EP3345190A1 - Endlager für die lagerung von radioaktivem material, sowie verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Endlager für die lagerung von radioaktivem material, sowie verfahren zu seiner herstellung

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Publication number
EP3345190A1
EP3345190A1 EP16722620.8A EP16722620A EP3345190A1 EP 3345190 A1 EP3345190 A1 EP 3345190A1 EP 16722620 A EP16722620 A EP 16722620A EP 3345190 A1 EP3345190 A1 EP 3345190A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cavity
repository
cavity system
systems
containers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16722620.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Reiner DIEFENBACH
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP3345190A1 publication Critical patent/EP3345190A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/20—Disposal of liquid waste
    • G21F9/24—Disposal of liquid waste by storage in the ground; by storage under water, e.g. in ocean
    • 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
    • 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
    • G21F9/36—Disposal of solid waste by packaging; by baling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09B—DISPOSAL OF SOLID WASTE
    • B09B1/00—Dumping solid waste
    • B09B1/008—Subterranean disposal, e.g. in boreholes or subsurface fractures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D13/00—Large underground chambers; Methods or apparatus for making them

Definitions

  • the invention relates to a repository for the storage of radioactive and heat generating material in rock formations, with at least one cavity which is surrounded by rock material and forms a final storage space for the radioactive material, a method for producing a repository for the storage of radioactive material, as well Use of a mountain massif as a repository.
  • the spent fuel rods are cooled due to their initially very high activity in a Abklingbecken and then stored in suitable containers for storage and transport of radioactive material for several decades before they are fed to a final storage.
  • Central interim storage facilities are available in Ahaus and Gorleben. They are sized for each 420 large containers.
  • the intermediate containers may remain in an interim storage facility for a maximum of 40 years in Germany. At the latest after this time, they must be transported to a repository. If fuel rods are further processed in a reprocessing plant, highly radioactive fission products are produced which are melted down into glass.
  • the glass chillers specially developed for this purpose are made of 50 cm thick-walled stainless steel and must then first decay for several decades in an interim storage facility until the temperature has dropped sufficiently for them to be sent to a repository.
  • the permanent radiation protection is to be ensured by several barriers.
  • the first barrier is of a technical nature and consists e.g. from the inclusion of the CPR waste in glass jars and / or the packaging in radiation protective containers made of iron, stainless steel or copper. These containers are so well shielded against radioactive radiation that you can stay safely around them.
  • the geological barriers must be effective, because experts assume that the technical barrier in the known disposal concepts due to corrosion after a certain time is no longer effective. So that the geological barriers can be effective, with all concepts known so far absolute condition is that no water penetrates into the repository. The presence of water would result in radioactive contamination of the repository's surroundings.
  • Clay is a plastic material and therefore has too little static stability. Accurate predictions regarding the spatial changes in a clay formation over a period of 1,000,000 years are not possible. A subsequent recovery of matured barrels with nuclear waste is almost impossible. The heating of the clay by highly radioactive and heat generating nuclear waste would greatly reduce its static properties due to dehydration and cracking as well as the ability to shield against radioactive radiation. Clay formations are therefore excluded for the disposal of highly radioactive and heat-generating nuclear waste.
  • Opalinus Clay is favored in Switzerland for the deep storage of highly radioactive nuclear waste despite a water content of 6.6% and a porosity of 18.3% by volume.
  • Tuff is considered in the US for the disposal of highly radioactive nuclear waste. Tuff is relatively light, soft and porous compared to granite.
  • Repositories at a depth of 3,000m would provide better demarcation from the biosphere, but would make permanent monitoring and retrieval virtually impossible.
  • the invention is therefore based on the object to provide a safe permanent repository for highly radioactive and heat-generating nuclear waste with permanent monitoring and retrievability of the radioactive waste, and a method for producing the repository.
  • the invention advantageously provides that the rock formation is a mountain mass in which the first and second cavity systems are interconnected via connecting passages at a plurality of transition points, wherein the first cavity system forms a disposal space in which the containers are free-standing and even with completely filled disposal space are accessible and removable and the second lumen system forms a permanent access enabling system having such a distance from the disposal space that the access system forms a radiation-free area for access to the disposal space at different locations of the first lumen system.
  • At least two technically and functionally independent hollow ⁇ Solutions provided in the massif are spatially connected to each other via connecting passages at a plurality of crossing points, wherein a ers ⁇ tes cavity system forms the Endlagerungsraum and the second cavity system forms an access system comprising a such a distance from the terminal storage space, the access system forms a radiation-free area for the access to the disposal space, which is independent of the first cavity system, to different locations of the first cavity system.
  • mountain massif is preferably a natural massif.
  • artificially produce the assemblage e.g. made of granite blocks or a mixture of granite blocks or stones with durable concrete. Such a construction could be required where there are no suitable rock formations.
  • the invention relates to a repository, which is suitable for the autonomous storage of radioactive material for an indefinite period, but even more so as an intermediate storage and also for low-level radioactive material.
  • both cavity systems are substantially parallel to one another and are basically introduced rising in the rock formation.
  • the parallel arrangement allows any time access to any final repository.
  • the rising arrangement of the cavity systems reliably prevents any accumulation of water and also allows passive forced ventilation. Due to, for example, about a 5% gradient of the floor surface of the final disposal space, an automatic passive discharge of rainwater or other incoming water takes place due to gravity.
  • a passive ventilation system for the disposal space and / or the access system is also created in each case.
  • the passive ventilation is provided by the permanent passive heat dissipation of the CPR in the final storage room by air flow upwards in Kom- Combination with a passive fresh air supply through the lower inlet and outlet opening.
  • the passive ventilation in the first and / or second cavity system can also be effected by the pressure difference or the chimney effect between a lower inlet and outlet opening and an upper outlet opening.
  • the repository is functional after filling without human or technical help. In particular, it is not necessary to keep machines or electronic controls operational.
  • the first and / or second cavity system may each have a lower inlet and outlet opening.
  • the first and / or second cavity system is designed in each case as a continuous channel or tunnel.
  • the inlet and outlet opening can be used for entering or leaving the first or second cavity system.
  • the inlet and outlet openings of the discharge of entering within the first or second cavity system water can be used with simultaneous supply of air from the environment in the first or second cavity system.
  • the inlet and outlet openings may be barred, wherein the passage openings of the grid structure may be variable, so that the passing air flow can be regulated.
  • the first and second cavity system each have a separate upper outlet opening to the outside at the upper end.
  • the outlet opening may have a grid with an adjustable passage cross-section for air, so that the exhaust air flow from the first and / or second cavity system can be controlled by changing the passage cross-section.
  • the passageways are not straight and are substantially horizontal or inclined to the first cavity system.
  • the connecting passages are arcuate. This course of the connecting passages prevents radiation contamination in the event of a leaky container. on the second cavity system.
  • Closing devices such as, for example, doors or locks, which prevent a fluid exchange between the first and second high-room system in the closed state and allow it in the open state, can preferably be provided in the connecting passages.
  • the rock formation is preferably a crystalline rock, e.g. a monolithic granite rock.
  • Granite in comparison with all other natural materials, is particularly suitable for the requirements of a repository for HLW waste because of its homogeneous monolithic structure, high mass, high hardness and flexural strength.
  • Granite is temperature-tolerant up to 800 ° C, water-insoluble, salt-resistant, very abrasion-resistant and numerous granite formations are permanently weather-resistant.
  • At least the first cavity system serving as a disposal space has a passive venting device which allows heat removal.
  • both cavity systems for disposal and secure access each have the passive ventilation system, which permanently ensures a heat dissipation and fresh air supply independent of active ventilation systems.
  • the second cavity system has e.g. at least a distance of about 10 m, preferably 12 m, from the first cavity system. With such a minimum distance, the radiation safety of the second cavity system is ensured.
  • the second cavity system may be parallel or parallel and offset in height from the first cavity system.
  • the second cavity system is preferably parallel and viewed in the vertical direction with its base at the same height or upwardly offset in height to the first cavity system.
  • both cavity systems can have ventilation channels at predetermined intervals, which preferably extend in an arc shape outward through the rock formation with a gradient. These ventilation channels cause passive forced ventilation of the repository. Due to the special falling and arcuate arrangement of the ventilation channels, no water can penetrate and no radiation can escape to the outside.
  • the void systems are e.g. spirally shaped as tunneling systems, preferably arranged in the manner of a double helix or multiple helix.
  • the tunnel systems can in principle have a varying cross-section and can also run polygonally in the spiral.
  • the first cavity system can have a plurality of parallel tunnel systems which are accessible via the second cavity system, preferably from a single tunnel system.
  • the second cavity system can be arranged as an access system to save space, preferably on the inside.
  • At least the first cavity system and possibly also the connecting passages preferably have a width such that containers with radioactive contents, in particular nuclear waste containers, can be transported to any location of the first cavity system and are accessible there at any time with a filled repository and can also be subsequently removed.
  • the containers containing the radioactive material can be stored in the first cavity system at a distance from the bottom surface. This ensures that no contact of the containers with water can occur.
  • the first cavity system may also include ramifications to increase the disposal space as long as accessibility, drainage, ventilation and retrievability of the containers are guaranteed to be maintained.
  • At least the first cavity system may include temperature, radioactive radiation, and visual monitoring monitors.
  • an unmanned transport system may be installed.
  • the flow cross sections of the ventilation channels can be throttled in order to be able to control or regulate the extent of the ventilation or venting.
  • a mountain massif is used as a rock formation, wherein a first and second cavity system are produced in the form of tunnels in the rock formation of the massif and are connected to one another via connecting passages at several transition points.
  • the first cavity system is used as a final storage room for freestanding and accessible even when completely filled final storage space and removable containers.
  • the second lumen system is fabricated at a distance from the first lumen system such that the second lumen system forms a permanent, radiation-free region for access to different locations of the at least one lumen system.
