Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten Kokillen

Abstract

 Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren, mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten und dicht verschlossenen Kokillen mit einer Wandung aus mehreren Schichten. Die äußere Schicht der Wandung besteht aus einem relativ dünnwandigen Außenrohr 5 mit in dieses an den axialen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen 7, 8 eingesetzten Deckel- bzw. Bodenstopfen 9, 10, deren Dicke ein mehrfaches der Wandstärke des Außenrohres 5 beträgt. In das Außenrohr 5 ist zwischen Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 ein an jenes eng anliegendes und aus im Verhältnis zum Außenrohr 5 hochfestem Werkstoff gefertigtes Innenrohr eingesetzt, welches eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 herstellt. Außenrohr 5, Deckelstopfen 9 und Bodensto­pfen 10 bestehen aus Baustahl mit vorbestimmbarer Korrosions­rate, das Innenrohr 6 hingegen aus hochfestem Werkzeugstahl. Zweck der Erfindung ist es, einen Endlagerbehälter für den Langzeiteinschluß von hochradioaktiven Materialien in geolo­gischen Formationen zu schaffen, der beim Aufeinanderstapeln in einem Bohrloch mechanisch stabil bleibt, kalkulierbare Korrosionsraten aufweist und dessen Gewicht trotz sicherer Abschirmung der Streustrahlung beim Einbringen ins Bohrloch beschränkt bleiben kann.

Beschreibung

[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

Ansprüche

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.

Zeichnung