CH635953A5

CH635953A5 - Verfahren zur endlagerung von abgebrannten brennelementen und hochaktiven abfaellen aus kernkraftwerken.

Info

Publication number: CH635953A5
Application number: CH873978A
Authority: CH
Inventors: Christian Dr Dipl Ing Held; Norbert Dipl Ing Krimm; Guenter Dr Dipl Ing Moraw; Michael Dr Dipl I Schneeberger; Andreas Dr Dipl Ing Szeless
Original assignee: Held Christian
Priority date: 1977-08-26
Filing date: 1978-08-17
Publication date: 1983-04-29
Also published as: IT1162250B; IT7884130A0; JPS5445500A; FR2401494A1; BR7805505A; EG13839A; GB2003310A; DE2836290C2; SU803874A3; DE2836290A1; ATA618777A; AT359172B; US4253030A; CA1106626A; GB2003310B; ES473562A1; SE7808736L; SE433149B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Endlagerung von in Behältern eingebrachten abgebrannten Brennelementen und hochaktiven Abfällen aus Kernkraftwerken.

Bei der Endlagerung von abgebrannten Brennelementen und hochaktiven Abfällen muss gewährleistet werden, dass über geologische Zeiträume keine radioaktiven Bestandteile in die Biosphäre gelangen.

In Kernkraftwerken, gleichgültig welche der derzeit bestehenden Typen, müssen die Brennelemente in bestimmten Abständen ausgetauscht werden. Dabei fallen z. B. bei Leichtwasserreaktoren jährlich pro 1000 MW Leistung etwa 251 abgebrannte Brennelemente an. Diese enthalten zu rund 96% Isotope von Uran und Transuranen und zu etwa 4% Nuklide, die aus den Kernspaltprozessen der Kettenreaktionen entstehen.

Abgebrannte Brennelemente können einige Jahre im Kernkraftwerk selbst aufbewahrt werden. Sobald jedoch dessen Lagerkapazität nicht mehr ausreicht, werden sie nach dem derzeitigen Stand der Technik in externe Lager übergeführt, in denen sie unter Bewachung strahlengeschützt und gekühlt aufbewahrt werden. Diese Lager sind Ingenieurbauten unterschiedlicher Art, die zwar gegen Einwirkungen von aussen sicher sein müssen, aber da für sie eine Langzeitüberwachung notwendig wäre, nicht als Endlager angesehen werden können.

Der wertvolle Anteil an Uran und Plutonium kann in Aufarbeitungsanlagen rückgewonnen und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt werden. Die verbleibenden aktiven Spaltprodukte sind derzeit nicht verwendbare Nuklide mittleren Atomgewichts, hauptsächlich Metalle, die als Salze anfallen. Zur Endlagerung werden sie in nicht lösliche und nicht ausschwemmbare Form übergeführt, und zwar nach dem heutigen Stand der Technik verglast oder in ein Metallgitter vesintert und in eine Kanne aus Chrom-Nickelstahl eingegossen. Diese sogenannten Kannen weisen je nach der Verdünnung der Spaltprodukte in Glas oder Sintermetall eine mehr oder weniger starke, durch radioaktiven Zerfall bedingte Wärmeentwicklung sowie eine Gamma- und Neutronen-Strahlung auf. Solche verglaste oder gesinterte Rückstände stellen hochaktive Abfälle der Kerntechnik dar.

Aufarbeitungsanlagen für oxidischen Brennstoff aus Leichtwasserreaktoren mit geringer Kapazität sind bereits gebaut worden. Der dort verglaste Abfall wird derzeit vorläufig gelagert. Versuchseinlagerungen in geologischen Formationen sind geplant.

Da in den nächsten Jahren in ansteigender Menge abgebrannte Brennelemente anfallen werden, befasst man sich weltweit mit der Entwicklung von Methoden zur geologischen Endlagerung von abgebrannten Brennelementen bzw. anderen, insbesondere hochaktiven Abfällen.

