DE8210036U1 - Lagerungseinheit fuer radioaktive abfallprodukte - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Neuerung betrifft eine Lagerungseinheit für radioaktive Abfallprodukte mit dem wesentlichen Merkmal, daß sie ein flexibles Seil umfaßt, welches aus einer Vielzahl von Fasern glasartiger Konsistenz aufgebaut ist, wobei die radioaktiven Abfallprodukte in diese Fasern eingebettet sind.

Das Problem der Lagerung nuklearer Abfallprodukte sowohl militärischer als auch ziviler Herkunft ist derzeit so akut geworden, daß ein weiterer Fortschritt, insbesondere auf dem Gebiet der Entwicklung von Nuklearenergie, bedroht ist. Die bisher vorgeschlagenen Lösungen beruhen allgemein auf der nicht wiedergewinnbaren Beseitigung der Abfälle. Die Probleme und Unsicherheiten, die mit einer solchen Beseitigung verbunden sind, sind klar im Geological Survey Circular 779 unter dem Titel "Geologie Disposal of High-Level Radioactive Wastes ... Earth-Science Perspectives" von J.B. Bredehoeft u.a. zusammengefaßt. Nach diesen Autoren schätzt man, daß um das Jahr 2000 476 000 ausgebrannte'Brennstoffeinheiten vorhanden sind die 3000 m einnehmen, wenn sie als hochaktiver Abfall aufbereitet sind und um eine Größenordnung mehr als mittelaktiver Abfall. Die Toxizität dieser Abfälle wird durch die Tatsache deutlich, daß die Wassermenge, die erforderlich wäre, um die im Jahr 2000 vorhandenen Abfälle bis zu einem als sicher angesehenen Grad zu lösen, der doppelten Frischwassermenge des globalen Vorrats entspricht. Die Dringlichkeit des Problems wird durch die Entdeckung deutlich, daß zunehmende Mengen künstlicher Radionuklide in dem Eriesee und dem Ontariosee bis zum Cattaraugus Creek zurückverfolgt worden sind, der an einer Zwischenlagerungs.

anlage im West Valley, NY vorbeifließt (Industrial Research/Development, Juli 1978, S. 46).

Der erforderliche Raum, um diesen Abfall aufzunehmen, würde nur etwa 10 km³ ausmachen, aber die Strafe für einen Irrtum bei der Wahl des Platzes und der Planung der vorzusehenden Einrichtungen wäre sehr schlimm. Kritische Gesichtspunkte, die in Betracht gezogen werden müssen, sind kleine Fehlstellen oder Bruchsystente, die außerordentlich schwer zu entdecken sind. Es sind zwar in jüngerer Zeit Verfahren für eine unschädliche Charakterisierung der Örtlichkeit vorgeschlagen worden, doch erfordern diese Systeme eine weitere Verfeinerung.

Zusätzlich zu den Problemen, die aus der Art der Örtlichkeit vor der Lagerung der Abfallprodukte darin stammen, müssen Maßnahmen bezüglich der Auswirkung der von den Abfallprodukten selbst ausgehenden mechanischen,chemischen und thermischen Störung getroffen werden. Kanister mit hochaktivem Abfall können 10 Jahre nach der Aufbereitung 5 kW Wärme erzeugen und es kann 100 Jahre dauern, bis die Wärmeabgabe auf 0,5 kW sinkt. Es gibt kein adäquates Modell für die Auswirkungen einer Wärmeabgabe über 100 Jahre.

Die Form des Abfalls während seiner Lagerung ist selbstverständlich von entscheidender Bedeutung. Derzeit scheint es üblich zu sein, daß hochaktive Abfälle von der Aufbereitung in die Form von Glasblöcken gegossen werden, da das Glas eine sehr geringe Ausiaugbarkeit hat (Marsily u.a, 1977, Energy Research and Development Administration 1976, S. 7). Trotzdem werden einige Verunreinigungen freigesetzt und die Natur des Glases selbst kann sich infolge der Strahlung ändern, so daß sich der Grad der Äuslaugung ohne Zweifel mit der Zeit ändert.

Es gibt große Lücken in unserer Kenntnis von Transportsystemen, d. h. bezüglich des Wegs, auf dem freigesetzte Verunreinigungen die Biosphäre erreichen können. Zu den Problemen in diesem Bereich gehören die fehlende Kenntnis von Brüchen, natürlichen oder künstlichen, und von Messungen der Auswirkung des Fluiddrucks und der Permeabilität des Gesteins oder Salzes, in dem die Blöcke gelagert sind. Daten stehen nicht zur Verfügung, so daß die gesamte Beschreibung der Grundwasserströmung ein Problem ist, das noch auf seine Lösung wartet.

Das Ziel ist selbstverständlich, den Abfall zu bewahren und zu verhindern, daß er die Biosphäre erreicht, bis er nicht mehr gefährlich ist. Es sind Schätzungen vorgenommen worden für die Zeitdauer, während der der Abfall gelagert werden muß, damit er keine Gefahr mehr darstellt. Strontium 90 und Cäsium 137 stellen 99 % der projektierten Curie-Anhäufung um das Jahr 2020, aber diese Stoffe werden in 600 Jahren auf ein Millionstel der ursprüngli-

129

; 20 chen Radioaktivität-reduziert. Die Toxizität von Jod

j und Radium und der Aktinidenelemente bleibt über gut

10 Millionen Jahre erhalten. Ferruccio Gera hat 1975 in "Geochemical. Behavior of Long-Lived Radioactive Wastes: ■ U.S. Energy Research and Development Administration, Oak" Ridge National Laboratory, report ORNL TM-4481" auf Seite 14 festgestellt, daß eine Bewahrung für länger als 5 Millionen Jahre "rein theoretisch ist, da völlig zuverlässige geologische Vorhersagen des erforderlichen Details über so lange Zeitspannen jenseits unserer Möglichkeit liegen".