  • the cavity is produced in the form of a cavity complex, whereby at least two technically and functionally independent cavity systems spatially interconnected via connecting passages at several transition points are produced by tunnel boring machines.
  • a first lumen system is used as a disposal space, and a second lumen system serves as an access system for independent access of the first lumen system to different locations of the first lumen system, wherein the second lumen system is made at a distance from the first lumen system such that the second lumen system becomes permanent radiation ⁇ free area forms.
  • cavities can preferably be produced with tunnel boring machines, wherein the cavity system is not bound to a specific tunnel cross-section and can also contain larger halls or branches as well as bypasses in relation to the tunnel cross-section. Both cavity systems are introduced substantially parallel to each other and basically rising in the mountain massif.
  • the first cavity system can permanently dissipate heat by convection due to the heat released by the freestanding containers and a fresh air supply.
  • the second cavity system may be exposed to a permanent airflow due to the pressure difference between a lower inlet and outlet and an upper outlet.
  • the passageways are not made straight and substantially horizontal or sloping to the first cavity system.
  • the first cavity system are at predetermined intervals, for example, on each floor or all 360 °, arcuately made with slope outwardly extending ventilation channels.
  • the cavity systems are in a preferred development of the inven ⁇ tion spiral, preferably in the manner of a double helix produced.
  • the ventilation of the cavity systems can preferably be regulated by throttling the ventilation cross sections of the ventilation channels.
  • Fig. 1 is a schematic side view of a first embodiment of the
  • FIG. 4 is a schematic side view through the second embodiment of a repository
  • Fig. 8 shows the arrangement of the repository in a mountain massif.
  • the high-active and heat-producing nuclear waste is a monolithic granite, which rises to ei ⁇ ner point above the surrounding surface of the earth addition, disposed of in a repository 1 in a Mountain area 2, for example.
  • This arrangement in a mountain range 2 offers significant advantages compared to all other known locations for the disposal of highly radioactive nuclear waste, which are described below.
  • the repository 1 in the form of two cavity systems 4, 6 is similar in a preferred embodiment shown in Fig. 1 a double helix 16, with two parallel and preferably continuously rising tunnel passages, which are driven upwards into the mountain mass 2.
  • the two initially spatially independent spirals are preferably spatially connected on each floor 8 by a horizontal, arcuate connecting passage 14.
  • the first cavity system 4 forms the final final storage space 10 for the free-standing containers 20 with highly radioactive and heat-generating nuclear waste (HLW).
  • the space within the first cavity system 4 with a z. B. parabolic cross section has in cross section at the base a width of eg 12 m and in the middle a height of eg 9 m, the slope of the bottom surface 34a is for example about 5%.
  • each projectile 8 Due to the slope of each projectile 8 has a static and radiation safe distance from the adjacent projectile 8.
  • the cross-section of the wall and ceiling area is preferably static, for example, arcuate, eg parabolic executed.
  • the circle, which forms the inner boundary of the first cavity system 4 in horizontal section, for example, has a diameter of about 150 m.
  • the circle that forms the outer boundary of the first cavity system 4, for example, has a diameter of about 174 m. This results, for example, in a tunnel width of the first cavity system 4 of approximately 12 m.
  • the lower inlet and outlet opening 30 to the first cavity system 4 there is a separate inlet and outlet opening 26 to a temporary storage space 28 within the mountain massif 2 for newly arriving container 20 to from there individually via a connecting passage 35 to the first cavity system 4th to transport from where the containers 20 are driven, for example via an automatic (not shown) transport system to the intended storage location.
  • the lower inlet and outlet openings 30, 31 of the first and second cavity system 4, 6, and the inlet and outlet opening 26 of the temporary storage space 28 are located substantially on a common access level 44, about which the atomic repository 1 can be achieved at the bottom.
  • Further separate spaces 29 can be created within the Bergmassivs 2 for technical work, eg for the packaging of radioactive waste, or for a technical control and control center and offices and lounges for the staff.
  • the second, preferably inner cavity system 6 with z. B. parabolic cross section serves as an access system 12, as well as an escape route.
  • This area is a radiation-free area and ensures safe and secure access to any location in the repository for the entire life of the nuclear repository 1, as well as a readily available escape route.
  • the second cavity system 6 is located at a clear distance of at least 6 m, for example about 12 m, preferably within the first cavity system 4.
  • This second cavity system 6 preferably runs substantially parallel to the first cavity system 4.
  • the second cavity system 6 may, for example, in cross section at the base have a tunnel width of about 9 m and in the middle a height of about 6 m.
  • the second cavity system 6 can also, as shown in Fig. 4, offset in height to the first cavity system 4.
  • the base of the second lumen system 6 extends about 11 meters above the base of the first lumen system 4.
  • Vent channels 18 extend from the first lumen system 4 on each floor 8 (each to 360 degrees), e.g. with a gradient of at least 1.5%, preferably in a slight arc, to the outside.
  • the second cavity system 6 can be completed in its final formation, only a single venting channel with an outlet opening 41 at the upper end of the second cavity system 6 have.
  • the second cavity system 6 then ends at the upper end in an outlet opening 41, which leads to the outside.
  • This has the advantage that the base of the second cavity system 6, as shown in FIG. 1, runs at the same height as the base of the first cavity system 4.
  • the passageways 14 in each projectile 8 between the first cavity system raumsystem 4 and the second cavity system 6 may, for. B. only each about 12 m long.
  • the repository 1 is at a height level which in any case is well above sea level and e.g. at least 50 m above the level, which can reach the groundwater or flood-bearing rivers in the vicinity of the repository 1 maximum.
  • the atomic repository 1 for highly radioactive and heat-generating nuclear waste is located in a mountain range 2 of monolithic granite.
  • the minimum wall thickness of the first cavity system 4, e.g. a tunnel system, which forms the final final storage space 10 should be at least about 6 m. In principle, the minimum wall thickness in this geometric formation is freely determinable and can also be dimensioned larger.
  • the primary shielding for the radiation through the containers 20 is permanently retained in the final disposal of HLW waste in the repository 1.
  • This first technical shield is made of preferably corrosion-resistant metal, and ensures adequate and permanent protection against radioactive radiation, so that people in the immediate vicinity can stay safely. Because the first technical radiation shield can be permanently retained in the described repository 1, the radiation protection effect of the rock formation forms an additional second radiation shield. It is important that the spatial structure of the repository 1 is permanently maintained. This is guaranteed in the case of granite for extremely long periods.
  • the atomic repository 1 for highly radioactive and heat-generating nuclear waste is located in a mountain range 2 of preferably monolithic granite with a large mass, a high hardness and bending tensile strength.
  • the spatial structure of the repository 1 can therefore not be affected by an earthquake. Since the lower inlet and outlet openings 30, 31 and thus also the access level 44 of the repository 1 above the sea level at a height of at least 50 m above the level that can reach the groundwater or flood leading rivers in the vicinity of the repository 1 maximum , the ingress of water due to an earthquake is excluded.
  • the monolithic granite which has at least a wall thickness of about 6 m, because of its large homogeneous mass and high hardness is a permanent protection against any plane crash.
  • the monolithic granite offers by its high and homogeneous mass with a high hardness and bending tensile strength of the highest conceivable static safety. A collapse of the spatial structure is practically excluded.
  • the capacity of the repository 1 is designed according to the endzulagernden amount of highly radioactive and heat-generating nuclear waste. In Germany, until the end of atomic power generation, there are about 10,000 tons of nuclear waste. This results in a number of about 3,000 containers of today's design.
  • the capacity of the repository 1 can be extended if necessary, since the mining machines, e.g. Tunneling machines can remain operational in the repository 1 at the top of the tunnel.
  • the second cavity system 6 and the connecting passages 14 are to be designed in their dimensions so that the permanent supply of mining equipment with all necessary spare parts remains guaranteed.
  • the mining operations in the first cavity system 4 should preferably at any time have a projection of at least one projectile (360 °) to the end-mounted containers 20 with nuclear waste.
  • a temporary partition between the end-mounted containers 20 and the expansion location in the first cavity system 4 may be provided as additional security.
  • the high-level radioactive residual nuclear waste contained in the containers 20 to be stored and barrels produced by the continuing decomposition processes a lot of heat that is released via the surfaces of the container 20 to the air in the first cavity system 4.
  • This permanently generated heat is the engine for the air flow, which dissipates the heat convection without interruption to the outside. Irrespective of this, there is an uninterrupted flow of air through the present pressure difference in the region of the lower inlet and outlet openings 30, 31, of the repository 1 and the higher-lying ventilation channels 18, 19 and the outlet openings 40, 41 of the repository 1, which due to the height difference in an area with lower air pressure (chimney effect).
  • the vent channels 18, 19 are preferably located on each floor of at least the first and optionally also the second cavity system 4, 6 preferably in each thinnest part of the rock - starting below the highest outer point of the respective cavity system 4, 6 - and are with a slight downward gradient in guided outwards.
  • the outward slope ensures that no water can penetrate from the outside into the cavity systems 4, 6.
  • the arcuate shape of the venting channels 18 is designed so that no direct radiation from the first cavity system 4 can escape to the outside.
  • the diameter or the height of the ventilation channels 18, 19 and the upper outlet openings 40, 41 is for example 2.20 m, so that they can also be used as an emergency exit.
  • the venting channels 19 and the upper outlet opening 41 of the second cavity system 6 can be carried out in the same way.
  • Each vent channel 18, 19 and the upper outlet openings 40, 41 may be in the outer region with a controllable or adjustable slat curtain made of a very stable material, eg carbon fiber composite, equipped to regulate the heat dissipation and fresh air supply in each area of the repository 1.
  • the dimensioning of the vent channels 18 and 19, and the upper outlet openings 40, 41 and the lower inlet and outlet openings 30, 31 are selected so that the circulation or air outlet passive (without fans) works.
  • the constant supply of fresh air through the lower inlet and outlet openings 30, 31 is a direct result of the permanent heat release and the chimney effect.
