[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter nach dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1 sowie ein unter anderem aus diesem gebildetes Behälteraggregat
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 4.
[0002] Die Erfindung befabt sich allgemein mit der Bereitstellung eines Endlagergebindes
für eine Einlagerung in eine geologische Formation, insbesondere in tiefen Bohrungen
im Steinsalz. Es sollen dabei insbesondere Kokillen, die mit hochradioaktiven Abfällen
gefüllt sind eingelagert werden. Folgende Probleme sind dabei zu lösen:
Gewährleistung einer mechanischen Stabilität gegen Gebirgsdruckbelastung um ca. 400
bar.
Kalkulierbarer Korrosionsschutz, d.h. ein sichergestellter Flächenabtrag für einige
10² Jahre.
In vorhandene und bewährte Einrichtungen mit bekannten Greifkonturen und bekannte
Glaskokillenlager soll das Endlagergebinde integrierbar sein.
[0003] Hochradioaktiver, inbesondere verglaster Abfall wurde bisher noch nicht eingelagert.
Die bisher bekannten Verpackungen, in die hochradioaktiver, verglaster Abfall eingefüllt
ist, erfüllten keine Barrierefunktionen mit Langzeitisolierung im Endlager.
[0004] Bekannte Konzepte mit kalkulierbarem Korrosionsschutz (Flächenkorrosion von unlegiertem
Stahl) haben folgende Nachteile:
Die Verwendung von unlegiertem Stahl für die Gesamtkonzeption des Behälters führt
durch die erforderliche Materialwandstärke zu einer überproportionalen Gewichtszunahme
des Endlagergebindes.
Die Abseiltechnik von sehr schweren Gebinden in tiefe Einlagerungsbohrlöcher von
300 bis 600 m Tiefe überschreitet oder stößt zumindest an die Grenze der technischen
Realisierbarkeit. Sicherheitsstandard hierzu sind die technischen Anforderungen
an Schacht- und Schrägförderanlagen.
Vorhandene Handhabungseinrichtungen für das Kokillenhandling und bewährte Zwischenlagereinrichtungen
bei bekannten Glaskokillenlagern sind für überschwere Endlagergebinde nicht geeignet.
Die optimale Ausnutzung einer schmalen, aber tiefen Endlagerformation, insbesondere
aus Steinsalz, ist nur durch eine Einlagerung in tiefe Bohrungen zu gewährleisten.
Überschwere Gebinde sind jedoch aus den oben bereits ausgeführten Gründen sowie aus
Festigkeitsgründen hierzu nicht geeignet.
[0005] Ausgehend davon ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Endlagerbehälter
für den Langzeiteinschluß von hochradioaktiven Materialien in geologischen Formationen,
z.B. in tiefen Bohrungen von Salzstöcken zu schaffen, der beim Aufeinanderstapeln
in einem Bohrloch mechanisch stabil bleibt, dem Gebirgsdruck widersteht, günstige
thermische Eigenschaften sowie kalkulierbare Korrosionstraten aufweist und dessen
Gewicht trotz sicherer Abschirmung der Streustrahlung beim Einbringen ins Bohrloch
beschränkt bleiben kann. Gleichzeitig soll der Endlagerbehälter für seinen Transport
den Aufbau einer sehr einfachen und kostengünstigen Transportverpackung ermöglichen
und vom Gewicht her den Einlagerungsbedingungen entsprechen.
[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung nun die Merkmale vor,
die im Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie als vorteilhafte Weiterbildung in den Kennzeichen
der Unteransprüche angegeben sind.
[0007] Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Endlagerbehälters besteht nun darin,
daß die Gebirgsdruckbelastung durch den Einsatz einer Verbundkonstruktion mit hochfestem
Innenrohr von dem Endlagergebinde aufgenommen werden kann, wobei der notwendige Korrosionsschutz
durch das Aufschrumpfen eines unlegierten Stahles auf das hochfeste Innenrohr gewährleistet
bleibt. Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung eines kostengünstigen Endlagergebindes
aus einfachen Massenwerkstoffen und Halbzeugen mit minimaler mechanischer Nachbearbeitung.
Das geringe Gewicht des Endlagergebindes ermöglicht eine sichere Endlagerung in tiefen
geologischen Formationen in Bohrungen. Die optimale Ausnutzung einer tiefen Steinsalzformation
wird dadurch gewährleistet. Schnittstellenprobleme zu vorhandenen oder geplanten
Einrichtungen wie Greiferkonturen oder die Handhabung und Einlagerung in bekannte
Glaskokillenlager werden durch die erfindungsgemäße Gestaltung vermieden.
[0008] Die selbstabschirmende Wirkung des Deckels- und Bodenstopfens ermöglicht bei geringer
Gewichtszunahme des Endlagergebindes den Aufbau eines sehr einfachen und kostengünstigen
Typ B-Transportverpackung. Der verdickte Deckelstopfen vermindert sicher eine Dosisbelastung
des Bedienungspersonals durch Streustrahlung bei der Abseilung des Endlagerungsgebindes
in eine Einlagerungsbohrung. Zusatzabschirmungen können dadurch weitgehendst entfallen.
[0009] Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind im folgenden anhand der Figur
näher erläutert, wobei die Figur schematisch einen Querschnitt durch die Behälteranordnung
zeigt.