Die Wissenschaft geologischer Vorhersagen ist beschränkt durch die Voraussetzung einer Konstanz von Prozeßabläufen und durch unvollständige Daten; die Daten in den seismisehen Aufzeichnungen der USA reichen nur über 200 Jahre

• · • ·

zurück. Daher ist nach Ansicht des eben erwähnten Autors eine Bestätigung der Gültigkeit eines Abfallmanipulationsmodells für die in Frage kommenden Zeitspannen niemals möglich. Selbst Routine^orhersagen von über 100 Jahre laufenden Prozessen haben von gut nach schlecht gewechselt. Prädiktive Modelle, ein wichtiger Schritt für die Wahl einer Örtlichkeit und der Handhabung des Abfalls, haben Komponenten, die derzeit dei inneren Natur nach nicht voraussagbar sind. Diese Modelle geben also keine einzige Antwort für das Schicksal von radioaktivem Abfall in geologischen Lagerstätten, sondern lediglich ein Spektrum alternativer Ergebnisse basierend auf unsicheren Annahmen über die Zukunft.

Wie oben erwähnt, basiert die derzeitige Überlegung auf dem Konzept, den nuklearen Abfall in Glas hineinzumischen und dann das Glas in Form von Blöcken in einer geeigneten Lagerstätte nichtwiedergewinnbar zu lagern, wobei eine entsprechend dicke Erdschicht als Schild dient. Bei diesem Konzept besteht* die einzige Abwehr gegen den Zutritt von Wasser, das das radioaktive Material lösen könnte und es zur Biosphäre transportieren könnte, in der Wahl einer sicheren Örtlichkeit. Wie Entdeckungen der letzten Jahre unterstrichen haben, ist jedoch die Erdkruste nicht sta-' tionär. Erdbeben sind durch die gesamte überlieferte Geschichte hindurch registriert worden, die zwar entlang bestimmter bekannter Faltlinien häufiger sind, doch sind Erdbeben in vorher "immunen¹¹ Regionen nicht unbekannt, wichtiger ist die Tatsache, daß die Erdoberfläche aus sogenannten tektonischen Platten besteht,-die sich auf der Oberfläche der darunter befindlichen Schmelze bewegen und zusammenprallen. Die Kollision zwischen den Platten verursacht Gebirgsketten und andere Typen einer schweren Deformation der Erdkruste. Solche Vorgänge finden sowohl langsam über geologische Zeiträume hin als auch plötzlich

statt. Leider ist die Zeitspanne, über welche der nuklea- ,;;* re Abfall sicher verwahrt werden muß, mit den geologi- £ sehen Zeiträumen vergleichbar, in denen selbst die lang- j| samen aber schwerwiegenden Änderungen in der Gestalt der .' Erdkruste stattfinden. Die Zeit von 10 Millionen Jahren ύ ist oben bereits erwähnt worden. Es ist dargelegt worden, daß eine verbesserte Aufbereitung die in Frage kommende ( Zeitspanne auf etwa 1000 Jahre reduzieren könnte; dies würde die Unsicherheiten vermindern, aber nicht beseiti- ~ gen. Es ist daher unmöglich, die Sicherheit von hochra- ~^:A dioaktiven Abfällen, die nichtwiedergewinnbar gelagert ;| sind, über solch lange Zeitspannen zu planen. Trotzdem 'i schieben sich weiter Vorschläge in den Vordergrund, die ^ eine Lagerung solcher Glasblöcke in Höhlen von hartem Fels oder in Salzbergwerken verlangen, die offensichtlich | über lange Zeiträume frei von Grundwasser sind. Diese |

Vorschläge stammen nicht nur von den Vereinigten Staaten, sondern auch von anderen Ländern. Beispielsweise schlagen Frank Feates und Norman Keen von der Technologiedivision des Atomic Energy Research Establishment, Harwell, England, g veröffentlicht in The New Scientist vom 16.02.1978, vor, § daß flüssiger Abfall in Glas umgewandelt werden soll und j§ in Stahlzylindern mit 60 cm Durchmesser und etwa 3 m Lan- 1 ge eingeschlossen werden soll, wobei jeder solcher Zylin- | der etwa 1,4 t Glas enthält. Die Autoren erwägen, da£ das *l Glas wahrscheinlich einige Jahre lang gekühlt werden muß, bevor es endgelagert wird. Als Lagerstätte für die Zylinder erscheint diesen Autoren die Unterbringung auf oder unter dem Meeresboden als eine sehr sichere Methode. Sie favorisieren auch das Ziel einer Unterbringung in SaIzformationen oder Lehm- oder Hartgesteinformationen, wobei sie anregen, daß die Lagerstätte mindesetns 300 m tief ist, damit sie bei einer möglichen zukünftigen Eiszeit unter dem Dauerfrostniveau Jiegt. Auch dann schlagen sie nicht vor, diese Lagerung zum jetzigen Zeitpunkt durchzu- ;

• · · ι r

• t

führen, sondern nur weitere Daten zu sammeln. Sie regen an, daß kleine Bohrlöcher gebohrt werden sollen, um unter Einsatz von Fernsehen und verschiedenen physikalischen Methoden die Bruchstruktur zu erforschen. 5