An eine geologische Endlagerung werden folgende Forderungen gestellt:

Die Lagerung hat in geologisch alten Formationen, die nach menschlicher Voraussicht keinen tektonischen oder sonstigen Veränderungen ausgesetzt sind, zu erfolgen;

Diese geologischen Formationen sollen keine Klüfte, Verwerfungen, Adern oder Einschlüsse aufweisen, also Formationen ohne wasserführende Schichten oder Adern darstellen;

Die Aufschliessung, insbesondere im vorgesehenen Einlagerungsbereich, hat gebirgsschonend zu erfolgen;

Aus der Endlagerung dürfen durch Lösen, Auswaschen, radiolytische Zersetzung oder sonstige Vorgänge keine radioaktiven Teile in unzulässiger Menge in die Biosphäre gelangen;

Die Einbringung der Behälter mit radioaktivem Abfall in das Endlager darf weder das Personal noch die Umgebung gefährden;

Die Wärmeabfuhr hat so zu erfolgen, dass weder das umgebende Gestein eine Veränderung der Struktur erfährt, noch dass eine schädigende Erwärmung in der umgebenden Biosphäre auftritt;

Abgesehen von relativ kurzfristigen Probeeinlagerungen sollen die abgebrannten Brennelemente bzw. der eingelagerte hochaktive Abfall noch einige Zeit bedingt rückholbar bleiben ;

In absehbarer Zeit, d. h. in etwa 30 bis 50 Jahren, soll das Endlager verschlossen werden können, so dass keine Wartung und Überwachung mehr notwendig ist. Die Hohlräume (Kavernen) sollen dann mit möglichst artgleichem Material verfüllt sein, so dass keine Brüche im Grubengebäude auftreten.

Entsprechend diesen Forderungen werden derzeit für die Endlagerung entweder Salzstöcke mit überdeckenden, dichten Tonschichten oder kristalline Gesteine, wie Granit und Gneis, in Betracht gezogen. Es sind jedoch auch andere Formationen denkbar. Die Brennelemente oder die hochaktiven Abfälle werden entweder unter einer Transportabschirmung eingebracht, wobei das Gestein die Dauerabschirmung übernimmt, oder sie werden mit einer verlorenen Abschirmung, die auch wärmeleitend sein muss, versehen. Hierfür werden sie in Blei eingegossen oder in einen genügend dicken, verschlossen Stahlzylinder eingebracht. Derartige Stahlzylinder werden im folgenden als Behälter bezeichnet.

Abgesehen von einem Verfahren, nach dem die Behälter frei aufgestellt werden und die Wärme durch Luft, also durch die Bewetterung, abgeführt wird, sehen alle bisher bekannt gewordenen Verfahren vor, dass zur Aufnahme der Behälter von einem Stollensystem aus Bohrlöcher unterschiedlicher Anordnung vorgesehen werden. Dies ist jedoch insofern nachteilig, als nach dem Stollenausbruch zur Herstellung der Löcher die Bohrvorrichtung von Loch zu Loch versetzt werden muss, wodurch die Herstellung der Löcher erschwert und damit verteuert wird. Zudem sind Behälter, die in Bohrlöcher eingeführt wurden, nur unter erschwerten Umständen wieder aus diesen entnehmbar.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Vefahren zu schaffen, gemäss welchem die Behälter in ökonomi-

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scher Weise verlegt werden und bei dem sie weiter in einfacher kann. Die Nut 2 kann aber auch dadurch hergestellt werden, Weise wieder entnommen werden können. Dies wird erfin- dass in die Sohle des Stollens eine Betonschichte 3 eingebracht dungsgemäss dadurch erzielt, dass im Boden eines angenähert wird, in der eine Nut 2 freigelassen wird (siehe Fig. 2). In die Nut horizontal verlaufenden Stollens eine Nut vorgesehen wird, in 2 werden mit geeigneten Transportmitteln, wie einer Chargier-die die Behälter eingelegt werden. Vorzugsweise wird der zwi- 5 maschine oder einem Hängekran, Behälter 4 eingelegt. Diese sehen der Nut und den Behältern verbleibende Raum ausgefüllt, können dicht aufeinanderfolgend oder, wenn die Wärmeabfuhr Die Nut kann dadurch hergestellt werden, dass der Stollen an dies nicht zulässt, in Abständen voneinander angeordnet wer-seiner Sohle durch eine Nut erweitert wird oder dass der Stollen den.

