EP0160122A1 - Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktor-brennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall - Google Patents

Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktor-brennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall Download PDF

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EP0160122A1
EP0160122A1 EP84113232A EP84113232A EP0160122A1 EP 0160122 A1 EP0160122 A1 EP 0160122A1 EP 84113232 A EP84113232 A EP 84113232A EP 84113232 A EP84113232 A EP 84113232A EP 0160122 A1 EP0160122 A1 EP 0160122A1
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storage facility
cavern
storage
ventilation
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Klaus Dr.-Ing. Einfeld
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Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/28—Treating solids
    • G21F9/34—Disposal of solid waste
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution

Definitions

  • the invention relates to an underground storage facility according to the preamble of claim 1.
  • a warehouse for radioactive waste products is known, which are stored in underground silos.
  • the silos consist of an outer self-supporting reinforced concrete tank, the jacket of which is equipped with fresh air supply shafts.
  • the fresh air supply shafts open into the interior of the steel container, in which a double-walled container for receiving the radioactive waste products is arranged.
  • the containers are cooled by natural convection of the fresh air supplied through the shafts.
  • DE-OS 27 53 881 shows an underground storage for liquid radioactive waste, consisting of an underground cavity in which a deformable shell Metal plate is arranged, which has an inlet and an outlet connection, to which fill and drain lines are connected.
  • the present invention has for its object to design the underground storage facility of the type described above so that the greatest possible security against. External influences are achieved with the most economical type of storage. In addition, adequate, safe and as simple as possible cooling of the stored radioactive substances that develop decay heat should be made possible. The impact on the biosphere is said to be minimal.
  • the solution to the problem is provided by an interim storage facility, in which a cavern shape is proposed which, with a suitable soil (rock or rock), offers the greatest security against seismic loads, so that the greatest possible security against external influences is achieved.
  • the training according to the invention enables extremely economical storage of spent nuclear reactor fuel elements and glazed radioactive waste.
  • the temporary storage facility according to the invention is a so-called dry storage facility.
  • the most optimal cavity shape is a standing ellipse, as stated in claim 2.
  • a particularly favorable semi-axis ratio - taking into account the interior fittings - is 2: 1, as stated in claim 3.
  • rock loads can be optimally removed in the case of static and / or dynamic loads by means of a spacious rearrangement and an activated mountain support ring according to claims 6, 7 and 8.
  • the invention does not transfer any load to the interior, i.e. to the warehouse. Alternating tensile and compressive loads would occur when the load was transferred to the interior, while in the invention only the amount of compressive and tensile stresses in the rock and the anchors fluctuated without changing the sign. Since the invention -. trained caverns of the interim storage facility are in no way endangered by seismic loads, the support of the interior, i.e. the warehouse, possible on the cavity wall of the caverns, as stated in claim 9.
  • the advantage of good radioactive shielding by the rock or soil surrounding the caverns is also used at the same time in all underground storage facilities.
  • the invention also enables further caverns in the vicinity of an already operating cavern to be built structurally in the rock without adversely affecting the cavern already in operation.
  • An advantageous embodiment of the invention is specified in claim 11. Because of the high stability of such a cavern, the elliptical shape of the cavern enables the cavern to be positioned low, so that the ventilation shafts become relatively long. This results in a high chimney effect with a correspondingly high exhaust air speed in the ventilation shafts, which has the advantage that fans for overcoming the flow resistances generated by the filters arranged in the inlet and outlet openings of the ventilation shafts can be dispensed with. This means a further improvement in the inherent security of such a cavern camp.
  • the drawing shows a perspective view (Fig. 1) of an intermediate storage 2 for receiving spent nuclear reactor fuel elements and glazed radioactive waste.
  • the intermediate storage consists of two storage buildings 4 and 6, which are arranged in assigned underground cavities, so-called caverns 8 and 10 , which are formed in a mountain 11.
  • the cavern 8 together with storage building 4 is intended for the storage of spent nuclear reactor fuel elements and the cavern 10 along with storage building 6 for the storage of glazed radioactive waste.
  • the caverns 8 and 10 are connected to one another by a cross tunnel 13.
  • the cross-section of the caverns 8 and 10 has, as can be seen particularly clearly in FIGS. 3 and 4, approximately the shape of an upright ellipse, partly with an incompletely formed lower part, so that a flat sole 12 is formed and partly with a fully formed elliptical Sole 14, which forms a lower curved part 15 of the cavern and serves to receive a horizontal ventilation cooling pipe 16.
