Beschreibung
Lagertransportsystem und Verfahren zum Lagern und zum Transport von radioaktiven Abfällen
Die Erfindung betrifft ein Lagertransportsystem sowie ein Verfahren zum Lagern und zum Transport von radioaktiven Abfällen.
Im Anschluss an eine wirtschaftliche Verwertung von radioaktiven Stoffen müssen diese aufgrund der Reststrahlung und der langen Halbwertszeiten geeignet entsorgt werden. Insbesondere bei der Erzeugung von Energie mittels Kern kraft fallen erhebliche Mengen an radioaktiven Abfällen an. Neben den abgebrannten Brennelementen sind dies auch schwach- und mittelaktive radioaktive Abfälle, beispielsweise kontaminierte Betriebsmittel. Flüssige radioaktive Abfälle werden oftmals in einer Zementie- rungsanlage zu einer festen Masse vergossen, die beispielsweise in Fässer eingefüllt wird.
Aufgrund der sehr langen Halbwertszeiten muss eine sichere Lagerung der Abfälle gewährleistet werden. Gegenwärtig werden die radioaktiven Abfälle in Deutschland in Zwischenlagern über einen Zeitraum von mehreren Jahren gelagert, bis sie am Ende in ein noch zu bestimmendes Endlager verfrachtet werden.
Es ist daher erforderlich, dass diese Behälter, in denen die radioaktiven Abfälle eingebracht sind, sowohl den Anforderungen für die Lagerung im Zwischenlager und im Endlager als auch den Anforderungen für einen notwendigen Transport beispielsweise zwischen dem Zwischenlager und dem Endlager genügen müssen. Hierdurch sind insgesamt sehr hohe Anforderungen an die Behälter gestellt sowohl im Hinblick auf die Abschirmung der Strahlung des im Behälter befindlichen radioaktiven Abfalls als auch im Hinblick auf eine ausreichend hohe Transportsicherheit, beispielsweise durch eine ausreichend hohe mechanische Stabilität, um bei einem Unfall während des Transports den Austritt von Radioaktivität sicher zu vermeiden. Weiterhin müssen die Behälter transportierbar und handhabbar ausgebildet sein. Durch diese Anforderungen sind heutige Transport- und Lagerbehälter sehr aufwändig und entsprechend teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine vereinfachte und kostengünstigere Lagerung sowie einen vereinfachten und kostengünstigeren Transport insbesondere von schwach- und mittelaktiven radioaktiven Abfällen zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Lagertransportsystem zur Lagerung und zum Transport von radioaktiven Abfällen, bei dem ein Lagerbehälter zur Aufnahme der radioaktiven Abfälle vorgesehen ist, wobei der Lagerbehälter derart ausgebildet ist, dass er lediglich die Anforderungen für die Lagerung in einem Lager, insbesondere Zwischenlager erfüllt, nicht jedoch die Anforderungen für einen Transport außerhalb des Lagers, und wobei der Lagerbehälter zum Transport außerhalb des Lagers zur Anordnung in einem Transportbehälter vorgesehen ist, welcher derart ausgebildet ist, dass die höheren Transportanforderungen erfüllt sind.
Dieser Ausgestaltung liegt die Idee zu Grunde, die unterschiedlichen Anforderungen an die Lagerung und Transport dadurch zu berücksichtigen, dass die Lager- von der Transportfunktion eines Behälters für radioaktive Abfälle getrennt und auf zwei für unterschiedliche Anforderungen ausgelegte Behälter aufgeteilt sind. Und zwar ist ein spezieller Lagerbehälter vorgesehen, welcher zum Transport in einen geeigneten Transportbehälter verfrachtet wird. Aufgrund der geringeren Anforderungen für die Lagerung im Zwischenlager kann durch diese Maßnahme der Lagerbehälter deutlich einfacher und insbesondere kostengünstiger ausgebildet werden als dies bei den heute üblichen Behältern möglich ist, die sowohl für die Lagerung als auch für den Transport ausgelegt sind.
Durch die Trennung der Lager- von der Transportfunktion ist zudem die Möglichkeit offen gehalten, unterschiedliche Lagersysteme für das Endlager auszuwählen. Da die Zwischenlager beispielsweise auf eine Lagerzeit von 30 Jahren ausgelegt sind, können hierdurch technische Entwicklungen und Erkenntnisse für die Endlagerung berücksichtigt werden.