Neben den Problemen der Lagerung gibt es neuerdings Schwierigkeiten beim überirdischen Transport von nuklearen Abfällen. Festgestellte Gefahren haben zu Gesetzen und Verordnungen geführt, die die Durchfahrt von Fahrzeugen mit radioaktiver Ladung beispielsweise in New York, New Jersey und Connecticut einschränken (New York Times vom 17.04.1978)

Einige Autoren haben auch Betrachtungen erhoben, daß spaltbare Isotope (Uran 235 und Plutonium) aus Kernkraftzyklen aufgrund ihrer Verwendbarkeit in Kernwaffen Ziele für Terroristen oder Erpresser werden können. Dadurch wird die zusätzliche Forderung einer strikten Verpflichtung zur Rechenschaftsablegung für die Abfälle während der Beseitigung auferlegt, eine Bedingung, die schwer zu erfüllen ist, wenn eine große Anzahl von Blöcken gehandhabt werden muß.

Verfahren zur Herstellung geschmolzener Glaskörper und dafür brauchbare Verbindungen finden große Beachtung: In der US-PS 3 321 409 wird vorgeschlagen, eine radioaktive Abfallflüssigkeit mit einem trockenen Pulver in einem Behälter zu mischen, das Wasser abzuziehen und das Produkt bis zum Schmelzpunkt zu erhitzen, um Glas zu formen. Gemäß der US-PS 3 364 148 wird eine Quelle radioaktiver Energie hergestellt, indem ein nichtlösbares radioaktives Material in einer durch Wärme schmelzbaren, kontinuierlichen Grundmasse eingeschlossen wird, die mindestens 92 Gew.-% Silicium enthält, wobei die Randbereiche der Grundmasse frei von radioaktivem Material sind. In der US-FS 3 249 551 ist .die Beseitigung hochaktiver Abfallmateria-

- 10 -

lien durch Mischen der Abfallmaterialien mit Lehm und Brennen des Gemisches zu einem Keramikkörper offenbart; der Keramikkörper wird dann mit einer Keramikglasur bedeckt. In der US-PS 3 093 593 wird zur Beseitigung von radioaktivem Abfall dieser mit Keramikstoffen gemischt, zu dem Gemisch Wasser hinzugefügt, das Ganze zu porösen Stücken geformt, die Stücke werden vorgebr.$nnt, um die Ionenaustauschfähigkeit der Keramikmaterialien zu zerstören, dann werden die Stücke durch Absorption mit radioaktiven Abfallmaterialien gesättigt, getrocknet und schließlich gebrannt.

In der US-PS 3 373 116 wird die Herstellung einer radioaktiven Fluorphosphat-Glasschmelze und die Formung von Glasfasern aus der Schmelze beschrieben. Gemäß dieser Patentschrift kann das Glas entweder in der Form dünner Glasfasern oder kleiner Glaspartikel als Brennstoff für Kernreaktoren dienen. In der US-PS 4 020 004 wird die Herstellung eines Borosilikatglases mit eingemischtem radioaktivem Cäsium beschrieben. In der US-PS 3 971 717 wird vorgeschlagen, massive Glasblöcke, die radioaktive Abfälle enthalten, herzustellen und dann die Blöcke in Wasser zu versenken, um das Wasser zu konditionieren, wobei diese Konditionierung eine Sterilisierung und eine Verbesserung der Filterfähigkeit des Schlamms einschließt.

Wie aus Vorstehendem deutlich wird, hat die Einverleibung von radioaktiven Abfällen in einem Glas, insbesondere vom Borosilikattyp, beträchtliche Beachtung gefunden, offensichtlich weil man annimmt, daß das Glas von Grundwasser praktisch nicht angegriffen wird; dabei ist jedoch noch die Frage offen, ob Glas wirklich auch über Zeiträume von Millionen Jahren für Wasser unangreifbar ist. Tatsächlich haben Versuche mit hohen Temperaturen und Drücken von D.J. McKasy u.a. im Gegenteil erwiesen,

- 11 -

;| daß das Glas zuerst eine Verfärbung und Rißbildung und

schließlich einen Bruch und eine Kristallisation erfährt (Chemical and Engineering News, 01.06.1978, S. 28). Die Absicht einer unterirdischen Lagerung wird zwar mit mehr oder weniger Wohlwollen betrachtet, doch beginnt man zu realisieren, daß die Unversehrtheit der Lagerregion nicht mit jedem Grad an Sicherheit vorhergesagt werden kann, so daß diese Lösung für das Problem der Abfallbeseitigung als mangelhaft angesehen werden muß. Es sind auch noch andere Verfahren der Beseitigung vorgeschlagen worden, beispielsweise das Schießen des Abfalls in den Weltraum, aber diese Verfahren sind zum jetzigen Zeitpunkt praktisch nicht durchführbar. Es ist daher entweder ein η aer Lösungsweg oder eine Verbesserung notwendig, die die erwähnten Problerne behebt.

Gemäß der Erfindung wird nuklearer Abfall mit einer üblichen oder herkömmlichen Methode in ein Glas einverleibt und das geschmolzene Gemisch wird zu Fasern gezogen. Vorzugsweise ist ein Wasserpool für eine verhältnismäßig kurze Lagerung der Fasern vorgesehen, während der die Strahlungsintensität rasch absinkt, wobei die Abführung der in dem Prozeß erzeugten Wärme in diesem Stadium der . Bearbeitung leichter vorgenommen werden kann als in einem fortgeschritteneren Stadium.