an seiner Sohle mit einer Betonschichte ausgebildet wird, in der Um zu verhindern, dass die Wärmeabfuhr der eingelegten eine Nut ausgespart wird. Der Raum zwischen der Nut und den '<> Behälter 4 zum Grossteil über die Luft erfolgt, also durch die Behältern kann mit einem Material ausgefüllt werden, das Bewetterung abgeführt werden muss, kann die Nut 2 um die

Schutzfunktionen, wie Strahlenabsorption, Ionenaustausch und Behälter 4 mit einem geeigneten Material 5, z. B. Beton, gefüllt Feuchtigkeitsisolierung, erfüllt. Das Verfüllmaterial kann werden, wodurch die Wärme nach zumindest drei Seiten in das zumindest teilweise durch Bitumen gebildet sein. Gestein abgeführt wird und nur die Luft oberhalb der Nut 2

Nachdem die Behälter in die Nut eingelegt wurden und die is etwas erwärmt wird. Für die Verfüllung 5 kann ein Material mit Verfüllung vorgenommen wurde, kann die Nut mit begehbaren weiteren Schutzeigenschaften, wie Strahlenschutz, Ionenaus-bzw. befahrbaren, vorzugsweise einen Strahlenschutz bewirken- tauscherfähigkeit oder Feuchtigkeitsisolierung, z. B. Bitumen den Platten zugedeckt werden. Schliesslich kann der Stollen oder Asphaltbeton, gewährt werden, wobei die Bodenlage der nach der Belegung vollständig verfüllt werden. Verfüllung vor dem Einlegen der Behälter 4 eingebracht werden

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung, die in 20 kann.

den Fig. 1 und 2 Querschnitte durch zwei Stollen zeigt, beispiels- Die Nut 2 kann auch mit Platten 6 abgedeckt werden,

weise näher erläutert. wodurch der Stollen begehbar oder befahrbar bleibt und Mes-

Gemäss der Erfindung wird durch eine Stollenvortriebsma- sungen und Beobachtungen über längere Zeiträume ausgeführt schine in gebirgsschonender Weise ein Tunnel 1 von beliebiger oder auch einzelne Behälter 4 nach Entfernung der Verfüllung 5 Länge hergestellt. Solche Maschinen sind derzeit für Stollen- 25 rückgeholt werden können.

durchmesser von 3 bis 4 m hauptsächlich für Wasserführungs- Nach vollständiger Belegung eines Stollens und zufrieden stellen im Einsatz. In der Sohle des Stollens 1 wird eine Nut 2 stellendem Verlauf aller Messungen und Beobachtungen kann vorgesehen, die etwas breiter als der Durchmesser der Behälter der Stollen 1, vorzugsweise mit artgleichem Material wie das ist. Die Nut 2 kann, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, in der Sohle Gestein, z. B. Pumpbeton aus dem ausgebrochenen Material, des Stollens 1 im Gestein ausgeschrämmt werden, wofür eine 30 vollkommen verfüllt und hierauf abgemauert werden.

Maschine ähnlich der Bohrmaschine herangezogen werden

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Endlagerung von in Behältern eingebrachten abgebrannten Brennelementen und hochaktiven Abfällen aus Kernkraftwerken, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden eines angenähert horizontal verlaufenden Stollens (1) eine Nut (2) vorgesehen wird, in die die Behälter (4) eingelegt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen der Nut (2) und den Behältern (4) verbleibende Raum ausgefüllt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stollen (1) an seiner Sohle durch eine Nut (2) erweitert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stollen (1) an seiner Sohle mit einer Betonschichte (3) ausgebildet wird, in der eine Nut (2) ausgespart wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen der Nut (2) und den Behältern (4) mit einem Material ausgefüllt wird, das Schutzfunktionen, wie Strahlenabsorption, Ionenaustausch und Feuchtigkeitsisolierung, erfüllt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfüllmaterial zumindest teilweise durch Bitumen gebildet ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (2) mit begehbaren bzw. befahrbaren, vorzugsweise einen Strahlenschute bewirkenden Platten (6) zugedeckt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stollen ( 1 ) nach der Belegung vollständig verfüllt wird.