  • the ventilation cooling pipe 16 branches into the storage area for the spent nuclear reactor fuel elements or for the glazed radioactive Waste.
  • the cooling tube 16 receives its fresh air via one or more ventilation shafts or tunnels 18, 19 formed in the mountains 11.
  • the fresh air sweeps through the storage area and enters as heated exhaust air into an approximately horizontal ventilation duct 2o and is discharged from there via one or more in Mountains 11 formed ventilation shafts 22 and 24 discharged.
  • the ventilation duct 2o is through the upper elongated curved part 26 of the elliptical cavern above the actual warehouse building; of 6 and 4 respectively.
  • the ventilation shafts open into the ventilation channel at the front or end so as not to reduce the good stability of the cavern.
  • the separate cooling tube 16 and the lower curved part 15 of the cavern which is located below the floor of the warehouse, can be used as a cooling channel or ventilation channel 28, via which the Fresh air can be supplied to the storage area.
  • the storage building is designed in such a way that it is supported on the wall of the cavern, but does not have to absorb external loads.
  • the caverns 8, 10 are arranged so deep in the mountains 11 that there is a large-scale rearrangement of the mountain loads and a mountain support ring of at least 15 m thickness is created.
  • the mountain support ring is preferably also activated with the aid of anchors (not shown).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in wenigstens einem unterirdischen Hohlraum angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind. Um eine größtmögliche Sicherheit gegen Einwirkungen von außen zu erreichen bei möglichst wirtschaftlicher Lagerart ist der unterirdische Hohlraum als Kaverne mit einem etwa elliptischen Querschnitt ausgebildet, wobei der Querschnitt die Form einer stehenden Ellipse hat.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein unterirdisches Zwischenlager gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Durch die DE-OS 31 51 31o ist ein unterirdisches Trockenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente bekannt, das mehrere horizontal angeordnete Lagerbuchsen aufnehmende Lagerräume aufweist, in denen Gänge für verfahrbare Geräte zum Transport, zur Lagerung und Entnahme ausgebildet sind. Die Kühlung der Lagerbuchsen erfolgt durch natürliche Konvektion mit Luft.
  • Durch die DE-OS 23 61 795 ist ein Lager für radioaktive Abfallprodukte bekannt, welche in unterirdischen Silos aufbewahrt werden. Die Silos bestehen aus einem äußeren selbsttragenden Stahlbetonbehälter, dessen Mantel mit Frischluftzufuhrschächten ausgestattet ist. Die Frischluftzufuhrschächte münden in den Innenraum des Stahlbehälters, in dem ein doppelwandiger Behälter zur Aufnahme der radioaktiven Abfallprodukte angeordnet ist. Die Behälter werden durch natürliche Konvektion der über die Schächte zugeführten Frischluft gekühlt.
  • Die DE-OS 27 53 881 zeigt einen unterirdischen Speicher für flüssige radioaktive Abfälle, bestehend aus einem unterirdischen Hohlraum, in dem eine verformbare Hülle aus Metallplatten angeordnet ist, die einen Einlaß- und einen Auslaßstutzen aufweist, an die Füll- und Ablaßleitungen angeschlossen sind.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das unterirdische Zwischenlager der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß eine größtmögliche Sicherheit gegen. Einwirkungen von außen erreicht wird bei möglichst wirtschaftlicher Lagerart. Außerdem soll eine ausreichende, sichere und möglichst einfache Kühlung der gelagerten radioaktiven Stoffe, die Nachzerfallswärme entwickeln, ermöglicht werden. Der Einfluß auf die Biosphäre soll gering sein.
  • Die Lösung der Aufgabe sieht ein Zwischenlager vor, bei dem eine Kavernenform vorgeschlagen wird, die bei einem geeigneten Boden (Fels bzw. Gestein) größte Sicherheit gegenüber seismischen Belastungen bietet, so daß eine größtmögliche Sicherheit gegenüber Einwirkungen von außen erreicht wird. Die erfindungsgemäße Ausb ildung ermöglicht eine äußerst wirtschaftliche Lagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und verglastem radioaktivem Abfall. Bei dem erfindungsgemäßen Zwischenlager handelt es sich um ein sogenanntes Trockenlager.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Die optimalste Hohlraumform ist eine stehende Ellipse, wie dies im Anspruch 2 angegeben ist. Ein besonders günstiges Halbachsenverhältnis - unter Berücksichtung des Innenausbaus - beträgt 2:1, wie dies im Anspruch 3 angegeben ist.