Die Fasern werden dann in ein Bündel oder Seil zusammengefaßt, wobei der Durchmesser der Fasern und die Anzahl der Fasern in dem Seil so gewählt wird, daß das Seil flexibel ist und auf eine Trommel oder einen anderen Träger aufgewickelt werden kann. Das Seil wird durch einen unterirdischen Kanal zu einem Schachtkopf geleitet und durch den tief in die Erde fahrenden Schacht zu einem Lagerraum, in dem eine· Aufwickelvorrichtung das flexible Seil zur Langzeitlagerung auf eine Trommel aufwickelt. Zwischen

«· *· ··* fltttt

ι · t ··· 11 ·

ti·« · ·

der Anlage zur Herstellung des Seils und dem Kanal ist eine Puffervorrichtung für die kurzzeitige Lagerung eines SeilStücks vorgesehen, um vorübergehende Ungleichheiten zwischen der Fabrikationsgeschwindigkeit und der Transportgeschwindigkeit durch den Kanal auszugleichen; eine weitere Puffervorrichtung ist aus dem gleichen Grund am Schachtkopf installiert. Die Herstellungs- und Transportvorgänge werden ganz ferngesteuert. Während des Transports und der Lagerung wird von einem seilinternen Über= wachungssystem eine kritische Information über den Zustand des Seils empfangen.

Das Seil ist so konstruiert, daß es von dem Träger auf die Erdoberfläche hochgezogen werden kann, wenn das Überwachungssystem anzeigt, daß die Unversehrtheit der Lagerstätte in Gefahr oder durchbrochen ist. Das Seil kann auch wieder entnommen werden, um Isotope zu ernten oder zusätzlichen nuklearen Abfall einverleibt zu erhalten, nachdem die Aktivität des Seils abgenommen hat. Solange es keinen Grund zur Besorgnis oder-kein ökonomisches Motiv für ein Wiederhervorholen gibt, kann das Seil unbegrenzt an Ort und Stelle bleiben. Der Transport des Seils zur Aufbereitungsanlage und dann zur Lagerstätte wird durch Leitstücke erleichtert, das sind nichtradioaktive Segmente des Seils an dessen Vorder- und Hinterende. Die Biegsamkeit des Seils wird dadurch erhöht, daß das Seil in flacher Form hergestellt wird, d. i. in der Form eines Bandes. Das Seil kann zur Identifizierung farbcodiert sein und rundvm einen Überzug haben, um Glasfragmente festzuhalten. Variationen des Strahlungsspektrums in Längsrichtung des Seils können zur weiteren Information dienen, um Stellen entlang dem Seil zu charakterisieren und identifizieren.

Der Transport des' nuklearen Abfalls von der Fabrikationsanlage und deren Puffereinrichtung zum Schachtkopf wird

Ii ι · ■ ·

durch einen unterirdischen Kanal erleichtert, durch den das Seil mit Hilfe der Leitstücke befördert wird. Es liegt auf der Hand, daß ein Seil sehr viel bequemer automatisch vom Schmelztank zum Schachtkopf transportiert werden kann als dies mit Glasblöcken geschehen könnte. Dadurch, daß der nukleare Abfall in der Form eines durch einen Kanal transportierbaren Seils vorliegt, entfällt das Problem eines Transports von nuklearem Abfall über dem Erdboden vollständig. Ebenso ist es unstreitig, daß das Problem der Verantwortlichkeit für ein einziges Seil sehr viel leichter zu lösen ist als die Überwachung der Wege von tausenden von Blöcken.

Die Unversehrtheit des Seils kann mit Hilfe von Lichtimpulsen überwacht werden, die durch dem Seil beigeordnete optische Fasern übertragen werden.

Der unterirdische Kanal ist weit genug unter der Erdoberfläche angebracht, so daß die Erde als Abschirmung für die gesamte Strahlung vom nuklearen Abfall bis auf einen minimalen Anteil dient. Die optimale Tiefe für den Kanal läßt sich am besten entweder durch Messungen an simulierten Konfigurationen oder durch die Anpassung vorhandener Computercodes an ein Modell mit linearer Quelle bestimmen.

Die Abschirmungsgesetze sind in L. Wang Lau, Elements of Nuclear Reactor Engineering, Gordon & Breach, New York 1974 erörtert, wo die formale Lösung für ein solches Modell gegeben ist. Rohe Berechnungen, basierend auf Faustregeln, die ebenfalls von Lau vorgelegt sind, genügen, um eine Abschätzung der erforderlichen Tiefe zu ermöglichen. Diese Berechnungen geben an, daß eine Tiefe äquivalent zu

2,5 m Beton, die Gammastrahlung um einen Faktor 10 und

25

den Neutronenfluß um 10 schwächt. Beta- und Alphateilchen und schwere Ionen werden sehr viel leichter aufgehalten als diese. Die tatsächlich erforderliche Tiefe

hängt von der Natur des den Kanal bedeckenden Erdbodens ab und außerdem ist ein zusätzlicher Sicherheitsfaktor notwendig, um Eventualitäten, wie beispielsweise die Bodenerosion und ein Aufgraben durch Tiere und ein menschliches Eindringen zu berücksichtigen. Eine Tiefe von 4 bis 5 m kann jedoch vollständig genügen.

