eine wieder stabile Lage kippen kann.

7. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Baukörper (1) aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzt ist.

8. Endlagerbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bausteine des Baukörpers mit Paßsitzflächen (5) zur formschlüs sigen Verbindung miteinander versehen sind.

9. Endlagerbehälter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine (4) mittels einer strahlungsmindernden Masse miteinander verfugt sind.

10. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Baukörper (1) und seinem im Inneren befindlichen Lagerraum (2) ein Stützgerüst (6) vorgesehen ist.

11. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Bau körpers (1) durch Wärme abgebende Ansätze, beispiels weise Rippen oder dgl., vergrößert ist.