  • fresh air flows in the region of the lower inlet and outlet openings 30,31 at the base of the cavity systems 4, 6 of the repository 1 in the first and second cavity system 4, 6.
  • the inlet and outlet openings 30, 31 are preferably barred with egg ⁇ nem adjustable passage cross-section of the grid, which can be adjusted by adjusting the passage cross-section of the incoming air flow into the cavity systems 4, 6.
  • the altitude of the repository 1 in a massif 2 reliably prevents flooding by groundwater, a rising sea level, temporary Flooding in rivers or a tsunami.
  • Rainwater, which could seep through gaps in the first or second cavity system 4, 6 is due to the continuous gradient to the lower inlet and outlet openings 30, 31 discharged directly to the base in the access plane 44 or via the venting channels 18, 19 (passive Function, without additional measures such as the use of pumps). Any leaking water has no contact with stored nuclear waste due to the permanent protective effect of the container 20 and therefore can not be contaminated. If necessary, it can be tersucht un ⁇ .
  • the corrosion protection of the containers 20 made of iron, copper or stainless steel for the disposal of highly radioactive and heat-generating atomic waste results from the absence of water. Because of the altitude of the repository 1 flooding is excluded. Small amounts of rainwater could penetrate cracks in the granite of the repository 1 in the first and second cavity system 4, 6. Because of the gradient of the cavity systems 4, 6, these small amounts of rainwater will flow down into the area of the lower inlet and outlet openings 30, 31 at the access level 44 of the cavity systems 4, 6 and can be discharged via the lower inlet and outlet openings 30, 31 become. It is more likely that the small amounts of rainwater will evaporate because of the strong ventilation and the high temperatures and be transported with the exhaust air to the outside. Contamination of the water is not possible.
  • the access and the exit to the final disposal space 10 of the repository 1 are permanently protected by the physical properties of the granite, the altitude of the repository 1, the geometric shape of the double helix with continuous rise, the passive heat and water discharge and the uninterrupted passive fresh air supply.
  • the repository 1 is dimensioned so that after its complete filling its permanent functioning is ensured without the use of additional technology such as pumps, fans or human activities.
  • the end-storing container 20 with HLW waste are in the first cavity ⁇ system 4 in the central region of the leading end storage space 10 preferably made of granite blocks podiums 32, which protrude at least 20 cm above the bottom surface 34a of the first cavity system 4, turned off.
  • the fixed preferably on the bottom surface 34 a pedestals 32 have, for example, a size of 5 mx 10 m and allow the horizontal storage of the container 20 despite slightly rising bottom surface 34 a.
  • Special vehicles can drive around the platforms 32 360 ° and receive and transport any stored container 20 if necessary.
  • Each individual container 20 can in a short time, z. In less than 24 hours.
  • the distances between the Po ⁇ desten 32 are for example 3.5 m.
  • the technique of transmutation can possibly be used in the future to ⁇ to reduce highly radioactive radiation of nuclear waste quickly and permanently. This process is currently being further developed. Therefore, there is a chance to retrieve already stored nuclear waste at a later time in order to eliminate or reduce the high-level radioactive radiation.
  • the repository 1 described offers the unlimited possibility of retrieval and post-processing of the already stored, highly radioactive radioactive nuclear waste.
  • New arriving, end-storing container 20 are first brought via a separate inlet and outlet opening 26 in the special temporary storage space 28, which is located next to the lower inlet and outlet opening 30 to the cavity system 4.
  • the temporary storage space 28 may serve as a buffer storage of the repository 10 for atomic waste containers 20.
  • This space has a short connecting passage 35 connection to the lowest starting point of the first cavity system 4, the final final storage space 10.
  • the one individual containers 20 or drums are loaded onto a special vehicle at the starting point of the first cavity system 4 by a special forklift truck. This transports the end-storing container 20 independently to the height at which it is to be stored.
  • the steering of the preferably electrically operated vehicle can be effected, for example, by means of a guide system mounted on the outer wall of the first cavity system 4, similar to a stair lift for people with impaired mobility and / or optically controlled and / or guided by laser.
  • the exemplary dimensions specified in the description of the cavity systems 4, 6 require a total height of approximately seven storeys 8. Of these, five storeys 8 are allocated to the final storage space 10 and one each remains free of containers 20 8 as safety distance in the lower and upper area as completion.
  • Figures 1 to 3 show a preferred embodiment in which the cavity systems 4, 6 are parallel to each other and each located on the same plane as best shown in Figs. 1 and 3c can be seen.
  • FIGS. 4 to 6 show an alternative embodiment in which the cavity systems 4, 6 run parallel to one another but extend in different planes at different heights.
  • the bottom surface 34a, 34b of the cavity systems 4, 6 each have a preferably continuous slope of preferably about 5 percent, as best seen in FIGS. 3b and 6b can be seen.
  • FIGS. 3c and 6c each show a vertical section through the cavity systems 4, 6 of the first and second embodiments, while FIGS. 3a, 3b, 6a and 6b each show a section in a horizontal or vertical plane in the longitudinal direction of the first cavity system 4.
  • Fig. 7 shows variants of the first cavity system 4, in which by additional branches 36, 38, for example in the manner of a bypass, additional disposal space 10 is created.
  • additional branches 36, 38 for example in the manner of a bypass, additional disposal space 10 is created.
  • a plurality of cavity systems 4 ei ⁇ nem single cavity system 6 may be assigned.
  • a plurality of parallel or parallel and height offset preferably spiral end storage rooms 10 could be associated with a corresponding access system 12.

Abstract

Bei einem Endlager (1) für die Lagerung von radioaktivem Material in einer Gesteinsformation, wobei mindestens zwei voneinander beabstandete Hohlraumsysteme (4,6) vorgesehen sind, und wobei ein erstes Hohlraumsystem (4) einen Endlagerungsraum (10) für das radioaktive Material in Behältern (20) bildet und das zweite Hohlraumsystem (6) ein Zugangssystem (12) bildet, ist vorgesehen, dass die Gesteinsformation ein Bergmassiv (2) ist, in dem das erste und zweite Hohlraumsystem (4,6) über Verbindungsgänge (14) an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden sind, wobei das erste Hohlraumsystem (4) einen Endlagerungsraum (10) bildet, bei dem die Behälter (20) frei stehend und auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum (10) zugänglich und entfernbar sind und das zweite Hohlraumsystem (6) ein permanent den Zugang ermöglichendes Zugangssystem (12) bildet, das einen derartigen Abstand von dem Endlagerungsraum (10) aufweist, dass das Zugangssystem (12) einen strahlungsfreien Bereich für den Zugang zu dem Endlagerungsraum (10) an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems (4) bildet.

Description

Endla er für die Lagerung von radioaktivem Material, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Endlager für die Lagerung von radioaktivem und wärmeerzeugenden Material in Gesteinsformationen, mit wenigstens einem Hohlraum, der von Gesteinsmaterial umgeben ist und einen Endlagerungsraum für das radioaktive Material bildet, ein Verfahren zum Herstellen eines Endlagers für die Lagerung von radioaktivem Material, sowie die Verwendung eines Bergmassivs als Endlager.
Die abgebrannten Brennstäbe werden wegen ihrer zunächst noch sehr hohen Aktivität in einem Abklingbecken abgekühlt und danach in geeigneten Behältern zur Aufbewahrung und zum Transport radioaktiven Materials noch mehrere Jahrzehnte zwischengelagert, bevor sie einer Endlagerung zugeführt werden. Zentrale Zwischenlager gibt es in Ahaus und Gorleben. Sie sind für jeweils 420 Großbehälter dimensioniert.
Die zwischengelagerten Behältnisse dürfen z.B. in Deutschland maximal 40 Jahre in einem Zwischenlager bleiben. Spätestens nach dieser Zeit müssen sie in ein Endlager transportiert werden. Werden Brennstäbe in einer Wiederaufbereitungsanlage weiterverarbeitet, entstehen dabei hochradioaktive Spaltprodukte, welche in Glas eingeschmolzen werden. Die dafür speziell entwickelten Glaskokillen bestehen aus 50 cm dickwandigem Edelstahl und müssen danach ebenfalls zunächst mehrere Jahrzehnte in einem Zwischenlager abklingen, bis die Temperatur soweit zurückgegangen ist, dass sie einem Endlager zugeführt werden können.
Jedes Jahr entstehen weltweit ca. 12.000 Tonnen hochradioaktive Abfälle in 440 Kernkraftwerken in 30 Ländern. Bis Ende 2012 sind weltweit ca. 320.000 Tonnen HLW-Abfall (High Level Waste = hochradioaktiver Abfall) angefallen.
In der Fachwelt herrscht die Meinung vor, dass die Endlagerung von HLW-Abfall in tiefen geologischen Formationen vorzunehmen ist. Der dauerhafte Strahlenschutz soll durch mehrere Barrieren gewährleistet werden. Die erste Barriere ist technischer Art und besteht z.B. aus dem Einschluss des HLW-Abfall in Glaskokillen und/oder der Verpackung in strahlenschützende Behälter aus Eisen, Edelstahl oder Kupfer. Diese Behälter sind gegen radioaktive Strahlung so gut abgeschirmt, dass man sich in ihrer Nähe ungefährdet aufhalten kann. Nach längerer Lagerung müssen die geologischen Barrieren wirksam werden, weil Fachleute davon ausgehen, dass die technische Barriere bei den bekannten Endlagerkonzepten infolge Korrosion nach einer gewissen Zeit nicht mehr wirksam ist. Damit die geologischen Barrieren wirksam sein können, ist bei allen bisher bekannten Konzepten absolute Voraussetzung, dass kein Wasser in das Endlager eindringt. Die Anwesenheit von Wasser hätte eine radioaktive Kontaminierung der Umgebung des Endlagers zur Folge.
Es wird nicht ausgeschlossen, dass die Strahlung des HLW-Abfalls mit einer Gasentwicklung einhergeht. Wie sich diese Gasentwicklung langfristig auf die Endlagerung in den hermetisch verschlossenen Behältern auswirkt, ist ungeklärt.
