EP0160122B1 - 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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EP0160122B1
EP0160122B1 EP84113232A EP84113232A EP0160122B1 EP 0160122 B1 EP0160122 B1 EP 0160122B1 EP 84113232 A EP84113232 A EP 84113232A EP 84113232 A EP84113232 A EP 84113232A EP 0160122 B1 EP0160122 B1 EP 0160122B1
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cavern
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rock
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Harry Dipl.-Ing. Spilker
Klaus Dr.-Ing. Einfeld
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Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
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Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
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    • G—PHYSICS
    • 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 for spent nuclear reactor elements and for glazed radioactive waste with storage buildings arranged in a cavern, in which cooled storage modules or storage areas are provided for receiving the fuel elements and the glazed radioactive waste.
  • Such an underground storage facility is known from FR-A-2 373 861.
  • a core of rock is left within the cavern of this interim storage facility or a core of concrete is provided.
  • the space between this core and the cavern wall is filled with clay.
  • In the core of rock there is a cylindrical interior, in the inner wall of which a large number of radial niches are formed to hold radioactive material, which is introduced via a vertical shaft.
  • This known underground interim storage facility is exclusively concerned with the formation of the core provided within the cavern for receiving the radioactive material. The training of the cavern itself, particularly from the point of view of safety, has not been addressed.
  • an underground dry storage facility for spent nuclear reactor fuel elements which has a plurality of horizontally arranged bearing bushes accommodating storage spaces, in which aisles for movable devices for transport, storage and removal are formed.
  • the bearing bushes are cooled by natural convection with air.
  • 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 made of metal plates 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 is achieved with the most economical type of storage.
  • 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 underground storage facility, in which the cross-section of the cavern has the shape of a standing ellipse with an upright longer axis and has a large-scale rearrangement of the rock loads and an activated rock support ring.
  • this cavern design offers the greatest possible security against seismic loads, so that the greatest possible security against external influences is achieved.
  • the design 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 cross-sectional shape of a standing ellipse is the most optimal cavity shape.
  • the mountain load capacities can be optimally transferred with static and / or dynamic loads through the planned extensive rearrangement and the activated mountain load ring.
  • a particularly favorable semi-axis ratio - taking into account the interior fittings - is 2: 1, as stated in claim 2.
  • the advantage of good radioactive shielding by the rock or soil surrounding the cavern walls is also used in all underground storage facilities.
  • the invention also enables further caverns in the vicinity of one already in Operational cavern can be built structurally in the rock without adversely affecting the cavern already in operation.
  • a further advantageous embodiment of the invention is specified in claim 9. 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 the storage building 4 is intended for the storage of spent nuclear reactor fuel elements and the cavern 10 together with the storage building 6 for the storage of glazed radioactive waste.
  • the caverns 8 and 10 are connected to each other 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 the roughly horizontal ventilation duct 20 as heated exhaust air and is then discharged from there via one or more in Mountains 11 formed ventilation shafts 22 and 24 discharged.
  • the ventilation channel 20 is formed by the upper elongate curved part 26 of the elliptical cavern above the actual warehouse 6 or 4.
  • 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 inlet and outlet openings of the ventilation shafts or tunnels 18, 19, 22, 24 are equipped with filters 30, 32.
  • 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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Description