An die Behälter werden insbesondere Anforderungen einerseits im Hinblick auf die Abschirmung der radioaktiven Strahlung und andererseits im Hinblick auf die mechanische Stabilität gestellt. Beide Anforderungen sind üblicherweise im Zwischenlager
deutlich geringer, da beispielsweise bei der Lagerung im Vergleich zum Transport kein Unfallrisiko besteht (mechanische Stabilität). Auch wird durch das Zwischenlager selbst, welches beispielsweise unmittelbar auf dem Gelände einer kerntechnischen Anlage als ein eigener Gebäudetrakt ausgebildet ist, eine Abschirmleistung für die ra- dioaktive Strahlung übernommen, wohingegen beim Transport der Behälter unmittelbar mit der Umgebung in Kontakt kommt und daher eine bessere Abschirmung aufweisen muss als im Zwischenlager. Die Behälter müssen dabei derart ausgelegt sein, dass eine zulässige maximale Strahlendosisleistung nicht überschritten wird.
Zweckdienlicherweise ist der Lagerbehälter hierzu lediglich für die Einhaltung einer höheren maximalen zulässigen Strahlendosisleistung im Zwischenlager, nicht jedoch für die Einhaltung einer niedrigeren maximalen zulässigen Strahlendosisleistung außerhalb des Zwischenlagers ausgebildet. Erst durch die Anordnung des Lagerbehälters im Transportbehälters wird auch die niedrigere maximal zulässige Strahlendosisleistung außerhalb des Zwischenlagers unterschritten.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist der Lagerbehälter zur Anordnung mehrerer Gebinde mit radioaktiven Abfällen, insbesondere zur Anordnung von Fässern vorgesehen. Hierdurch ist die Handhabung der Gebinde vereinfacht und eine gemeinsame Handhabung ermöglicht. Auch besteht die Möglichkeit, bei Bedarf zusätzliche Maßnahmen zur Abschirmung als auch zur Erhöhung der mechanischen Stabilität vorzusehen. So werden beispielsweise für eine Endlagerung die in dem Lagerbehälter eingelagerten Gebinde bevorzugt im Lagerbehälter eingegossen. In alternativ vorteilhafter Ausgestaltung ist der Lagerbehälter ohne Rückgriff auf Gebinde zur Aufnahme von festem radioaktivem Abfall vorgesehen.
Um eine Zugänglichkeit zu den einzelnen Gebinden, insbesondere Fässern, im Lagerbehälter zu gewährleisten, ist in einer zweckdienlichen Weiterbildung vorgesehen, dass der Lagerbehälter lediglich von einem lose oder lösbar angeordneten Deckel ver- schlössen ist. Durch diese Maßnahme ist es also jederzeit möglich den Deckel zu entfernen und die eingelagerten Fässer beispielsweise automatisch zu inspizieren und zu kontrollieren. Darüber hinaus ist auch die Handhabung der einzelnen Gebinde möglich. Insbesondere wird durch die Ausgestaltung mit dem losen Deckel die Möglichkeit offen
gehalten, für die Endlagerung die einzelnen Gebinde entsprechend neuesten technologischen Erkenntnissen einzulagern.
Für eine möglichst platzsparende und stabile Lagerung im Zwischenlager ist der Lager- behälter bevorzugt stapelbar ausgebildet. Hierzu weist dieser beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt und an seiner Unterseite Füße sowie auf der Oberseite Aufnahmen oder Führungen für die Füße eines weiteren Lagerbehälters auf, wie dies bei üblichen Stapelbehältern vorgesehen ist.
In einer zweckdienlichen Ausgestaltung ist der Lagerbehälter als ein Container ausgebildet, dessen Seitenwände und dessen Boden aus einer Betonstruktur oder aus Stahl bestehen. Die Betonstruktur kann mit einer entsprechenden Bewehrung versehen sein. Durch die Betonstruktur ist durch einfache Mittel und auf kostengünstige Weise sowohl eine gute Abschirmung als auch eine ausreichende mechanische Stabilität für die Lagerung erreichbar. Dabei sind die Wandstärken jedoch geringer als im Vergleich zu einem als Transportbehälter ausgebildeten Container.
Um die Kosten gering zu halten ist der Transportbehälter gemäß einer bevorzugten Weiterbildung zum mehrfachen Transport von Lagerbehältern ausgebildet. Durch die Wiederverwendbarkeit des Transportbehälter wird nur eine geringe Anzahl an Transportbehältern benötigt. Entsprechend kann der Transportbehälter sehr komplex ausgebildet sein und höchsten Sicherheitsanforderungen gerecht werden, ohne das die Kosten für das gesamte Lagertransportsystem merklich beeinflusst werden. Zweckdienlicherweise ist für das wiederholte Be- und Entladen des Transportbehälters dieser mit einem insbesondere motorisch betätigbaren und wiederholt verschließbaren Behälterdeckel ausgestaltet.