Für die Endlagerung von Atommüll kommen heute weltweit fünf Umgebungsmaterialien in die engere Auswahl, nämlich Granit, Ton, Salz (Salzstöcke), Opalinuston und Tuffgestein. Salzstöcke werden heute nur noch in Deutschland, z. B. in Gorleben, in Erwägung gezogen. Da Salz wasserlöslich ist und das Eindringen von Wasser in einen unterirdischen Salzstock für einen Zeitraum von 1.000.000 Jahren nicht sicher ausgeschlossen werden kann, ist eine hinreichende Barrierefunktion von Salzstöcken für die Endlagerung von Atommüll nicht gegeben. Die erforderlichen statischen Eigenschaften für ein Endlager von Atommüll können bei Salzstöcken nicht dauerhaft garantiert werden.
Ton ist ein plastisches Material und weist deshalb eine zu geringe statische Standfestigkeit auf. Genaue Vorhersagen bezüglich der räumlichen Veränderungen in einer Tonformation über einen Zeitraum von 1.000.000 Jahren sind nicht möglich. Eine spätere Bergung von endgelagerten Fässern mit Atommüll ist nahezu ausgeschlossen. Die Erwärmung des Tons durch hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll würde seine statischen Eigenschaften infolge Austrocknung und Rissbildung sowie die Fähigkeit der Abschirmung gegenüber radioaktiver Strahlung stark reduzieren. Tonformationen scheiden deshalb für die Endlagerung hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommülls aus.
Wie aus der Veröffentlichung : "Departementsserie 2008 :73" (ISBN 978-91-38- 23062-6) bekannt ist, wird Granitgestein unterhalb des Meeresbodens in Schweden und Finnland für die unterirdische Lagerung von niedrig- und mittelstark strahlenden Atommüll als Lagerstätte benutzt. Die Lagerstätten befinden sich maximal 100 m unterhalb der Erdoberfläche.
Für hochradioaktiven und über lange Zeiträume strahlenden Atommüll sind in Finnland und Schweden Endlagerstätten in Granitformationen in ca. 400-700 m Tiefe geplant. Sie sind nicht hinreichend gegen einen Wassereinbruch geschützt.
Opalinuston wird in der Schweiz für die Tiefenlagerung von hochradioaktivem Atommüll trotz eines Wassergehaltes von 6,6% und einer Porosität von 18,3 Vol% favorisiert.
Tuffgestein wird in den USA für die Endlagerung von hochradioaktivem Atommüll in Erwägung gezogen. Tuffgestein ist im Vergleich mit Granit relativ leicht, weich und porös.
Es gibt drei Schadensarten, die für ein Endlager relevant sind : Dies sind die statische Sicherheit, eindringendes Wasser und defekte Behälter.
Alle weltweit geplanten Endlager für hochradioaktiv strahlenden Atommüll befinden sich unterhalb der Erdoberfläche sowie des Grundwasser- und Meeresspiegels. Ihr Zugang erfolgt über einen oder zwei nach unten führenden Zugängen (Schächte oder Rampen). Eine Rückholbarkeit des einmal eingelagerten hochradioaktiv strahlenden Atommülls ist überwiegend nicht vorgesehen und wäre -wenn überhaupt- nur unter schwierigsten technischen Bedingungen und hohem materiellen Aufwand möglich.
Endlager in einer Tiefe von 3.000 m böten eine bessere Abgrenzung zur Biosphäre, würden aber eine dauerhafte Überwachung und Rückholbarkeit praktisch unmöglich machen.
Weltweit ist derzeit kein Endlager für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll in Betrieb.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein sicheres dauerhaftes Endlager für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll mit dauerhafter Überwachungsmöglichkeit und Rückholbarkeit des radioaktiven Abfalls, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Endlagers anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1, 13 und 18.
Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass die Gesteinsformation ein Bergmassiv ist, in dem das erste und zweite Hohlraumsystem über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden sind, wobei das erste Hohlraumsystem einen Endlagerungsraum bildet, bei dem die Behälter freistehend und auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum zugänglich und entfernbar sind und das zweite Hohlraumsystem ein permanent den Zugang ermöglichendes Zugangssystem bildet, das einen derartigen Abstand von dem Endlagerungsraum aufweist, dass das Zugangssystem einen strahlungsfreien Bereich für den Zugang zu dem Endlagerungsraum an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems bildet. Als Hohlraum sind mindestens zwei technisch und funktional eigenständige Hohl¬ raumsysteme in dem Bergmassiv vorgesehen, die über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen räumlich miteinander verbunden sind, wobei ein ers¬ tes Hohlraumsystem den Endlagerungsraum bildet und das zweite Hohlraumsystem ein Zugangssystem bildet, das einen derartigen Abstand von dem Endlagerungsraum aufweist, dass das Zugangssystem einen strahlungsfreien Bereich für den von dem ersten Hohlraumsystem unabhängigen Zugang zu dem Endlagerungsraum an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems bildet.
Es versteht sich, dass das Bergmassiv vorzugsweise ein natürliches Bergmassiv ist. Es ist jedoch auch denkbar, im Sinne der Erfindung das Bergmassiv künstlich herzustellen, z.B. aus Granitblöcken oder einer Mischung aus Granitblöcken oder Steinen mit haltbarem Beton. Eine derartige Konstruktion könnte dort erforderlich sein, wo keine geeigneten Felsformationen vorhanden sind.
Es versteht sich desweiteren, dass die Erfindung zwar ein Endlager betrifft, das für die autarke Einlagerung vom radioaktiven Material auf unbegrenzte Dauer geeignet ist, allerdings erst recht auch als Zwischenlager und auch für schwach radioaktives Material.
Die Lösung hat folgende Vorteile für die Endlagerung von hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll :
- Zeitlich unbegrenzte Sicherheit vor radioaktiver Strahlung
- Dauerhafter Erhalt der Behälter (als erster technischer Schutz vor der radioak¬ tiven Strahlung) mit HLW und damit zeitlich unbegrenzter Strahlenschutz
- Zeitlich unbegrenzte Rückholbarkeit jedes einzelnen endgelagerten Behälters mit HLW-Abfall, z. B. in weniger als 24 Stunden
- Zeitlich unbegrenzte Nachbearbeitungsmöglichkeit des HLW-Abfalls, z.B. durch Transmutation
- Offene Lagerung der Behälter mit HLW und damit zeitlich unbegrenzte Überwachungsmöglichkeit jedes einzelnen endgelagerten Behälters bezüglich Unversehrtheit, Radioaktivität, Temperatur und Feuchtigkeit
- Zeitlich unbegrenzte Garantie für die statische Sicherheit aller räumlichen Strukturen - Erdbebensicherheit durch den das Endlager umgebenden monolithischen Granit, wobei ein Kollabieren der Hohlraumsysteme aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Granits ausgeschlossen ist
- Physikalischer Ausschluss einer möglichen Flutung des Endlagers durch Wasser, insbesondere durch Grundwasser, Meerwasser, dem Wasser aus Binnenseen, hochwasserführender Flüsse oder Tsunamis aufgrund der Höhenlage Endlagers oberhalb aller möglichen Wasserspiegel
- Lagerung der Behälter in dem Endlager mit Abstand oberhalb des Grundwasser- und Meeresspiegels, sowie der maximal erreichbaren Hochwasserpegel umgebender Flüsse
- Zeitlich unbegrenzte räumliche Erweiterungsmöglichkeit des Endlagers für HLW- Abfall
- Zeitlich unbegrenzter sicherer Zugang und Ausgang zum/vom Endlager für HLW- Abfall
- Jederzeitiger sicherer Zugang zum Endlagerungsraum über ein sicheres und technisch sowie funktional eigenständiges Zugangssystem
- Dauerhafte, d.h. zeitlich unbegrenzte passive Funktion des Endlagers nach dessen vollständiger Befüllung ohne technische Hilfsmittel und/oder menschliche oder elektronische Steuerungs- oder Überwachungsaktivitäten.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beide Hohlraumsysteme im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und grundsätzlich steigend in die Gesteinsformation eingebracht sind.
Die parallele Anordnung ermöglicht einen jederzeitigen Zugang zu jedem beliebigen Endlagerort. Die steigende Anordnung der Hohlraumsysteme verhindert zuverlässig jede Ansammlung von Wasser und ermöglicht darüber hinaus eine passive Zwangsbe- und Entlüftung. Aufgrund einer beispielsweise etwa 5%-igen Steigung der Bodenfläche des Endlagerungsraums findet aufgrund der Schwerkraft eine automatische passive Ausleitung von Regenwasser oder sonstigem eintretendem Wasser statt. Mittels der grundsätzlich steigenden Anordnung der Tunnel der Hohlraumsysteme wird außerdem jeweils ein passives Be- und Entlüftungssystem für den Endlagerungsraum und/oder das Zugangssystem geschaffen. Die passive Be- und Entlüftung erfolgt durch die permanente passive Wärmeableitung des HLW im Endlagerungsraum durch Luftstrom nach oben in Kom- bination mit einer passiven Frischluftzufuhr durch die untere Ein- und Austrittsöffnung. Die passive Be- und Entlüftung in dem ersten und/oder zweiten Hohlraumsystem kann darüber hinaus durch den Druckunterschied bzw. den Kamineffekt zwischen einer unteren Ein- und Austrittsöffnung und ein oberen Austrittsöffnung erfolgen. Insgesamt ist das Endlager nach der Befüllung ohne menschliche oder technische Hilfe funktionsfähig. Insbesondere ist es nicht erforderlich, Maschinen oder elektronische Steuerungen betriebsbereit zu halten.
Das erste und/oder zweite Hohlraumsystem kann jeweils eine untere Ein- und Austrittsöffnung aufweisen. Das erste und/oder zweite Hohlraumsystem ist dabei jeweils als durchgängiger Kanal oder Tunnel ausgeführt.