  • Bei guten Gebirgsqualitäten kann ohne Nachteile bei der Sohle der Kaverne von der elliptischen Form abgewichen werden (Anspruch 5), was bautechnische, baubetriebliche und nutzungstechnische Vorteile hat.
  • Die Gebirgslasten können bei statischen und/oder dynamischen Belastungen optimal abgetragen werden durch eine weiträumige Umlagerung und einen aktivierten Gebirtstragring nach den Ansprüchen 6, 7 und 8.
  • Durch die ellipsenförmige Ausbildung des Hohlraumes wird eine standsichere Kaverne erzielt, da die jeweils senkrecht zur Belastungsrichtung möglichen Zugspannungen verschwinden.
  • Durch die Erfindung erfolgt keine Lastabtragung auf den Innenausbau, d.h. auf das Lagergebäude. Bei Lastabtragung auf den Innenausbau würden abwechselnde Zug- und Druckbeanspruchungen auftreten, während bei der Erfindung nur der Betrag der Druck- und Zugspannungen im Fels und den Ankern schwankt ohne Vorzeichenwechsel. Da die erfindungsgemäß -. ausgebildeten Kavernen des Zwischenlagers durch seismische Belastungen in keiner Weise gefährdet sind, ist auch die Abstützung des Innenausbaues, d.h. der Lagergebäude, auf der Hohlraumwand der Kavernen möglich, wie dies im Anspruch 9 angegeben ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird gleichzeitig auch der bei allen unterirdischen Lagerungen vorhandene Vorteil einer guten radioaktiven Abschirmung durch das die Kavernen umgebende Gestein bzw. Erdreich genutzt.
  • Die Erfindung ermöglicht außerdem, daß weitere Kavernen in Nachbarschaft zu einer bereits in Betrieb stehenden Kaverne baulich im Fels geschaffen werden können, ohne daß die bereits im Betrieb stehende Kaverne nachteilig beeinflußt wird.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 11 angegeben. Die elliptische Form der Kaverne ermöglicht wegen der hohen Standsicherheit einer solchen Kaverne eine tiefe Lage der Kaverne, so daß die Entlüftungsschächte relativ lang werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kaminwirkung mit entsprechend hoher Abluftgeschwindigkeit in den Entlüftungsschächten, was den Vorteil hat, daß auf Gebläse zum überwinden der durch die in den Ein- und Austrittsöffnungen der Be- und Entlüftungsschächte angeordneten Filter erzeugten Strömungswiderstände verzichtet werden kann. Dies bedeutet eine weitere Verbesserung der inhärenten Sicherheit eines solchen Kavernenlagers.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.
  • Es zeigt
    • Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen unterirdischen Zwischenlagers mit zwei Kavernenlagern,
    • Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Kavernenlager des Zwischenlagers nach Fig. 1 und
    • Fig.3 und 4 Querschnitte 1-1 und 3-3 durch das Kavernenlager nach Fig. 2.
  • Die Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung (Fig. 1) ein Zwischenlager 2 zur Aufnahme von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und von verglastem radioaktivem Abfall. Das Zwischenlager besteht aus zwei Lagergebäuden 4 und 6, die in zugeordneten unterirdischen Hohlräumen, sogenannten Kavernen 8 und 10, angeordnet sind, die in einem Gebirge 11 ausgebildet sind. Die Kaverne 8 nebst Lagergebäude 4 ist für die Lagerung abgebrannter Kernreaktorbrennelemente und die Kaverne 1o nebst Lagergebäude 6 für die Lagerung von verglastem radioaktivem Abfall vorgesehen.
  • Die Kavernen 8 und 1o sind durch einen Querstollen 13 miteinander verbunden.