Für einen möglichst passgenauen und damit sicheren Sitz des Lagerbehälters im Transportbehälter sind in einer zweckdienlichen Ausgestaltung die Innenabmessungen des Transportbehälters an die Außenabmessungen des Lagerbehälters angepasst. Für ein einfaches Einführen und sicheres Halten sind bevorzugt zudem an den Wänden des Transportbehälters insbesondere nach Art von Profilen oder Leisten ausgebildete Führungen vorgesehen. Durch diese wird der Lagerbehälter möglichst spielfrei im
Transportbehälter gehalten. Für das leichte Einführen weisen die Führungen vorzugsweise Einführungsschrägen auf.
Zweckdienlicherweise ist der Transportbehälter als Stahlbehälter aus einem geeigne- tem Stahl mit hoher Abschirmleistung und hoher mechanischer Stabilität ausgebildet.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Lagern und zum Transport von radioaktiven Abfällen gemäß Anspruch 14. Die im Hinblick auf das Lagertransportsystem angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren anzuwenden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
Figur 1 eine geschnittene Seiteneinsicht des Lagerbehälters mit einem zur losen Auflage vorgesehenen Deckel Figur 2 den Lagerbehälter nach Figur 1 in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht, Figur 3 den Lagerbehälter nach den Figuren 1 und 2 in Aufsicht mit der Angabe der Schnittebenen der Figuren 1 und 2,
Figur 4 einen Transportbehälter in einer perspektivischen Darstellung,
Figur 5 den Transportbehälter nach Figur 4 in einer Seitendarstellung mit einem schematisch angedeuteten Führerhaus eines Lastkraftwagens, und Figur 6 eine stark schematisierte Darstellung zu Illustration der Entsorgung von radioaktivem Abfall
Der Lagerbehälter 2 nach den Figuren 1 bis 3 ist als Container ausgebildet, dessen Seitenwände 4 zusammen mit dem Boden 6 aus einer einheitlichen Betonstruktur besteht. Zum Verschließen des Lagerbehälters 2 ist ein Deckel 8, vorzugsweise ebenfalls aus Beton, mit einem Griffteil 9 vorgesehen, welcher zum Verschließen des Lagerbehälters 2 lediglich lose auf die Seitenwände 4 aufgelegt wird. Der Lagerbehälter 2 weist einen rechteckigen Grundriss auf und ist stapelbar ausgeführt. Hierzu sind an der Unterseite des Bodens 6 an den vier Eckpunkten Füße 10 angeordnet. Die Seitenwände 4
tragen an ihrer oberen Stirnseite an den vier Ecken jeweils Aufnahmen 12 oder Führungen, in die beim Stapeln eines weiteren Lagerbehälters 2 dessen Füße 10 eingeführt werden.
Der Lagerbehälter 2 ist im Ausführungsbeispiel zur Aufnahme von insgesamt 8 radioaktiven Gebinden in Form von Fässern 14 vorgesehen. Um ein Verrutschen der Fässer 14 zu verhindern ist der Boden 6 an seiner Oberseite profiliert ausgebildet und weist insbesondere rautenförmige Erhebungen auf, so dass insgesamt 8 separate Aufnahmeplätze für die Fässer 14 ausgebildet sind.
Der insbesondere aus den den Figuren 4 und 5 zu entnehmende Transportbehälter 20 ist speziell für Transporte auf dem Kraftwerksgelände angepasst. Im Ausführungsbeispiel ist er als ein Stahlcontainer ausgebildet und ist mit einem zweiflügeligen ausgebildeten Behälterdeckel 22 verschließbar. Zum reversiblen Öffnen und Verschließen sind an einer äußeren Stirnseite der Behälterseitenwand 24 zwei Motoren 26 vorgesehen, die über ein ausfahrbares Gestänge 28 mit jeweils einem der Flügel des Behälterdeckel 22 zum reversiblen Öffnen und Schließen des Behälterdeckels 22 verbunden sind. An der Behälterseitenwand 24 sind weiterhin Schließ- und Sicherungsvorrichtungen 30 für den Behälterdeckel 22 angeordnet.
In seinem Innenraum sind an den Behälterseitenwänden 24 Führungsprofile 32 befestigt, welche an Ihrer oberen Stirnseite eine Einführschräge 34 aufweisen. Die Innenabmessungen des Transportbehälters 20 sind derart bemessen, dass der zu den Figuren 1 - 3 beschriebene Lagerbehälter 2 möglichst passgenau zwischen den Füh- rungsprofilen 32 gehalten wird. Das Einführen des Lagerbehälters 2 wird durch die Einführschräge 34 erleichtert. Durch diese erfolgt zugleich auch eine automatische Ausrichtung und Zentrierung des Lagerbehälters 2.