Die Ein- und Austrittsöffnung kann für das Betreten bzw. Verlassen des ersten bzw. zweiten Hohlraumsystems genutzt werden. Gleichzeitig kann die Ein- und Austrittsöffnung der Ausleitung von innerhalb des ersten oder zweiten Hohlraumsystems eintretenden Wassers bei gleichzeitiger Zuführung von Luft aus der Umgebung in das erste oder zweite Hohlraumsystem dienen. Beispielsweise kann die Eintritts- und Austrittsöffnung vergittert sein, wobei die Durchlassöffnungen der Gitterstruktur veränderbar sein können, so dass der hindurchtretende Luftstrom regulierbar sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste und zweite Hohlraumsystem jeweils am oberen Ende eine separate obere Austrittsöffnung ins Freie auf.
Durch die separate Austrittsöffnung kann die Abluft aus dem ersten und/oder zweiten Hohlraumsystem jeweils in die Umgebung abgegeben werden. Die Austrittsöffnung kann dabei ein Gitter mit einem einstellbaren Durchlassquerschnitt für Luft aufweisen, so dass der Abluftstrom aus dem ersten und/oder zweiten Hohlraumsystem durch Veränderung des Durchlassquerschnitts steuerbar sein kann.
Die Verbindungsgänge verlaufen nicht geradlinig und sind im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem ausgeführt. Vorzugsweise sind die Verbindungsgänge bogenförmig. Dieser Verlauf der Verbindungsgänge verhindert im Falle eines undicht gewordenen Behälters die Strahlenkontaminati- on des zweiten Hohlraumsystems. In den Verbindungsgängen können vorzugsweise Verschlusseinrichtungen, wie beispielsweise Türen oder Schleusen vorgesehen sein, welche einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und zweiten Hochraumsystem im geschlossenen Zustand unterbinden und im geöffneten Zustand zulassen.
Die Gesteinsformation ist vorzugsweise ein Kristallingestein, z.B. ein monolithisches Granitgestein.
Granit ist -im Vergleich mit allen anderen natürlichen Materialien- wegen der homogenen monolithischen Struktur, der hohen Masse, der großen Härte und Biegezugfestigkeit besonders für die Anforderungen an ein Endlager für HLW- Abfall geeignet. Granit ist bis 800°C temperaturtolerant, wasserunlöslich, salzbeständig, sehr abriebfest und zahlreiche Granitformationen sind dauerhaft witterungsbeständig.
Zumindest das erste als Endlagerungsraum dienende Hohlraumsystem weist eine passive Entlüftungseinrichtung auf, die eine Wärmeabfuhr ermöglicht. Vorzugsweise beide Hohlraumsysteme für die Endlagerung und den gesicherten Zugang verfügen jeweils über das passive Be- und Entlüftungssystem, das eine Wärmeabfuhr und Frischluftzufuhr unabhängig von aktiven Lüftungssystemen dauerhaft sicherstellt.
Das zweite Hohlraumsystem weist z.B. mindestens einen Abstand von ca. 10 m, vorzugsweise 12 m, von dem ersten Hohlraumsystem auf. Bei einem derartigen Mindestabstand ist die Strahlungssicherheit des zweiten Hohlraumsystems gewährleistet.
Das zweite Hohlraumsystem kann parallel oder parallel und höhenversetzt zu dem ersten Hohlraumsystem verlaufen. Das zweite Hohlraumsystem verläuft dabei vorzugsweise parallel und in vertikaler Richtung betrachtet mit seiner Basis auf der gleichen Höhe oder nach oben höhenversetzt zum ersten Hohlraumsystem. Beide Hohlraumsysteme können nach einer bevorzugten Ausführungsform in vorgegebenen Abständen Entlüftungskanäle aufweisen, die vorzugsweise bogenförmig durch die Gesteinsformation mit Gefälle nach außen verlaufen. Diese Entlüftungskanäle bewirken eine passive Zwangsentlüftung des Endlagers. Durch die spezielle fallende und bogenförmige Anordnung der Entlüftungskanäle kann kein Wasser eindringen und keine Strahlung nach außen gelangen.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlraumsysteme z.B. als Tunnelsysteme spiralförmig, vorzugsweise in der Art einer Doppelhelix oder Mehrfachhelix angeordnet. Es versteht sich, dass die Tunnelsysteme grundsätzlich einen variierenden Querschnitt aufweisen können und auch polygonför- mig in der Spirale verlaufen können. Es versteht sich auch, dass insbesondere das erste Hohlraumsystem mehrere zueinander parallele Tunnelsysteme aufweisen kann, die über das zweite Hohlraumsystem, vorzugsweise aus einem einzigen Tunnelsystem, zugänglich sind.
Das zweite Hohlraumsystem kann dabei als Zugangssystem platzsparend, vorzugsweise innenliegend, angeordnet sein.
Zumindest das erste Hohlraumsystem und ggf. auch die Verbindungsgänge haben vorzugsweise eine derartige Weite, dass Behälter mit radioaktivem Inhalt, insbesondere Atommüllbehälter an einen beliebigen Ort des ersten Hohlraumsystems transportierbar sind und dort bei gefülltem Endlager jederzeit zugänglich und auch nachträglich entfernbar sind.
Die das radioaktive Material enthaltenden Behälter sind in dem ersten Hohlraumsystem mit Abstand von der Bodenfläche lagerbar. Dies gewährleistet, dass kein Kontakt der Behälter mit Wasser auftreten kann.
Das erste Hohlraumsystem kann auch Verzweigungen aufweisen, um den Endlagerungsraum zu vergrößern, solange die Zugänglichkeit, die Entwässerung, die Be- und Entlüftung und die Rückholbarkeit der Behälter garantierenden Grundvoraussetzungen beibehalten werden. Zumindest das erste Hohlraumsystem kann Überwachungsanlagen für Temperatur, radioaktive Strahlung und visuelle Überwachung aufweisen.
In dem ersten Hohlraumsystem kann ein unbemanntes Transportsystem installiert sein.
Die Strömungsquerschnitte der Entlüftungskanäle können drosselbar sein, um den Umfang der Be- oder Entlüftung steuern oder regeln zu können.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bergmassiv als Gesteinsformation verwendet, wobei ein erstes und zweites Hohlraumsystem tunnelförmig in der Gesteinsformation des Bergmassivs hergestellt werden und über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden werden. Das erste Hohlraumsystem wird als Endlagerungsraum für freistehende und auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum zugänglichen und entfernbaren Behältern verwendet. Das zweite Hohlraumsystem wird mit einem derartigen Abstand von dem ersten Hohlraumsystem hergestellt, dass das zweite Hohlraumsystem einen permanenten strahlungsfreien Bereich für den Zugang an unterschiedliche Orte des mindestens einen ersten Hohlraumsystems bildet.
Der Hohlraum wird in Form eines Hohlraumkomplexes hergestellt, wobei mindestens zwei technisch und funktional eigenständige über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen räumlich miteinander verbundene Hohlraumsysteme durch Tunnelvortriebsmaschinen hergestellt werden. Ein erstes Hohlraumsystem wird als Endlagerungsraum verwendet und ein zweites Hohlraumsystem dient als Zugangssystem für den von dem ersten Hohlraumsystem unabhängigen Zugang an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems, wobei das zweite Hohlraumsystem mit einem derartigen Abstand von dem ersten Hohlraumsystem hergestellt wird, dass das zweite Hohlraumsystem einen permanent strahlungs¬ freien Bereich bildet.
Diese Hohlräume können bevorzugt mit Tunnelvortriebsmaschinen hergestellt werden, wobei das Hohlraumsystem nicht an einen bestimmten Tunnelquerschnitt gebunden ist und auch im Verhältnis zu dem Tunnelquerschnitt größere Hallen oder Abzweigungen sowie Bypässe enthalten kann. Beide Hohlraumsysteme werden im Wesentlichen parallel zueinander und grundsätzlich steigend in das Bergmassiv eingebracht.
Das erste Hohlraumsystem kann aufgrund der Wärmeabgabe durch die freistehenden Behälter und einer Frischluftzufuhr permanent Wärme durch Konvektion abführen.
Das zweite Hohlraumsystem kann aufgrund des Druckunterschieds zwischen einer unteren Ein- und Austrittsöffnung und einer oberen Austrittsöffnung einem permanenten Luftstrom ausgesetzt werden.
Die Verbindungsgänge werden nicht geradlinig und im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem hergestellt.
Vorzugsweise für das erste Hohlraumsystem werden in vorgegebenen Abständen, beispielsweise auf jedem Geschoss bzw. alle 360°, bogenförmig mit Gefälle nach außen verlaufende Entlüftungskanäle hergestellt.
Die Hohlraumsysteme werden nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfin¬ dung spiralförmig, vorzugsweise in der Art einer Doppelhelix, hergestellt.
Unter Hohlraumsystem als Endlagerungsraum ist eine fortlaufende Aneinanderreihung von Hohlräumen zu verstehen, die für die Endlagerung von HLW-Abfall geeignet ist. Diese Hohlräume sind derart dimensioniert, dass Transportfahrzeuge auch bei vollständiger Belegung der Lagerungsorte mit Behältern noch manövrierfähig sind und jeder einzelne Behälter jederzeit und insbesondere auch für eine unbegrenzt lange Zeit nach der Lagerung auf Dauer zugänglich bleibt.
Die Kombination aus der Verwendung eines Bergmassivs als Endlager für HLW- Abfall mit der Höhenlage des Endlagers in einem Bergmassiv, der geometrischen Form des Endlagers, z.B. in Form einer Doppelhelix, mit technisch und funktional eigenständigem gesicherten Zugangssystem und dadurch geschaffenem Fluchtweg und der Verwendung eines spiralförmigen definitiven Endlagerraumes mit frei stehenden und permanent überwachbaren und damit dauerhaft sicheren Be- hältern mit HLW-Abfall bietet besondere Vorteile, nämlich die passive Belüftung- und Entlüftung, die Wasserausleitung sowie die zeitlich unbegrenzte physische Rückholmöglichkeit der Behälter.