  • Der Querschnitt der Kavernen 8 und 1o hat, wie dies besonders deutlich den Fig. 3 und 4 entnehmbar ist, etwa die Form einer aufrechten Ellipse, teilweise mit unvollständig ausgebildetem unteren Teil, so daß eine ebene Sohle 12 gebildet wird und teilweise mit voll ausgebildeter elliptischer Sohle 14, welche einen unteren gewölbten Teil 15 der Kaverne bildet und zur Aufnahme eines horizontalen Belüftungs-Kühlrohres 16 dient. Das Belüftungs-Kühlrohr 16 verzweigt in den Lagerbereich für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente bzw. für den verglasten radioaktiven Abfall. Das Kühlrohr 16 erhält seine Frischluft über einen oder mehrere im Gebirge 11 ausgebildete Belüftungsschächte bzw. -stollen 18, 19. Die Frischluft streicht durch den Lagerbereich und tritt als erwärmte Abluft in einen etwa horizontalen Entlüftungskanal 2o ein und wird von dort über einen oder mehrere im Gebirge 11 ausgebildet Entlüftungsschächte 22 und 24 abgeführt. Der Entlüftungskanal 2o wird durch den oberen langgestreckten gewölbten Teil 26 der elliptischen Kaverne oberhalb des eigentlichen Lagergebäu- ; des 6 bzw. 4 gebildet.
  • Die Entlüftungsschächte münden stirnseitig oder endseitig in den Entlüftungskanal, um die gute Standsicherheit der Kaverne nicht zu verringern.
  • Es kann auch, anders als in der Zeichnung dargestellt, auf das gesonderte Kühlrohr 16 verzichtet werden und der untere gewölbte Teil 15 der Kaverne, der sich unterhalb des Bodens des Lagergebäudes befindet, kann als Kühlkanal bzw. Belüftungskanal 28 verwendet werden, über den dann die Frischluft dem Lagerbereich zuführbar ist.
  • Die Ein- und Austrittsöffnungen der Be- und Entlüftungsschächte bzw. -stollen 18, 19, 22, 24 sind mit Filtern 30, 32 ausgestattet.
  • Das Lagergebäude ist so ausgebildet, daß es sich an der Kavernenwandung abstützt, aber keine Lasten von außen aufzunehmen braucht.
  • Die Kavernen 8, 1o sind im Gebirge 11 so tief angeordnet, daß eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten gegeben ist und ein Gebirgstragring von wenigstens 15 m Stärke entsteht. Der Gebirgstragring ist vorzugsweise ferner mit Hilfe von Ankern (nicht dargestellt) aktiviert.

Claims (14)

1. Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in wenigstens einem unterirdischen Hohlraum angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagermodule bzw. Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der unterirdische Hohlraum als Kaverne (8, lo) mit einem etwa elliptischen Querschnitt ausgebildet ist.
2. Zwischenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kaverne die Form einer stehenden Ellipse hat, bei der die längere Achse aufrecht steht.
3. Zwischenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbachsenverhältnis der Querschnittsellipse etwa 2:1 beträgt.
4. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 10) etwa die Form eines langgestreckten Ellipsoids hat.
5. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden bzw. die Sohle (12) der Kaverne abweichend von der elliptischen Form flach und/oder verbreitert ausgebildet ist.
6. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 10) eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten und einen aktivierten Gebirgstragring aufweist.
7. Zwischenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß ein durch vorgespannte Anker aktivierter Gebirgstragring vorgesehen ist.
8. Zwischenlager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebirgstragring wenigstens 15 m dick ist.
9. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavernen-Hohlraumwand als Abstützung für die Konstruktion des Lagergebäudes (4, 6) vorgesehen ist.
10. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Lagerkavernen (8, 10) für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente und für den verglasten radioaktiven Abfall vorgesehen sind, wobei die Lagerkavernen durch einen unterirdischen Querstollen (13) miteinander verbunden sind.
11. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Lagerbereiche in den Lagergebäuden der Kavernen im umgebenden Erdbereich bzw. Gebirge Be- und Entlüftungsschächte bzw. -stollen (18, 19, 22, 24) ausgebildet sind, die mit den zu kühlenden Lagerbereichen für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente und dem verglasten radioaktiven Abfall in Verbindung stehen und mit Filtern (3o, 32) in den Ein- und Austrittsöffnungen ohne zusätzliche Gebläse ausgestattet sind.
12. Zwischenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbten Räume (26, 15) der im Querschnitt elliptischen Kaverne oberhalb und unterhalb der Lagergebäude (4, 6) als Entlüftungskanal (20) und Belüftungs- bzw. Kühlkanal (28) ausgebildet sind.
13. Zwischenlager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Entlüftungsschächte (22, 24) endseitig oder stirnseitig der Kavernen in den Entlüftungskanal (2o) münden.
14. Zwischenlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Belüftungs- bzw. Kühlkanal (28) ein Belüftungs- bzw. Kühlrohr (16) zur Zufuhr von Frischluft zu den zu kühlenden Lagerbereichen angeordnet ist.
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