Die Erfindung sieht ein Verfahren zur Formung von nuklearem Abfall in Glasfasern und dann in ein flexibles Seil vor, das in einer unterirdischen Lagerstätte wiedergewinnbar gelagert werden kann. Gemäß der Erfindung kann die Verwendbarkeit einer unterirdischen Lagerstätte zur Lagerung von nuklearen Abfallprodukten dadurch gesteigert werden, daß die Abfallprodukte periodisch wieder heraufgeholt werden, nachdem ihre Aktivität teilweise gesunken ist, und weitere nukleare Abfallprodukte zugefügt werden. Die Erfindung will weiter ein Seil aus nukleare Abfallprodukte enthaltenden Glasfasern schaffen, das ausreichend flexibel ist, um in einer tief unter der Erdoberfläche gelegenen Lagerstätte auf eine Trommel oder dergleichen aufgewickelt zu werden, und das mit Mitteln versehen ist, um das Seil wieder hervorzuholen, wenn dies wünschenswert oder notwendig ist. Die Erfindung ist ferner auf eine Anlage zur Einverleibung von nuklearen Ab- fallprodukten in Glasfasern gerichtet, in der die Fasern zu einem flexiblen Seil geformt werden, das unterirdisch zu einem Schachtkopf transportiert wird und in dem Schacht zu der tief unter der Erdoberfläche liegenden Lagerstätte abgesenkt wird, wo es auf eine Trommel oder dergleichen aufgewickelt wird, um aus der Lagerstätte wieder hervorholbar zu sein, wenn dies wünschenswert oder notwendig ist. In der erwähnten Anlage ist gemäß der Erfindung ein Wasserpool vorgesehen, der mit Einrichtungen, zur Handhabung von Fasern ausgerüstet ist, ferner eine Puffereinrichtung, in der die Fasern unmittelbar nachdem sie ge-

>*<·· · ··■ ti ■

- 15 -

zogen wurden, gelagert werden können, um die erste Zeitspanne abzuwarten, während der die Wärmeentwicklung ein Maximum ist, und um die während dieser Zeit erzeugte Wärme abzuführen, bevor die Fasern zu dem Seil vereinigt werden. Schließlich sieht die Erfindung ein besonderes Überwachungssystem vor, das die Unversehrtheit und den Zustand des Seils kontinuierlich testet mit Hilfe der Aussendung und Modulation von Lichtimpulsen, die entlang optischer Fasern übertragen werden, welche in_den Seilen entlang den radioaktiven Fasern enthalten sind.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Seils;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Seils der Fig. 1 in einem Kanal gemäß der Erfindung; und

Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Herstellung, zum Transport und zur Lagerung eines Seils gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Seil gezeigt, das insgesamt mit 11 bezeichnet ist. Das Seil besteht aus Fasern eines glasartigen Materials, beispielsweise Borosilikatglas, wobei die Masse dieses glasartigen Materials radioaktiven Abfall enthält. Die Fasern sind ausreichend dünn und die Anzahl der Fasern in dem Seil ist so gewählt, daß das Seil auf eine Trommel oder einen anderen Träger aufgewikkelt werden kann. Der Durchmesser der Fasern kann breit variieren, je nach ihrer Anzahl in dem Seil und der Krüm-

- 16

mung der Trommel oder des sonstigen Trägers, auf dem das Seil gehaltert werden soll. Doch kann der durchschnittliche Durchmesser der Fasern ungefähr 100 bis 200 μΐη betragen.
5

Das Seil 11 hat einen zentralen radioaktiven Abschnitt 12, der bis zu einigen Kilometern lang sein kann. Das Hinterende 13 und das Vorderende 14 des zentralen Abschnitts 12 gehen an den angedeuteten Grenzen in nichtradioaktive Leitstücke 15 und 16 über, wobei die Fasern in dem Seil vom einen bis zum anderen Seilende reichen.

Fasern 17, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, können verflochten, verwoben oder sonst wie gebündelt sein, um das Seil 11 zu bilden. Die Leitstücke der Fasern werden dadurch geformt, daß zuerst ein Stück gewöhnliches Glas gezogen wird, dann ohne Unterbrechung der lange Abschnitt, der aus einem Gemisch von Glas und radioaktivem Abfall besteht, und schließlich noch einmal ein Stück, das nur Glas enthält. Wenn diese Fasern miteinander verseilt werden, ist das entstehende Seil an beiden Enden mit nichtradioaktiven Leitstücken versehen. Das Seil 11 kann färbcodiert werden, indem man in die Masse geeignete Pigmente beimischt oder indem man eine Faser oder mehrere Fasern mit einer glasartigen Schicht 18 überzieht,die ein solches Farbmittel enthält.

Das Seil 11 kann jede übliche Querschnittsform haben, doch ist eine im wesentlichen flache Form, so daß das Seil bandartig wird, vorzuziehen, um sowohl die Wärmeübertragung vom Seil zu verbessern als auch die zum Aufwickeln des Seils auf eine Trommel oder dergleichen erforderliche Biegsamkeit zu erreichen. Die bandartige Konfiguration ist in Fig. 2 dargestellt. Das Seil 11 braucht nicht unbedingt einen Überzug zu haben, doch kann eine

■ ■ · ·

I ■ ·

!•■■•a · ·

_ 17 _

Hülle 19 aus einem flexiblen Material, beispielsweise Polytetrafluoräthylen vorgesehen sein, zweckmäßigerweise in Maschennetzform zur Durchlüftung, wobei diese Hülle dazu dient, Faserfragmente festzuhalten, die während der Bearbeitung und während des Transports des Seils entstehen können.