Der Transportbehälter 20 ist zum Transport mittels eines Lastkraftwagens 36 vorgese- hen, von dem schematisch das Führerhaus in Figur 5 dargestellt ist. Der Transportbehälter 20 wird hierbei auf den LKW durch geeignete Schraubverbindungen, sonstige lösbare Verbindungen oder auch unlösbar durch Schweißen verbunden.
Der Lagerbehälter 2 und der Transportbehälter 20 sind Teil eines gemeinsamen Konzeptes zum Lagern und zum Transport von schwach- und mittelaktiven radioaktiven Abfällen. Das Wesentliche bei diesem Konzept ist darin zu sehen, dass die Funktionen für die Lagerung und für den Transport auf zwei unterschiedliche Behälterkombinatio- nen aufgeteilt sind. So ist auf der einen Seite der Lagerbehälter 2 lediglich für die Funktion der Lagerung insbesondere in einem hier nicht dargestellten Zwischenlager ausgebildet, wohingegen die Funktion des Transports durch die Kombination des Transportbehälters 20 mit darin eingefügtem Lagerbehälter 2 erfüllt wird. Nicht zuletzt auf Grund von gesetzlichen Bestimmungen gelten für die Lagerung von radioaktiven Abfällen in einem Zwischenlager und für den Transport von radioaktiven Abfällen unterschiedliche Bestimmungen und Anforderungen. Da ein das Zwischenlager bildendes Gebäude auch eine Abschirmfunktion zur Umgebung hin übernimmt und zudem kein Transport-Unfallrisiko besteht, sind die Anforderungen für die Lagerung im Zwischenlager deutlich geringer als die Anforderungen an den Behälter für den Transport. Dennentsprechend ist der Lagerbehälter 2 lediglich für die für das Zwischenlager geltenden Anforderungen ausgebildet. Dies äußert sich - im Vergleich zu einem für einen Transport ausgebildeten Transportbehälter - in einer geringeren Abschirmleistung und zudem auch in einer geringeren Dichtheit und mechanischen Stabilität. So ist der Lagerbehälter 2 derart ausgelegt, dass bei Einlagerung eines radioaktiven Abfalls mit einer bestimmten anfänglichen Radioaktivität zwar die für den Innenraum des Zwischenlagers geltende zulässige maximale Strahlendosisleistung unterschritten wird, nicht jedoch die geringere und damit strengere maximale zulässige Strahlendosisleistung außerhalb des Zwischenlagers.
Die Abschirmleistung des Lagerbehälters 2 wird maßgeblich durch die Materialwahl der Seitenwände 4, des Bodens 6 sowie des Deckels 8, der Dichte des Materials sowie der Wandstärke bestimmt. Die Auslegung des Lagerbehälters 2 für die geringeren Anforderungen innerhalb des Zwischenlagers äußert sich beispielsweise darin, dass - jeweils im Vergleich zu einem Behälter, der auch den Transportanforderungen genügen muss -
a) bei Verwendung des gleichen Materials die Wandstärke geringer ausfällt
b) bei Verwendung des gleichen Materials dieses eine geringere Dichte aufweisen kann und
c) insgesamt ein kostengünstigeres Material mit einer geringeren Abschirmleistung und/oder geringerer mechanischer Stabilität verwendet werden kann.
Insbesondere ergeben sich hierdurch erhebliche Kosteneinsparungsmöglichkeiten im Vergleich zu einem Behälter der zugleich als Lager- als auch als Transportbehälter ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel der Figuren 1-3 ist der Lagerbehälter 2 als Betonbehälter ausgebildet. Der Lagerbehälter 2 kann auch aus einem anderen Material oder Materialmix bestehen und beispielsweise als Stahlbehälter ausgebildet sein.
Die höheren Anforderungen für den Transport äußern sich beispielsweise in der bereits erwähnten geringeren maximalen zulässigen Strahlendosisleistung, sowie den höheren Anforderungen an die mechanische Stabilität zur Berücksichtigung des höheren Risikos für einen Unfall bei einem Transport. Die höheren Transportanforderungen werden durch die Kombination des Transportbehälters 20 mit dem darin eingesetzten Lagerbe- hälter 2 erfüllt, wobei der Transportbehälter 20 bereits auch derart ausgebildet sein kann, dass er alleine die Transportbedingungen erfüllt, so dass prinzipiell in den Transportbehälter 20 auch lose Gebinde der radioaktiven Abfallstoffe eingebracht werden könnten.