Die Belüftung der Hohlraumsysteme kann bevorzugt durch Drosselung der Entlüftungsquerschnitte der Entlüftungskanäle geregelt werden.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des
Endlagers im Bergmassiv,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des Endlagers,
Fig. 3a,
3b, 3c Schnitte durch die Hohlraumsysteme des ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 4 eine schematische Seitenansicht durch das zweite Ausführungsbeispiel eines Endlagers,
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Hohlraumsysteme des zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 6a,
6b,6c Schnitte durch die Hohlraumsysteme des zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 7 alternative Ausführungsformen des ersten Hohlraumsystems, und
Fig. 8 die Anordnung des Endlagers in einem Bergmassiv. Der hochradioaktive und wärmeerzeugende atomare Restmüll wird in einem Endlager 1 in einem Bergmassiv 2, z.B. einem monolithischen Granit, der sich an ei¬ ner Stelle über die umgebende Erdoberfläche hinaus erhebt, endgelagert. Diese Anordnung in einem Bergmassiv 2 bietet im Vergleich mit allen anderen bekannten Orten für die Endlagerung von hochradioaktivem Atommüll wesentliche Vorteile, die nachfolgend beschrieben werden.
Das Endlager 1 in Form von zwei Hohlraumsystemen 4, 6 gleicht bei einer bevorzugten in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform einer Doppelhelix 16, mit zwei parallel verlaufenden und vorzugsweise kontinuierlich ansteigenden Tunnelgängen, die nach oben in das Bergmassiv 2 getrieben werden. Die beiden zunächst räumlich unabhängigen Spiralen werden vorzugsweise auf jedem Geschoß 8 durch einen horizontalen, bogenförmigen Verbindungsgang 14 räumlich miteinander verbunden. Das erste Hohlraumsystem 4 bildet den definitiven Endlagerungsraum 10 für die frei stehenden Behälter 20 mit hochradioaktiv strahlendem und wärmeerzeugendem Atommüll (HLW). Der Raum innerhalb des ersten Hohlraumsystems 4 mit einem z. B. parabelförmigen Querschnitt hat im Querschnitt an der Basis eine Breite von z.B. 12 m und in der Mitte eine Höhe von z.B. 9 m, die Steigung der Bodenfläche 34a beträgt beispielsweise ca. 5%. Aufgrund der Steigung hat jedes Geschoss 8 einen statisch und strahlungstechnisch sicheren Abstand von dem benachbarten Geschoss 8. Der Querschnitt des Wand- und Deckenbereichs wird aus statischen Gründen vorzugsweise bogenförmig, z.B. parabelförmig, ausgeführt. Der Kreis, der im Horizontalschnitt die innere Begrenzung des ersten Hohlraumsystems 4 bildet, hat beispielsweise einen Durchmesser von ca. 150 m. Der Kreis, der die äußere Begrenzung des ersten Hohlraumsystems 4 bildet, hat beispielsweise einen Durchmesser von ca. 174 m. Daraus ergibt sich beispielsweise eine Tunnelbreite des ersten Hohlraumsystems 4 von ca. 12 m. Neben der unteren Ein- und Austrittsöffnung 30 zum ersten Hohlraumsystem 4 befindet sich eine separate Ein- und Austrittsöffnung 26 zu einem temporären Lagerraum 28 innerhalb des Bergmassives 2 für neu eintreffende Behälter 20, um diese von dort aus einzeln über einen Verbindungsgang 35 zum ersten Hohlraumsystem 4 zu transportieren, von wo aus die Behälter 20 beispielsweise über ein automatisches (nicht dargestelltes) Transportsystem zu dem vorgesehenen Lagerort gefahren werden. Die unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 des ersten und zweiten Hohlraumsystems 4, 6, sowie die Ein- und Austrittsöffnung 26 des temporären Lagerraums 28 befinden sich im wesentlichen auf einer gemeinsamen Zutrittsebene 44, worüber das atomare Endlager 1 am unteren Ende erreicht werden kann. Weitere separate Räume 29 können innerhalb des Bergmassivs 2 für technische Arbeiten geschaffen werden, z.B. für die Umverpackung radioaktiven Abfalls, oder für eine technische Leit- und Steuerzentrale sowie Büros und Aufenthaltsräume für das Personal.
Das zweite, vorzugsweise innere Hohlraumsystem 6 mit z. B. parabelförmigem Querschnitt dient als Zugangssystem 12, sowie als Fluchtweg. Dieser Bereich ist ein strahlungsfreier Bereich und stellt für die gesamte Lebensdauer des atomaren Endlagers 1 den ungefährdeten Zugang zu beliebigen Orten des Endlagers und einen jederzeit verfügbaren Fluchtweg sicher. Das zweite Hohlraumsystem 6 befindet sich in einem lichten Abstand von mindestens 6 m, beispielsweise ca. 12 m, vorzugsweise innerhalb des ersten Hohlraumsystems 4. Dieses zweite Hohlraumsystem 6 verläuft vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum ersten Hohlraumsystem 4. Das zweite Hohlraumsystem 6 kann beispielsweise im Querschnitt an der Basis eine Tunnelbreite von ca. 9 m und in der Mitte eine Höhe von ca. 6 m aufweisen. Das zweite Hohlraumsystem 6 kann außerdem, wie in Fig. 4 gezeigt, höhenversetzt zum ersten Hohlraumsystem 4 verlaufen. Die Basis des zweiten Hohlraumsystems 6 verläuft beispielsweise ca. 11 m oberhalb der Basis des ersten Hohlraumsystems 4. Entlüftungskanäle 18 führen von dem ersten Hohlraumsystem 4 auf jedem Geschoss 8 (jeweils nach 360°), z.B. mit einem Gefälle von mindestens 1,5%, vorzugsweise in einem leichten Bogen, nach außen.
Nach einer abgewandelten Ausführungsform kann, sofern das zweite Hohlraumsystem 6 gleich in seiner endgültigen Ausformung fertiggestellt werden kann, lediglich einen einzigen Entlüftungskanal mit einer Austrittsöffnung 41 am oberen Ende des zweiten Hohlraumsystems 6 aufweisen. Das zweite Hohlraumsystem 6 endet dann am oberen Ende in einer Austrittsöffnung 41, die ins Freie führt. Dies hat den Vorteil, dass die Basis des zweiten Hohlraumsystems 6, wie in Fig. 1 gezeigt, auf der gleichen Höhe verläuft, wie die Basis des ersten Hohlraumsystems 4. Die Verbindungsgänge 14 in jedem Geschoss 8 zwischen dem ersten Hohl- raumsystem 4 und dem zweiten Hohlraumsystem 6 können z. B. nur jeweils ca. 12 m lang sein.
Das Endlager 1 liegt auf einem Höhenniveau, das sich in jedem Fall weit über dem Meeresspiegel und z.B. mindestens 50 m über der Höhe befindet, die das Grundwasser oder Hochwasser führende Flüsse in der Umgebung des Endlagers 1 maximal erreichen können.
Das atomare Endlager 1 für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll befindet sich in einem Bergmassiv 2 aus monolithischem Granit. Die Mindestwanddicke des ersten Hohlraumsystems 4, z.B. eines Tunnelsystems, das den definitiven Endlagerungsraum 10 bildet, soll mindestens ca. 6 m betragen. Prinzipiell ist die Mindestwanddicke bei dieser geometrischen Formation frei bestimmbar und kann auch größer dimensioniert werden. Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Konzepten bleibt bei der Endlagerung von HLW-Abfall im Endlager 1 die primäre Abschirmung für die Strahlung durch die Behälter 20 dauerhaft erhalten. Diese erste technische Abschirmung ist aus vorzugsweise korrosionsfestem Metall, und stellt einen hinreichenden und dauerhaften Schutz vor radioaktiver Strahlung sicher, damit sich Menschen in unmittelbarer Nähe ungefährdet aufhalten können. Weil bei dem beschriebenen Endlager 1 die erste technische Strahlenabschirmung dauerhaft erhalten bleiben kann, bildet die Strahlen- schutzwirkung der Gesteinsformation eine zusätzliche zweite Strahlenabschirmung. Wichtig ist, dass die räumliche Struktur des Endlagers 1 dauerhaft erhalten bleibt. Das ist im Falle von Granit für äußerst lange Zeiträume garantiert.
Das atomare Endlager 1 für hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll befindet sich in einem Bergmassiv 2 aus vorzugsweise monolithischem Granit mit einer großen Masse, einer hohen Härte und Biegezugfestigkeit. Die räumliche Struktur des Endlagers 1 kann deshalb durch ein Erdbeben nicht beeinträchtigt werden. Da sich die unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 und damit auch die Zutrittsebene 44 des Endlagers 1 oberhalb des Meeresspiegels in einer Höhe von mindestens 50 m über der Höhe, die das Grundwasser oder Hochwasser führende Flüsse in der Umgebung des Endlagers 1 maximal erreichen können, befindet, ist das Eindringen von Wasser infolge eines Erdbebens ausgeschlossen. Der monolithische Granit, der mindestens eine Wandstärke von ca. 6 m aufweist, stellt wegen seiner großen homogenen Masse und hohen Härte einen dauerhaften Schutz vor einem etwaigen Flugzeugabsturz dar. Der monolithische Granit bietet durch seine hohe und homogene Masse mit einer hohen Härte und Biegezugfestigkeit die höchste denkbare statische Sicherheit. Ein Kollabieren der räumlichen Struktur ist praktisch ausgeschlossen.
Die Kapazität des Endlagers 1 wird entsprechend der endzulagernden Menge des hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommülls ausgelegt. In Deutschland handelt es sich bis zum Ende der atomaren Stromerzeugung um ca. 10.000 t Atommüll. Daraus errechnet sich eine Zahl von ca. 3.000 Behältern heutiger Bauart.