Im Hinblick auf die großen Gefahren, die in der Herstellung, dem Transport und der Lagerung des Seils liegen, ist es außerordentlich wichtig, daß Mittel vorgesehen sind, um den Zustand des Seils zu überwachen, wobei seine Kontinuität, das Fehlen von Rissen und die Seiltemperatur besonders wichtige Merkmale sind. Außerdem ist es hinsichtlich der bekannten Gefahr des Diebstahls radioaktiven Materials durch beispielsweise Terroristen wichtig, daß das tatsächliche Vorhandensein und die Lage des Seils überwacht wird. Solche Überwachungsmittel sind beispielsweise durch Lichtleitfasern 21 gegeben, die in einer geschlossenen Schleife geformt sind, so daß ein Lichtimpuls in die Schleife eingegeben und seine Rückkehr überwacht werden kann. Mittels einer geeigneten Anordnung können diese Überwachungsvorrichtungen für die Anzeige der Stelle eines Bruchs im Seil, falls ein solcher Bruch auftreten sollte, geeignet gemacht werden. Das Auftreten von vielen mikroskopischen" Rissen in der Überwachungsfaser, das symptomatisch für einen ähnlichen Zustand in den Abfall führenden Fasern ist, würde durch eine verstärkte optische Schwächung signalisiert. Wichtig ist auch, daß die Temperatur des Seils spezielle Grenzen nicht überschreitet. Zu diesem Zweck können Temperaturüberwachungseinrichtungen, beispielsweise eine Zelle mit wärmeempfindlichem Farbstoff oder ein Flüssigkristall 22, als Beigabe zum Seil 11 vorgesehen sein. Eine solche Zelle moduliert die den Faseroptikkreis durchlaufenden Lichtimpulse mit einer Information der Temperatur an der Stelle der Zelle. Praktischerweise

• ι · ■

können sciwchl die Temperaturuberwachungselemente 22 als auch die Elemente zur Überwachung der Unversehrtheit 21 in der Hülle 19 eingeschlossen sein, so daß sie einen Teil des Seils 11 darstellen; dadurch, daß man die überwachenden Fasern an den Rändern des Seilquerschnitts anbringt, wird ihre Strahlenbelastung auf ein Minimum reduziert.

In Fig. 3 ist eine Anlage zur Herstellung, zum Transport und zur Lagerung des Seils nach der Lehre der Erfindung gezeigt. Im allgemeinen wird sich eine solche Anlage in der Nähe einer Quelle für radioaktiven Abfall befinden, beispielsweise in der Nähe eines arbeitenden Kernreaktors, einer Wiederaufbereitungsanlage od3r einer Zwischenlagerung für radioaktiven Abfall auf dem Herstellungsgelände. Der erfindungsgemäßen Anlage, wie sie in Fig. 3 schematisch gezeigt ist, ist eine Quelle 23 für radioaktive Abfallprodukte zugeordnet, von der die Abfälle einer Mischpumpe 24 zugeführt werden, um mit Zuschlagstoffen zur Herstellung einer glasartigen Masse gemischt zu werden. Es erübrigt sich zu erwähnen, daß alle Arbeiten mit den radioaktiven Substanzen, die in der erfindungsgemäßen Anlage vorgenommen werden, von Maschinen unter Fernsteuerung durchgeführt werden, so daß jede Strahleneinwirkung auf das Personal vermieden wird. Da die ersten Anschlüsse mit dem nichtradioaktiven Leitstück herzustellen sind, können diese manuell vorgenommen werden, wodurch eine unnötigen Komplizierung vermieden wird.

Von der Mischpumpe werden die Faserbestandteile zu einem Schmelztank 26 überführt und die Schmelze wird dann in der mit 27 gekennzeichneten Faserfabrikationsstufe zu Fasern gezogen. Die Fasern können durch Extrusion oder durch Ziehen oder' durch eine Kombination solcher Vprgänge erzeugt werden. Es wird gleichzeitig eine große Anzahl von

• · • ·

Fasern gezogen. Zunächst wird ein Ventil 26a in Fig. 3 geöffnet und es werden Fasern ausjgewöhnlichem Glas in der für das vordere Leitstück gewünschten Länge gezogen. Dann wird ein Ventil 26b geöffnet und das Ventil 26a geschlossen, wodurch der Faserausstoß radioaktiv wird, während die Faser kontinuierlich weiterläuft. Wenn der radioaktive Abschnitt jeder Faser die gewünschte Länge erreicht hat, wird das Ventil 26a wieder geöffnet und das Ventil 26b geschlossen und das hintere Leitstück wird gezogen. Die Fasern werden langsam durch ein Wasserbad geleitet, um den größten Teil der kurzzeitigen Radioaktivität abklingen zu lassen. Dann werden in einer Seilfabrikationsstufe 28 die einzelnen Fasern zu einem S .1 gebündelt.

Es mag nicht immer möglich sein, die Geschwindigkeit des Transports durch den Kanal auf die Ausstoßgeschwindigkeit des Seilherstellers abzustimmen. Daher ist in dem Fabrikationsteil der Anlage, der insgesamt mit 29 bezeichnet ist, ein Kurzzeit-Pufferlager vorgesehen. Dieses Kurzzeit-Pufferlaget ist mit 31 gekennzeichnet.