Der Transportbehälter 20 dient im Wesentlichen zu Transportzwecken auf dem Kraftwerksgelände. Zum Transport des Lagerbehälters 2 außerhalb des Zwischenlagers 40, beispielsweise zum Transport des Lagerbehälters 2 von einer Konditioniereinrichtung für den radioaktiven Abfall, wie eine Zementierungsanlage 42, in das Zwischenlager 40, oder auch zum Transport aus dem Zwischenlager 40 in ein Endlager 44, wie grob ver- einfacht in Figur 6 dargestellt ist, oder für andere Transporte auf öffentlichen Straßen, ist hingegen ein Transportbehälter vorgesehen, der die Anforderungen gemäß IAEA erfüllt. Die Konditioniereinrichtung 42 ist hierbei als ein Teil einer kerntechnischen An-
läge 46 dargestellt. Das Zwischenlager 40 kann ein spezielles Gebäude auf dem Gelände der kerntechnischen Anlage sein.
Beim Betrieb der kemtechnischen Anlage 46 insbesondere zur Energieerzeugung (Kernkraftwerk) fallen sowohl feste als auch flüssige schwach- und mittelaktive radioaktive Abfälle an, die geeignet entsorgt werden müssen. Insbesondere bei den flüssigen Abfällen ist oftmals vorgesehen, diese in der Zementierungsanlage 42 mit einer geeigneten Zementmasse zu vermischen und in die bereits erwähnten Fässer 14 einzufüllen, in der sich dann die Masse verfestigt. Diese in der Zementierungsanlage 42 gefüllten Fässer 14 werden in den Lagerbehälter 2 eingesetzt, anschließend wird der
Lagerbehälter 2 in den Transportbehälter 2 eingesetzt, und in das Zwischenlager 40 transportiert, wo der Lagerbehälter 2 wieder aus dem Transportbehälter 20 herausgehoben und an einer dafür vorgesehenen Lagerstelle abgestellt wird. Zur Handhabung der Fässer 14 als auch des Lagerbehälters 2 sind jeweils geeignete Kräne oder HebeVorrichtungen vorgesehen, die an geeigneten Stellen an den Fässern 14 bzw. am Lagerbehälter 2 angreifen.
Nicht zuletzt auf Grund der relativ geringen Anforderungen im Zwischenlager 40 braucht der Deckel 8 des Lagerbehälters 2 nur lose aufgelegt zu sein. Dies bietet den Vorteil, dass der Deckel 8 während der Lagerzeit im Zwischenlager problemlos abgenommen und die darin stehenden Fässer 14 inspiziert und kontrolliert und im Bedarfsfall, beispielsweise bei einem Leck, ausgetauscht werden können. Zur Handhabung des Deckels 8 weist dieser an seiner Oberseite das Griffteil 9 auf.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des nur lose oder lösbar aufgelegten Deckels 8 ist darin zu sehen, dass man sich nicht bereits bei der Zwischenlagerung auf die Art der Konditionierung der radioaktiven Abfälle festlegt, sondern sich vielmehr die Option für die endgültige Konditionierung offenhält, bis die radioaktiven Abfälle in das Endlager 44 gebracht werden. Da die Zwischenlager 40 beispielsweise für eine Lagerzeit von 30 Jahren ausgebildet sind, also mehrere Jahrzehnte bis zur Verfrachtung in das Endlager 44 vergehen können, wird durch diese Maßnahme die Möglichkeit eröffnet, zukünftige technologische Weiterentwicklungen oder Erkenntnisse für die endgültigen Konditionierung zu berücksichtigen. Da der Lagerbehälter 2 nicht nur für die Aufnahme von
Fässem 14 herangezogen werden kann, sondern auch für Aufnahme von losen radioaktiven Abfällen ist dies von besonderem Vorteil. Eine vergleichsweise einfache Maßnahme zur Konditionierung für das Endlager 44 besteht darin, den Lagerbehälter 2 mit den darin eingelagerten Fässern 14 mit einer geeigneten Zementmasse auszugießen.
Bezugszeichenliste
2 Lagerbehälter
4 Seitenwand
6 Boden
8 Deckel
9 Griffteil
10 Füße
12 Aufnahme
14 Fässer
16 Erhebung
20 Transportbehälter
22 Behälterdeckel
24 Behälterseitenwand
26 Motor
28 Gestänge
30 Halteeinrichtung
32 Führungsprofil
34 Einführschräge
36 Lastkraftwagen
40 Zwischenlager
42 Zementierungsanlage
44 Endlager
46 kerntechnische Anlage