Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktor-brennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in wenigstens einem unterirdischen Hohlraum angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind. Um eine größtmögliche Sicherheit gegen Einwirkungen von außen zu erreichen bei möglichst wirtschaftlicher Lagerart ist der unterirdische Hohlraum als Kaverne mit einem etwa elliptischen Querschnitt ausgebildet, wobei der Querschnitt die Form einer stehenden Ellipse hat.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein unterirdisches Zwischenlager gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Durch die DE-OS 31 51 31o ist ein unterirdisches Trockenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente bekannt, das mehrere horizontal angeordnete Lagerbuchsen aufnehmende Lagerräume aufweist, in denen Gänge für verfahrbare Geräte zum Transport, zur Lagerung und Entnahme ausgebildet sind. Die Kühlung der Lagerbuchsen erfolgt durch natürliche Konvektion mit Luft.

[0003] Durch die DE-OS 23 61 795 ist ein Lager für radioaktive Abfallprodukte bekannt, welche in unterirdischen Silos aufbewahrt werden. Die Silos bestehen aus einem äußeren selbsttragenden Stahlbetonbehälter, dessen Mantel mit Frischluftzufuhrschächten ausgestattet ist. Die Frischluftzufuhrschächte münden in den Innenraum des Stahlbehälters, in dem ein doppelwandiger Behälter zur Aufnahme der radioaktiven Abfallprodukte angeordnet ist. Die Behälter werden durch natürliche Konvektion der über die Schächte zugeführten Frischluft gekühlt.

[0004] Die DE-OS 27 53 881 zeigt einen unterirdischen Speicher für flüssige radioaktive Abfälle, bestehend aus einem unterirdischen Hohlraum, in dem eine verformbare Hülle aus Metallplatten angeordnet ist, die einen Einlaß- und einen Auslaßstutzen aufweist, an die Füll- und Ablaßleitungen angeschlossen sind.

[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das unterirdische Zwischenlager der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, daß eine größtmögliche Sicherheit gegen. Einwirkungen von außen erreicht wird bei möglichst wirtschaftlicher Lagerart. Außerdem soll eine ausreichende, sichere und möglichst einfache Kühlung der gelagerten radioaktiven Stoffe, die Nachzerfallswärme entwickeln, ermöglicht werden. Der Einfluß auf die Biosphäre soll gering sein.

[0006] Die Lösung der Aufgabe sieht ein Zwischenlager vor, bei dem eine Kavernenform vorgeschlagen wird, die bei einem geeigneten Boden (Fels bzw. Gestein) größte Sicherheit gegenüber seismischen Belastungen bietet, so daß eine größtmögliche Sicherheit gegenüber Einwirkungen von außen erreicht wird. Die erfindungsgemäße Ausb ildung ermöglicht eine äußerst wirtschaftliche Lagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und verglastem radioaktivem Abfall. Bei dem erfindungsgemäßen Zwischenlager handelt es sich um ein sogenanntes Trockenlager.

[0007] Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0008] Die optimalste Hohlraumform ist eine stehende Ellipse, wie dies im Anspruch 2 angegeben ist. Ein besonders günstiges Halbachsenverhältnis - unter Berücksichtung des Innenausbaus - beträgt 2:1, wie dies im Anspruch 3 angegeben ist.

[0009] Bei guten Gebirgsqualitäten kann ohne Nachteile bei der Sohle der Kaverne von der elliptischen Form abgewichen werden (Anspruch 5), was bautechnische, baubetriebliche und nutzungstechnische Vorteile hat.

[0010] Die Gebirgslasten können bei statischen und/oder dynamischen Belastungen optimal abgetragen werden durch eine weiträumige Umlagerung und einen aktivierten Gebirtstragring nach den Ansprüchen 6, 7 und 8.

[0011] Durch die ellipsenförmige Ausbildung des Hohlraumes wird eine standsichere Kaverne erzielt, da die jeweils senkrecht zur Belastungsrichtung möglichen Zugspannungen verschwinden.

[0012] Durch die Erfindung erfolgt keine Lastabtragung auf den Innenausbau, d.h. auf das Lagergebäude. Bei Lastabtragung auf den Innenausbau würden abwechselnde Zug- und Druckbeanspruchungen auftreten, während bei der Erfindung nur der Betrag der Druck- und Zugspannungen im Fels und den Ankern schwankt ohne Vorzeichenwechsel. Da die erfindungsgemäß -. ausgebildeten Kavernen des Zwischenlagers durch seismische Belastungen in keiner Weise gefährdet sind, ist auch die Abstützung des Innenausbaues, d.h. der Lagergebäude, auf der Hohlraumwand der Kavernen möglich, wie dies im Anspruch 9 angegeben ist.

[0013] Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird gleichzeitig auch der bei allen unterirdischen Lagerungen vorhandene Vorteil einer guten radioaktiven Abschirmung durch das die Kavernen umgebende Gestein bzw. Erdreich genutzt.