Die Kapazität des Endlagers 1 kann im Bedarfsfall erweitert werden, da die Bergbaumaschinen z.B. Tunnelvortriebsmaschinen einsatzfähig im Endlager 1 am oberen Ende des Tunnels verbleiben können.
Das zweite Hohlraumsystem 6 und die Verbindungsgänge 14 sind in ihrer Dimensionierung so zu gestalten, dass die dauerhafte Versorgung der Bergbaumaschinen mit allen erforderlichen Ersatzteilen gewährleistet bleibt. Die bergmännischen Arbeiten im ersten Hohlraumsystem 4 sollen vorzugsweise jederzeit einen Vorsprung von mindestens einem Geschoss (360°) zu den endgelagerten Behältern 20 mit Atommüll aufweisen. Eine temporäre Abschottung zwischen den endgelagerten Behältern 20 und dem Erweiterungsort in dem ersten Hohlraumsystem 4 kann als zusätzliche Sicherheit vorgesehen werden.
Der in den endzulagernden Behältern 20 und Fässern enthaltene hochradioaktive, atomare Restmüll produziert durch die anhaltenden Zerfallsprozesse sehr viel Wärme, die über die Oberflächen der Behälter 20 an die Luft in dem ersten Hohlraumsystem 4 abgegeben wird. Diese permanent erzeugte Wärme ist der Motor für die Luftströmung, die ohne Unterbrechung die Wärme konvektiv nach außen ableitet. Unabhängig davon entsteht eine ununterbrochene Luftströmung durch die vorliegende Druckdifferenz im Bereich der unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31, des Endlagers 1 und den höher gelegenen Entlüftungskanälen 18, 19 sowie den Austrittsöffnungen 40, 41 des Endlagers 1, die sich wegen der Höhen- differenz in einem Bereich mit niedrigerem Luftdruck befinden (Kamineffekt). Die Entlüftungskanäle 18, 19 befinden sich vorzugsweise auf jeder Etage zumindest des ersten und optional auch des zweiten Hohlraumsystems 4, 6 vorzugsweise im jeweils dünnsten Bereich des Felsens - beginnend unterhalb des höchsten äußeren Punktes des betreffenden Hohlraumsystems 4, 6 - und werden mit leichtem Gefälle in einem Bogen nach außen geführt. Das Gefälle nach außen stellt sicher, dass kein Wasser von außen in die Hohlraumsysteme 4, 6 eindringen kann. Die Bogenform der Entlüftungskanäle 18 wird so gestaltet, dass keine direkte Strahlung aus dem ersten Hohlraumsystem 4 nach außen dringen kann. Der Durchmesser bzw. die Höhe der Entlüftungskanäle 18, 19 sowie der oberen Austrittsöffnungen 40, 41 beträgt beispielsweise 2,20 m, so dass sie auch als Notausstieg verwendbar sind. Die Entlüftungskanäle 19 sowie die oberen Austrittsöffnung 41 des zweiten Hohlraumsystems 6 können in gleicher Weise ausgeführt werden. Jeder Entlüftungskanal 18, 19 sowie die oberen Austrittsöffnungen 40, 41 können im äußeren Bereich mit einem steuerbaren oder einstellbaren Lamellenvorhang aus einem sehr stabilen Material, z.B. Kohlefaserverbundstoff, ausgestattet sein, um in jedem Bereich des Endlagers 1 die Wärmeableitung und Frischluftzufuhr regulieren zu können. Die Dimensionierung der Entlüftungskanäle 18 und 19, sowie der oberen Austrittsöffnungen 40, 41 und der unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 werden so gewählt, dass die Zirkulation bzw. Luftausleitung passiv (ohne Ventilatoren) funktioniert.
Die ständige Frischluftzufuhr durch die unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 ist eine direkte Folge der dauerhaften Wärmeabgabe und der Kaminwirkung. In dem Maße, indem die Luft über die Entlüftungskanäle 18, 19 sowie die oberen Austrittsöffnungen 40, 41 passiv nach außen abgeleitet wird, strömt frische Luft im Bereich der unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30,31 an der Basis der Hohlraumsysteme 4, 6 des Endlagers 1 in das erste und zweite Hohlraumsystem 4, 6. Die Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 sind dabei vorzugsweise vergittert mit ei¬ nem einstellbaren Durchlassquerschnitt des Gitters, wobei durch Einstellung des Durchlassquerschnitts der zuströmende Luftstrom in die Hohlraumsysteme 4, 6 eingestellt werden kann.
Die Höhenlage des Endlagers 1 in einem Bergmassiv 2 verhindert zuverlässig eine Flutung durch Grundwasser, einen ansteigenden Meeresspiegel, temporäres Hochwasser in Flussiäufen oder einen Tsunami. Regenwasser, welches durch Spalten in das erste oder zweite Hohlraumsystem 4, 6 einsickern könnte, wird wegen des kontinuierlichen Gefälles zu den unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 direkt an der Basis in der Zutrittsebene 44 oder über die Entlüftungskanäle 18, 19 ausgeleitet (passive Funktion, ohne zusätzliche Maßnahmen wie zum Beispiel der Einsatz von Pumpen). Etwaiges austretendes Wasser hat wegen der dauerhaften Schutzwirkung der Behälter 20 keine Berührung mit eingelagertem Atommüll und kann deshalb nicht kontaminiert sein. Im Bedarfsfall kann es un¬ tersucht werden.
Der Korrosionsschutz der Behälter 20 aus Eisen, Kupfer oder Edelstahl für die Endlagerung hochradioaktiven und wärmeerzeugenden atomaren Mülls ergibt sich aus der Abwesenheit von Wasser. Wegen der Höhenlage des Endlagers 1 ist eine Flutung ausgeschlossen. Geringe Mengen Regenwasser könnten über Risse im Granit des Endlagers 1 in das erste und zweite Hohlraumsystem 4, 6 eindringen. Diese geringen Mengen Regenwasser werden wegen des Gefälles der Hohlraumsysteme 4, 6 nach unten in den Bereich der unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30, 31 an der Zutrittsebene 44 der Hohlraumsysteme 4, 6 fließen und können über die unteren Ein- und Austrittsöffnungen 30,31 ausgeleitet werden. Wahrscheinlicher ist, dass die geringen Mengen eindringenden Regenwassers wegen der starken Durchlüftung und der hohen Temperaturen verdunsten und mit der Abluft nach außen transportiert werden. Eine Kontamination des Wassers ist nicht möglich.
Der Zugang und der Ausgang zum Endlagerungsraum 10 des Endlagers 1 bleiben durch die physikalischen Eigenschaften des Granits, der Höhenlage des Endlagers 1, der geometrischen Form der Doppelhelix mit kontinuierlichem Anstieg, der passiven Wärme- und Wasserableitung sowie der unterbrechungsfreien passiven Frischluftzufuhr dauerhaft gesichert.
Da die endzulagernden Behälter 20 mit hochradioaktiv strahlendem Atommüll frei in der Mitte des ersten Hohlraumsystems 4 auf Podesten 32 stehen, ist eine ständige visuelle Überwachung, z.B. mit Kameras, Temperaturüberwachung mit Sensoren und Strahlungsüberwachung, z.B. mit fest installierten Messgeräten möglich. Im Schadensfall kann ein Behälter 20 sofort geborgen und gesichert werden. Die Qualität der Luft, ihre Strömungsgeschwindigkeit sowie die Luftfeuchtigkeit können ebenfalls unterbrechungsfrei gemessen werden.
Das Endlager 1 ist so dimensioniert, dass nach dessen vollständiger Befüllung seine dauerhafte Funktionsfähigkeit ohne den Einsatz zusätzlicher Technik wie Pumpen, Ventilatoren oder menschlicher Aktivitäten sichergestellt ist.
Die endzulagernden Behälter 20 mit HLW-Abfall werden in dem ersten Hohlraum¬ system 4 im mittleren Bereich des nach oben führenden Endlagerraumes 10 auf vorzugsweise aus Granitblöcken bestehenden Podesten 32, die mindestens 20 cm über die Bodenfläche 34a des ersten Hohlraumsystems 4 hinausragen, abgestellt. Die vorzugsweise auf der Bodenoberfläche 34a fixierten Podeste 32 haben z.B. eine Größe von 5 m x 10 m und ermöglichen die horizontale Lagerung der Behälter 20 trotz leicht steigender Bodenfläche 34a. Spezialfahrzeuge können die Podeste 32 360° umfahren und jeden gelagerten Behälter 20 im Bedarfsfall aufnehmen und abtransportieren. Jeder einzelne Behälter 20 kann in kurzer Zeit, z. B. in weniger als 24 Stunden, geborgen werden. Die Abstände zwischen den Po¬ desten 32 betragen z.B. 3,5 m.
Die Technik der Transmutation kann möglicherweise in Zukunft eingesetzt wer¬ den, um die hochradioaktive Strahlung des Atommülls schneller und dauerhaft zu reduzieren. Dieses Verfahren wird derzeit noch weiter entwickelt. Deshalb besteht eine Chance, bereits eingelagerten Atommüll zu einem späteren Zeitpunkt zu bergen, um die hochradioaktive Strahlung zu eliminieren oder zu reduzieren. Das beschriebene Endlager 1 bietet die zeitlich unbegrenzte Möglichkeit der Rückholung und Nachbearbeitung des bereits eingelagerten, hochradioaktiv strahlenden Atommülls.