Das erfindungsgemäße Seil ist für eine Langzeitlagerung bestimmt, insbesondere für eine unterirdische Lagerung. " Ein geeigneter Platz für eine solche unterirdische Lage-' rung wird sich im allgemeinen nicht unmittelbar neben ßtr Quelle des nuklearen Abfalls befinden, wodurch ein Transportproblem für das Seil zwischen der Fabrikationsanlage 29 und der unterirdischen Lagerstätte, die insgesamt mit 32 bezeichnet ist, auftritt. Der Transport radioaktiver Produkte und insbesondere Abfallprodukte ist mit ernsten Problemen verbunden, die sich aus der Tatsache ergeben, daß die von solchen Produkten erzeugte und ausgehende Radioaktivität außerordentlich gefährlich für die Biosphäre und besonders für Menschen ist. In jüngster Zeit haben einige Regierungen Gesetze erlassen, die den

Transport solcher Produkte durch die entsprechenden geografischen Gebiete einschränken oder verbieten. Die Form des erfindungsgemäßen Seils bietet ein besonders vorteilhaftes Mittel, um mit diesem Problem fertig zu werden. Zwischen der Fabrikationsanlage 29 und einem Schachtkopf 34, der sich über der Lagerstätte 32 befindet, wird ein abgeschirmter Kanal 33 vorgesehen. Dadurch, daß der Abfall in dem erfindungsgemäßen System wieder hervorgeholt werden kann_r ist die geologische Stabilität-der Formation weit weniger kritisch als für die Lagerung von Blöcken, die nicht wiedergewinnbar sind. Aus diesem Grund kann man erwarten, daß eine geeignete Örtlichkeit innerhalb einiger 10 km im Umkreis von praktisch jeder Quelle radioaktiven Abfalls gefunden wird. Die bevorzugte Abschirmung ist Erde 36, wobei der Kanal 33 tief genug in der Erde versenkt sein muß, so daß der durch die Abschirmung dringende Anteil der Strahlung als sicher angesehen werden kann für einen etwaigen darübergehenden Verkehr oder eine Feldbearbeitung. Wie oben angedeutet, genügen etwa 4 bis 5 m. Es wird in Betracht gezogen, den Kanal 33 im allgemeinen innerhalb staatlicher Anlagen anzubringen, auf früherem Bahn gelände oder in anderen Bereichen, in denen der Verkehr über dem Kanal kontrolliert werden kann, um noch besser" zu gewährleisten, daß die Strahleneinwirkung innerhalb sicherer Grenzen gehalten wird. Der Kanal 33 ist, wie in Fig. 2 gezeigt, mit Vorrichtungen ausgestattet, etwa einer Stützrolle 37 für das Seil 11, um einen möglichst reibungsfreien Transport des Seils durch den Kanal 33 zu ermöglichen. Das Seil ist ausreichend flexibel, so daß es um Krümmungen geführt werden kann, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind. Da das Seil 11 im allgemeinen beträchtliche Wärmemengen entwickelt, kann Kühlluft durch den Kanal zirkulieren. In dem dargestellten Beispiel betritt Kühlluft oder ein anderes Kühlungsmittel den Kanal 33 durch ein Rohr 38 und verläßt ihn durch ein Rohr 38a. In

der in Fig. 3 gezeigten Anordnung dient das durch das Rohr 38 eingespeiste Kühlmittel auch noch zum Kühlen des Seils während der Pufferlagerung an den Stationen 39 und 31. Die Lagerkammern sind so konstruiert, daß sie die Luftkonvektionsströme, die von den vorhandenen Temperaturgradienten bewegt werden, maximal ausnützen, um Wärme zu den Kammerwänden zu übertragen. Das Seil wird dann durch einen vertikalen Schacht 41 in die Lagerungsstätte 32 abgesenkt, wo Seilträger 43, vorzugsweise in der Form konischer Trommeln, und eine automatische Aufwickelvorrichtung 44 vorgesehen sind, um das Seil 11 und das vordere Leitstück 14 auf dem Seilträger 43 anzubringen. Ein einziger Kanal und eine Abfallaufnahmeeinrichtung können eine Gruppe von mehreren Lagern bedienen.

Wie schon erwähnt, ist die Zeitdauer, für die das Seil gelagert werden muß, so groß, daß die Unversehrtheit der Lagerstätte 32 durch unvorhergesehene thermische, geologische oder hydrologische Prozesse bedroht oder sogar durchbrochen werden· kann trotz des anfänglichen Anscheins von Sicherheit. Deshalb müssen Mittel zum Wiederheraufholen des Seils 11 aus der Lagerstätte 32 vorgesehen werden; zu diesem Zweck ist eine Pufferlagerstation 39 angeordnet und das- hintere Seilleitstück 15 ist am Schachtkopf befestigt und so kontruiert, daß es den Inhalt der Lagerstätte 32 heraufholen kann. Die Kammer am Schachtkopf und der Kanal bieten genügend Raum, so daß sie, falls aus Sicherheitsgründen ein Wiederheraufholen notwendig sein sollte, zusammen den gesamten Inhalt der Lagerstätte 32 so lange aufnehmen können, bis ein anderer Lagerplatz erschlossen werden kann.

Ein Wiederheraufholen kann auch für andere Zwecke notwendig oder wünschenswert sein, beispielsweise zum Ernten von in dem nuklearen Abfall, enthaltenen Isotopen. Die-