[0010] In der Figur ist die Kokille 1 mit dem hochradioaktiven Inhalt dargestellt, der aus
verglasten Spaltprodukten aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente von
Kernreaktoren oder aus abgebrannten Brennelementen selbst bestehen kann. Die Kokille
1 weist an ihrer Oberseite zum Greifen den bekannten Pilzkopf 2 auf. Sie ist in den
eigentlichen längszylindrischen Lagerbehälter 3 eingebracht, dessen rohrförmige Wandung
4 aus den beiden Schichten bzw. Rohren 5 und 6 zusammengesetzt ist. Das Außenrohr
5 ist gegenüber den Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 relative dünnwandig ausgebildet,
d.h. mit wenig Abschirmwirkung gegenüber der Strahlung aus der Kokille 1. Es ist an
seinen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen 7 und 8 mittels der dicht eingesetzten,
z.B. eingeschweißten oder eingeschrumpften Deckel- und Bodenstopfen 9 und 10 verschlossen,
deren Dicke ein mehrfaches der Wandstärke des Außenrohres 5 beträgt und die - in
axialer Richtung gesehen - die Strahlung aus der Kokille in Längsrichtung des Endlagerbehälters
3 abschirmen. Die Stopfen 9 und 10 bestehen aus normalem Baustahl, dessen Korrosionstraten
unter Endlagerbedingungen bekannt sind und dessen Korrosionsverhalten daher kalkulierbar
ist.
[0011] In das Außenrohr 5 ist nun zwischen den Stirnseiten 11 und 12 der Stopfen 9 und 10
das Innenrohr 6 dicht eingesetzt, z.B. eingeschrumpft bzw. mittels Engspaltschweißung
verbunden. Das Innenrohr 6 sitzt kraftschlüssig zwischen den Stopfen und bildet damit
eine durchgehende, die Wandung 4 verstärkende Stützverbindung zwischen dem Deckelstopfen
9 und dem Bodenstopfen 10. Da das Innenrohr 6 aus hochfestem Werkstoff, vorzugsweise
aus Werkzeugstahl besteht, wird somit die axiale Tragfähigkeit des Endlagerbehälters
3 trotz geringer Wandstärke und kalkulierbarer Korrosionsrate des relativ weichen
Materiales für das Außenrohr 5 erheblich erhöht. Damit erhöht sich auch die Zahl der
aus Festigkeitsgründen in einem Bohrloch aufeinander stapelbaren Endlagerbehälter
3.
[0012] Eine besonders günstige Transportverpackung für den Endlagerbehälter 3 bildet das
dickwandige Transportrohr 13, das Abschirmwirkung besitzt und in welches der Behälter
3 eingesetzt wird. Die Verriegelung des Behälters 3 im Transportrohr 13 erfolgt mittels
der Sicherungsbolzen 14 und 15, die radial oder tangential einschiebbar sind und zur
Entladung wieder gelöst werden können. Die stirnseitigen Öffnungen 16 und 17 des Rohres
13 sind mittels der Endstücke 18 und 19 verschlossen, die ihrerseits als Stoßdämpfer
beim Behälterfall wirken und die ebenfalls zusätzliche Abschirmwirkung besitzen können.
Die Endstücke 18 und 19 können dabei größeren Außendurchmesser als das Transportrohr
13 aufweisen.
Bezugszeichenliste:
[0013]
1 Kokille
2 Pilzkopf
3 Endlagerbehälter
4 Wandung
5 Außenrohr
6 Innenrohr
7 oberes Ende
8 unteres Ende
9 Deckelstopfen
10 Bodenstopfen
11 Stirnseite
12 Stirnseite
13 Transportrohr
14 Sicherungsbolzen
15 Sicherungsbolzen
16 stirnseitige Öffnung
17 stirnseitige Öffnung
18 Endstück
19 Endstück
1. Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren, mit hochradioaktiven,
z.B. in Glas eingeschmolzenen Abfällen oder abgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren
gefüllten und dichtverschlossenen Kokillen mit einer Wandung aus mehreren Schichten,
dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht aus einem relativ dünnwandigen Außenrohr
(5) mit in dieses an den axialen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen (7, 8) eingesetztem
Deckel- bzw. Bodenstopfen (9, 10) besteht, deren Dicke ein mehrfaches der Wandstärke
des Außenrohres (5) beträgt und daß in das Außenrohr (5) zwischen Deckel- und Bodenstopfen
(9, 10) ein an jenes eng anliegendes und aus im Verhältnis zum Außenrohr (5) hochfestem
Werkstoff gefertigtes Innenrohr (6) eingesetzt ist, welches eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen Deckel- und Bodenstopfen (9, 10) herstellt.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenrohr (5), Deckelstopfen
(9) und Bodenstopfen (10) aus Baustahl mit vorbestimmbarer Korrosionsrate, das Innenrohr
(6) hingegen aus hochfestem Werkzeugstahl besteht.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Innen- (6)
und Außenrohr (5) durch Aufschrumpfen miteinander verbunden sind.
4. Behälteraggregat zum Transport eines Lagerbehälters nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß dieser herausnehmbar in ein als Abschirmung gegen seine
Strahlung ausgebildetes Transportrohr (13) eingesetzt ist, dessen offene Enden bzw.
stirnseitige Öffnungen (16, 17) axial mittels als Stoßdämpfer ausgebildeten Endstücken
(18, 19) verschlossen sind.
5. Behälteraggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbehälter
(3) in dem Transportrohr (13) mittels tangential oder radial einschieb- und wieder
lösbarer Sicherungsbolzen (14, 15) fixiert ist.
6. Behälteraggregat nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Endstücke (18, 19) größeren Durchmesser als das Transportrohr (13) aufweisen.