Neu eintreffende, endzulagernde Behälter 20 werden zunächst über eine separate Ein- und Austrittsöffnung 26 in den speziellen temporären Lagerraum 28 gebracht, der sich neben der unteren Ein- und Austrittsöffnung 30 zum Hohlraumsystem 4 befindet. Der temporäre Lagerraum 28 kann als Pufferspeicher des Endlagerraums 10 für Behälter 20 mit atomaren Abfall dienen. Dieser Raum hat über einen kurzen Verbindungsgang 35 Verbindung zum untersten Startpunkt des ersten Hohlraumsystems 4, dem definitiven Endlagerungsraum 10. Die ein- zelnen Behälter 20 oder Fässer werden von einem speziellen Gabelstapler auf ein spezielles Fahrzeug am Startpunkt des ersten Hohlraumsystems 4 geladen. Dieses transportiert den endzulagernden Behälter 20 eigenständig auf die Höhe, auf der er endgelagert werden soll. Die Lenkung des vorzugsweise elektrisch betriebenen Fahrzeuges kann zum Beispiel mittels eines an der äußeren Wand des ersten Hohlraumsystems 4 montierten Führungssystems, ähnlich einem Treppenaufzug für gehbehinderte Menschen und/oder optisch gesteuert und /oder lasergeführt erfolgen.
Hat das vorzugsweise unbemannte und elektrisch angetriebene Fahrzeug mit einem Behälter 20 den Einlagerungsort erreicht, wird der Behälter 20 dort von einem speziellen individuell beweglichen und vorzugsweise elektrisch angetriebenen Transportfahrzeug übernommen und an dem vorgesehenen Endlagerplatz positioniert.
Die in der Beschreibung der Hohlraumsysteme 4, 6 genannten beispielhaften Maße erfordern im Falle einer benötigten Lagerkapazität von 10.000 t insgesamt eine Bauhöhe von ca. sieben Geschossen 8. Davon entfallen fünf Geschosse 8 auf den Endlagerungsraum 10 und jeweils ein von Behältern 20 freibleibendes Ge- schoss 8 als Sicherheitsabstand im unteren und oberen Bereich als Abschluss.
Die Fign. 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Hohlraumsysteme 4, 6 parallel zueinander verlaufen und jeweils auf der gleichen Ebene befindlich sind, wie am besten aus den Fign. 1 und 3c ersichtlich ist.
Die Fign. 4 bis 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Hohlraumsysteme 4, 6 parallel zueinander verlaufen, jedoch höhenversetzt in unterschiedlichen Ebenen verlaufen. Die Bodenfläche 34a, 34b der Hohlraumsysteme 4, 6 weist jeweils eine vorzugsweise stetige Steigung von vorzugsweise ca. 5 Prozent auf, wie am besten aus den Fign. 3b und 6b ersichtlich ist.
Die Entlüftungskanäle 19 des zweiten Hohlraumsystems 6 können entfallen, wenn am oberen Ende des Zugangssystems 12 z. B. ein nach außen tretender Entlüftungskanal mit einer oberen Austrittsöffnung 41 vorgesehen ist oder das Zugangssystem 12 ins Freie mündet. Die Figuren 3c und 6c zeigen jeweils einen vertikalen Schnitt durch die Hohlraumsysteme 4, 6 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, während die Figuren 3a, 3b, 6a und 6b jeweils einen Schnitt in einer horizontalen bzw. vertikalen Ebene in Längsrichtung des ersten Hohlraumsystems 4 zeigen.
Fig. 7 zeigt Varianten des ersten Hohlraumsystems 4, bei denen durch Abzweigungen 36, 38, z.B. in der Art eines Bypasses, zusätzlicher Endlagerungsraum 10 geschaffen ist. Selbstverständlich können auch mehrere Hohlraumsysteme 4 ei¬ nem einzigen Hohlraumsystem 6 zugeordnet sein. Beispielsweise könnten mehrere zueinander parallele oder parallele und höhen versetzte vorzugsweise spiralförmige Endlagerungsräume 10 einem entsprechenden Zugangssystem 12 zugeordnet sein.
Fig. 8 zeigt die Anordnung des Endlagers 1 in dem Bergmassiv 2.
B E Z U G S Z E I C H E N L I S T E
1 atomares Endlager
2 Bergmassiv
4 erstes Hohlraumsystem
6 zweites Hohlraumsystem
8 Geschoss
10 Endlagerungsraum
12 Zugangssystem
14 Verbindungsgang (zwischen dem ersten und zweiten Hohlraumsystem)
16 Doppelhelix
18 Entlüftungskanäle (des ersten Hohlraumsystems)
19 Entlüftungskanäle (des zweiten Hohlraumsystems)
20 Behälter (für den atomaren Abfall)
26 Ein- und Austrittsöffnung (des temporären Lagerraums)
28 temporärer Lagerraum
29 separate Räume
30 untere Ein- und Austrittsöffnung (des ersten Hohlraumsystems)
31 untere Ein- und Austrittsöffnung (des zweiten Hohlraumsystems)
32 fixierte Podeste
34a Bodenfläche (des ersten Hohlraumsystems)
34b Bodenfläche (des zweiten Hohlraumsystems)
35 Verbindungsgang (des temp. Lagerraums zum Endlagerungsraum)
36 Abzweigungen (des ersten Hohlraumsystems)
38 Abzweigungen (des ersten Hohlraumsystems)
40 obere Austrittsöffnung (des ersten Hohlraumsystems)
41 obere Austrittsöffnung (des zweiten Hohlraumsystems)
44 gemeinsame Zutrittsebene

Claims

Ansprüche
1. Endlager (1) für die Lagerung von radioaktivem Material in einer Gesteinsformation, wobei mindestens zwei voneinander beabstandete Hohlraumsysteme (4,6) vorgesehen sind, und wobei ein erstes Hohlraumsystem (4) einen Endlagerungsraum (10) für das radioaktive Material in Behältern (20) bildet und das zweite Hohlraumsystem (6) ein Zugangssystem (12) bildet,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
die Gesteinsformation ein Bergmassiv (2) ist, in dem das erste und zweite Hohlraumsystem (4,6) über Verbindungsgänge (14) an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden sind, wobei das erste Hohlraumsystem (4) einen Endlagerungsraum (10) bildet, bei dem die Behälter (20) frei stehend und auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum (10) zugänglich und entfernbar sind, und das zweite Hohlraumsystem (6) ein permanent den Zugang ermöglichendes Zugangssystem (12) bildet, das einen derartigen Abstand von dem Endlagerungsraum (10) aufweist, dass das Zugangssystem (12) einen strahlungsfreien Bereich für den Zugang zu dem Endlagerungsraum (10) an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems (4) bildet.
2. Endlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hohlraumsysteme (4,6) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und grundsätzlich steigend in das Bergmassiv (2) eingebracht sind.
3. Endlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Hohlraumsystem (4,6) jeweils eine separate untere Ein- und Austrittsöffnung (30,31) aufweist.
4. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Hohlraumsystem (4,6) jeweils am oberen Ende eine separate obere Austrittsöffnung (40, 41) ins Freie aufweisen.
5. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsgänge (14) und die Hohlraumsysteme (4,6) zumin- dest teilweise tunnelförmig ausgebildet sind und die Verbindungsgänge (14) nicht geradlinig und im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem (4) verlaufen.
Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumsysteme (4,6) jeweils mindestens eine passive Entlüftungseinrichtung aufweisen.
Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlraumsystem (6) parallel auf gleicher Höhe oder höhenversetzt zu dem ersten Hohlraumsystem (4) verläuft.
8. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Entlüftungseinrichtung in vorgegebenen Abständen Entlüftungskanäle (18) aufweist, die vorzugsweise bogenförmig durch das Bergmassiv (2) mit Gefälle nach außen verlaufen.
9. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlraumsysteme (4,6) spiralförmig, vorzugsweise in der Art einer Doppelhelix (16) oder Mehrfachhelix angeordnet sind.
10. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Hohlraumsystem (6) relativ zum ersten Hohlraumsystem (4) innenliegend ist.
11. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Hohlraumsystem (4) eine derartige Weite aufweist, dass Behälter (20) mit radioaktivem Inhalt, insbesondere Atommüllbehälter an einen beliebigen Ort des ersten Hohlraumsystems (4) transportierbar sind und von dort auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum (10) zugänglich und entfernbar sind.
12. Endlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlraumsystem (4) Verzweigungen aufweisen kann.
13. Verfahren zum Herstellen eines Endlagers (1) für die Lagerung von in Behältern (20) befindlichem radioaktivem Material in einer Gesteinsformation, durch Herstellen von mindestens zwei voneinander beabstandeten Hohlraumsystemen (4, 6), die von Gesteinsmaterial umgeben ist, wobei das erste Hohlraumsystem (4) als Endlagerungsraum (10) für Behälter (20) und das zweite Hohlraumsystem (6) als Zugangssystem (12) verwendet wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s
das erste und zweite Hohlraumsystem (4, 6) tunnelförmig in der Gesteinsformation des Bergmassivs (2) hergestellt werden, und über Verbindungsgänge (14) an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden werden, wobei das erste Hohlraumsystem (4) als Endlagerungsraum (10) für freistehende und auch bei vollständig gefülltem Endlagerungsraum (10) zugängliche und entfernbare Behältern (20) verwendet wird, und wobei das zweite Hohlraumsystem (6) mit einem derartigen Abstand von dem ersten Hohlraumsystem (4) hergestellt wird, dass das zweite Hohlraumsystem (6) einen permanenten strahlungsfreien Bereich für den Zugang an unterschiedliche Orte des mindestens einen ersten Hohlraumsystems (4) bildet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hohlraumsysteme (4,6) im Wesentlichen parallel zueinander und grundsätzlich steigend in das Bergmassiv (2) eingebracht werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlraumsystem (4) aufgrund der Wärmeabgabe durch die freistehenden Behälter (20) und einer Frischluftzufuhr permanent Wärme durch Konvektion abführt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsgänge (14) zwischen den Hohlraumsystemen (4,6) nicht geradlinig und im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem (4) hergestellt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Hohlraumsystem (4) in vorgegebenen Abständen zwangsentlüftet wird, und das zweite Hohlraumsystem (6) zumindest am oberen Ende in einen nach außen führenden Entlüftungskanal mündet.
18. Verwendung eines Bergmassivs aus einer Gesteinsformation, vorzugsweise Granitgestein, als Endlager nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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