  • Die Erfindung betrifft ein unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrenneiemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in einer Kaverne angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagermodule bzw. Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind.
  • Ein derartiges unterirdisches Zwischenlager ist durch die FR-A-2 373 861 bekannt. Innerhalb der Kaverne dieses Zwischenlagers ist ein Kern aus Fels belassen oder ist ein Kern aus Beton vorgesehen. Der Raum zwischen diesem Kern und der Kavernenwandung ist mit Ton ausgefüllt. Im Kern aus Fels befindet sich ein zylindrischer Innenraum, in dessen Innenwandung eine Vielzahl von radialen Nischen zur Aufnahme von radioaktivem Material ausgebildet sind, das über einen senkrechten Schacht eingeführt wird. Im Kern aus Beton befindet sich ein ellipsoidförmiger Innenraum, der ebenfalls über einen senkrechten Schacht mit radioaktivem Material beschickt wird. Bei diesem bekannten unterirdischen Zwischenlager geht es ausschließlich um die Ausbildung des innerhalb der Kaverne vorgesehenen Kerns zur Aufnahme des radioaktiven Materials. Die Ausbildung der Kaverne selbst, insbesondere unter dem Gesichtspunkt der Sicherheit, ist nicht angesprochen.
  • Durch die DE-OS 31 51 310 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 erfindungsgemäß ein unterirdisches Zwischenlager vor, bei dem die Kaverne im Querschnitt die Form einer stehenden Ellipse mit aufrechter längerer Achse hat und eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten sowie einen aktivierten Gebirgstragring aufweist. Diese Kavernenausbildung bietet bei einem geeigneten Boden (Fels bzw. Gestein) größte Sicherheit gegenüber seismischen Belastungen, so daß eine größtmögliche Sicherheit gegenüber Einwirkungen von außen erreicht wird. Die erfindungsgemäße Ausbildung ermöglicht eine äußerst wirtschaftliche Lagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und verglastem radioaktivem Abfall. Bei dem erfindungsgemäßen Zwischenlager handelt es sich um ein sogenanntes Trockenlager. Die Querschnittsform einer stehenden Ellipse ist als optimalste Hohlraumform anzusehen. Die Gebirgstraglasten können bei statischen und/oder dynamischen Belastungen optimal abgetragen werden durch die vorgesehene weiträumige Umlagerung und den aktivierten Gebirgstragring.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Aufgabenlösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Ein besonders günstiges Halbachsenverhältnis - unter Berücksichtigung des Innenausbaus - beträgt 2:1, wie dies im Anspruch 2 angegeben ist.
  • Bei guten Gebirgsqualitäten kann ohne Nachteile bei der Sohle der Kaverne von der elliptischen Form abgewichen werden (Anspruch 4), was bautechnische, baubetriebliche und nutzungstechnische Vorteile hat.
  • 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 Lastabtregung 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 Innenausbaus, d. h. der Lagergebäude, auf der Hohlraumwand der Kaverne möglich, wie dies im Anspruch 7 angegeben ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird gleichzeitig auch der bei allen unterirdischen Lagerungen vorhandene Vorteil einer guten radioaktiven Abschirmung durch das die Kavernenwände 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 weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 9 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 10 nebst Lagergebäude 6 für die Lagerung von verglastem radioaktivem Abfall vorgesehen.
  • Die Kavernen 8 und 10 sind durch einen Querstollen 13 miteinander verbunden.
  • Der Querschnitt der Kavernen 8 und 10 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 20 ein und wird von dort über einen oder mehrere im Gebirge 11 ausgebildet Entlüftungsschächte 22 und 24 abgeführt. Der Entlüftungskanal 20 wird durch den oberen langgestreckten gewölbten Teil 26 der elliptischen Kaverne oberhalb des eigentlichen Lagergebäudes 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, 10 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 (12)

1. Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in einer Kaverne angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagermodule bzw. Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 10) im Querschnitt die Form einer stehenden Ellipse mit aufrechter längerer Achse hat und eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten sowie einen aktivierten Gebirgstragring aufweist.
2. Zwischenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbachsenverhältnis der Querschnittsellipse etwa 2 : 1 beträgt.
3. Zwischenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 10) etwa die Form eines langgestreckten Ellipsoids hat.
4. 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.
5. Zwischenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch vorgespannte Anker aktivierter Gebirgstragring vorgesehen ist.
6. Zwischenlager nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebirgstragring wenigstens 15 m dick ist.
7. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavernen-Hohlraumwand als Abstützung für die Konstruktion des Lagergebäudes (4, 6) vorgesehen ist.
8. 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.
9. 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 (30, 32) in den Ein- und Austrittsöffnungen ohne zusätzliche Gebläse ausgestattet sind.
10. Zwischenlager nach Anspruch 9, 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.
11. Zwischenlager nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Entlüftungsschächte (22, 24) endseitig oder stirnseitig der Kavernen in den Entlüftungskanal (20) münden.
12. Zwischenlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Belüftungs- bzw. Kühlkanal (28) ein Belüftungs- bzw. Kühlrohr (16) zur Zufuhr von Frischluft zu den zu kühlenden Lagerbereichen angeordnet ist.
EP84113232A 1983-11-05 1984-11-02 Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktor-brennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall Expired EP0160122B1 (de)

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EP0160122A1 EP0160122A1 (de) 1985-11-06
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