se gewonnenen Radioisotopen können in der Energieerzeugung, in der medizinischen Behandlung und Diagnose und für andere Anwendungsmöglichkeiten nützlich sein. Ein Beispiel für eine großangelegte Verwendung, die gerade erforscht wird, ist die Behandlung von Abwasser mit Gammastrahlen von Cäsium 137. Die Mittel für ein solches Ernten sind innerhalb der Fabrikationsanlage 29 als Station 44 angedeutet. Zu diesem Zweck ist es notwendig, den Kanal 33 für den Transport des Seils in zwei Richtungen zu konstruieren. Die Wege in der Wiedergewinnungsphase sind mit gestrichelten Linien angedeutet. Nach dem Ernten des gewünschten Isotops können die verbliebenen Bestandteile wieder in die Mischpumpe 24 zurückgeleitet werden, um sie wieder zu einem Faserseil zu formen. Ein weiterer Grund für die Wiederheraufholung des Seils kann sein, daß man die Tatsache ausnützen will, daß die Radioaktivität des Seils auf ein solches Niveau gesunken ist, daß es nicht länger wirtschaftlich ist, Lagerraum für das Seil zu opfern. Unter diesen Umständen kann das Seil zu der Mischpumpe 24 zurückgeleitet werden, wo es erneut mit zusätzlichen radioaktiven Abfallprodukten von der Quelle vereinigt wird, worauf es noch einmal durch den Fabrikationsprozeß geleitet wird. Alternativ kann der inerte Be-■ standteil der Faser vermindert werden, wozu man vorzugsweise die Erntestation 44 benützt.

Ein Hauptvorzug des Seils, des Verfahrens zur Herstellung desselben und der Lagerstätte innerhalb der Anlage ist, daß sie genau überwacht werden können, wie dies durch die Überwachungsstation 46 angedeutet ist, um sich der Unversehrtheit des Seils, der Seiltemperatur und der Temperatur in der Lagerstätte 32 zu versichern. Diese Station oder Konsole ist der Terminal für alle in einem Seil eingeschlossenen Überwachungsfaserpaare. Dort werden von LEDs oder Lasern in das Seil Lichtimpulse gesendet und

wenn die Integrität des Seils nicht durchorochen ist, aus dem Seil zurückempfangen. Die Tomperaturfuhierfasern laufen in und aus Detektorzellen, die aus optisch thermoaktiven Materialien bestehen, Farbstoffen oder Flüssigkristallen, die das Licht nach Maßgabe der Temperatur an ihrem Platz modulieren. Risse oder andere Unvollkommenheiten in dem Glas, die für eine mögliche Beschädigung des Seils symptomatisch sind, können an der resultierenden Lichtschwächung beobachtet werden. Auf der Basis der von der Überwachungsstation 46 zu einer Fernsteuerung 47 gelieferten Information kann der Betrieb der Fabrikationsanlage 29, die Einspeisung von Kühlmittel in diese Anlage, zu dem Schachtkopf 34 und zur Lagerstätte 32 geregelt werden und es kann eine Entscheidung über ein mögliches Heraufholen des Seils auf dem Failsafe-Prinzip getroffen werden.

Wie aus vorstehenden Erläuterungen deutlich wird, machen es das Verfahren, die Anlage und das Seil gemäß der Erfindung möglich, radioaktiven Abfall in eine solche Form zu bringen, daß der Abfall ohne Gefahr für die Umgebung oder deren Bewohner transportiert werden kann und unter solchen Bedingungen gelagert werden kann, daß man mit vorausgesehenen und nicht voraussehbaren Änderungen fer-~ tig werden kann. Die Techniken zum Einverleiben von Abfall in Glas sind bekannt und Kenntnisse und Erfahrungen in der Weiterverarbeitung zu Fasern und Seilen können vorausgesetzt werden. Das Verfahren ist so anpaßbar, daß wertvolle Isotope aus dem Seil wiedergewonnen werden können und nach Wunsch die von den Abfallprodukten während der Lagerung entwickelte Wärme ausgenützt werden kann.

Gegenüber dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Rahmen der Erfindung gewisse Abänderungen in der Ausübung des Verfahrens,- in dem beschriebenen Produkt und in den dargelegten Konstruktionen möglich.

Claims (14)

Schutzansprüche

1. Lagerungseinheit für radioaktive Abfallprodukte, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein flexibles Seil umfaßt,

welches aus feiner Vielzahl von Fasern i17J glasartiger Konsistenz aufgebaut ist, wobei die radioaktiven Abfallprodukte in diese Fasern (17) eingebettet sind.

2. Lagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil auf einen Träger aufgewickelt ist.

3. Lagerungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil an einem Vorderende (14) mit einem Leitstück (16) zum Aufwickeln des Seils auf den Träger (43) und an seinem Hinterende (13) mit einem Leitstück (15) zum Wiederheraufholen des Seils von dem Träger versehen ist.

4. Lagerungseinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstücke (15, 16) flexible Stücke aus Fasern einer nichtradioaktiven_aglasartigen Masse sind.

5. Lagerungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß, der Träger ,(43) mit einernKüh Seil versehen ist.

6. Lagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

«(aA S«L
daß mit Präsenz- und/oder Integritätsüber-

e^e-^t-wK^ be^-tiAofet

wachungss eg ist.

7. Lagerungseinheit nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch optische überwachun «s^ew,e*~i& .

8. Lagerungseinheit nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch -eifte-faseroptische überwachungs (21).

9. Lagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil die Form eines flachen Bands hat.

10. Lagerungsein^iei^ n^ch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil mitU Temperatur (22) ausgerüstet ist.

11. Lagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurcΊ gekennzeichnet,

cda4<»iWoo.rf.v\ H &«Jev^.aurieJu4>«Ä«rt-ct daß das Seil mit arkierungeft- ist.

12. Lagerungseinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch radioaktive Markierungen^ $*\&v^t.~A<L..

13. Lagerungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil mit einem überzug (19) zum Festhalten von Faserfragmenten, die bei der Herstellung oder dem Transport entstehen können, versehen ist.

14. Lagarungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,' daß der Durchmesser der Fasern (17) etwa 100 bis 200 um beträgt.