[0014] Die Erfindung ermöglicht außerdem, daß weitere Kavernen in Nachbarschaft zu einer bereits in Betrieb stehenden Kaverne baulich im Fels geschaffen werden können, ohne daß die bereits im Betrieb stehende Kaverne nachteilig beeinflußt wird.

[0015] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 11 angegeben. Die elliptische Form der Kaverne ermöglicht wegen der hohen Standsicherheit einer solchen Kaverne eine tiefe Lage der Kaverne, so daß die Entlüftungsschächte relativ lang werden. Hierdurch ergibt sich eine hohe Kaminwirkung mit entsprechend hoher Abluftgeschwindigkeit in den Entlüftungsschächten, was den Vorteil hat, daß auf Gebläse zum überwinden der durch die in den Ein- und Austrittsöffnungen der Be- und Entlüftungsschächte angeordneten Filter erzeugten Strömungswiderstände verzichtet werden kann. Dies bedeutet eine weitere Verbesserung der inhärenten Sicherheit eines solchen Kavernenlagers.

[0016] Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel dargestellt ist, näher erläutert werden.

[0017] Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen unterirdischen Zwischenlagers mit zwei Kavernenlagern,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Kavernenlager des Zwischenlagers nach Fig. 1 und

Fig.3 und 4 Querschnitte 1-1 und 3-3 durch das Kavernenlager nach Fig. 2.

[0018] Die Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung (Fig. 1) ein Zwischenlager 2 zur Aufnahme von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und von verglastem radioaktivem Abfall. Das Zwischenlager besteht aus zwei Lagergebäuden 4 und 6, die in zugeordneten unterirdischen Hohlräumen, sogenannten Kavernen 8 und 1₀, angeordnet sind, die in einem Gebirge 11 ausgebildet sind. Die Kaverne 8 nebst Lagergebäude 4 ist für die Lagerung abgebrannter Kernreaktorbrennelemente und die Kaverne 1o nebst Lagergebäude 6 für die Lagerung von verglastem radioaktivem Abfall vorgesehen.

[0019] Die Kavernen 8 und 1o sind durch einen Querstollen 13 miteinander verbunden.

[0020] Der Querschnitt der Kavernen 8 und 1o hat, wie dies besonders deutlich den Fig. 3 und 4 entnehmbar ist, etwa die Form einer aufrechten Ellipse, teilweise mit unvollständig ausgebildetem unteren Teil, so daß eine ebene Sohle 12 gebildet wird und teilweise mit voll ausgebildeter elliptischer Sohle 14, welche einen unteren gewölbten Teil 15 der Kaverne bildet und zur Aufnahme eines horizontalen Belüftungs-Kühlrohres 16 dient. Das Belüftungs-Kühlrohr 16 verzweigt in den Lagerbereich für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente bzw. für den verglasten radioaktiven Abfall. Das Kühlrohr 16 erhält seine Frischluft über einen oder mehrere im Gebirge 11 ausgebildete Belüftungsschächte bzw. -stollen 18, 19. Die Frischluft streicht durch den Lagerbereich und tritt als erwärmte Abluft in einen etwa horizontalen Entlüftungskanal 2o ein und wird von dort über einen oder mehrere im Gebirge 11 ausgebildet Entlüftungsschächte 22 und 24 abgeführt. Der Entlüftungskanal 2o wird durch den oberen langgestreckten gewölbten Teil 26 der elliptischen Kaverne oberhalb des eigentlichen Lagergebäu- ; des 6 bzw. 4 gebildet.

[0021] Die Entlüftungsschächte münden stirnseitig oder endseitig in den Entlüftungskanal, um die gute Standsicherheit der Kaverne nicht zu verringern.

[0022] Es kann auch, anders als in der Zeichnung dargestellt, auf das gesonderte Kühlrohr 16 verzichtet werden und der untere gewölbte Teil 15 der Kaverne, der sich unterhalb des Bodens des Lagergebäudes befindet, kann als Kühlkanal bzw. Belüftungskanal 28 verwendet werden, über den dann die Frischluft dem Lagerbereich zuführbar ist.

[0023] Die Ein- und Austrittsöffnungen der Be- und Entlüftungsschächte bzw. -stollen 18, 19, 22, 24 sind mit Filtern 3₀, 32 ausgestattet.

[0024] Das Lagergebäude ist so ausgebildet, daß es sich an der Kavernenwandung abstützt, aber keine Lasten von außen aufzunehmen braucht.

[0025] Die Kavernen 8, 1o sind im Gebirge 11 so tief angeordnet, daß eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten gegeben ist und ein Gebirgstragring von wenigstens 15 m Stärke entsteht. Der Gebirgstragring ist vorzugsweise ferner mit Hilfe von Ankern (nicht dargestellt) aktiviert.

Ansprüche

1. Unterirdisches Zwischenlager für abgebrannte Kernreaktorbrennelemente und für verglasten radioaktiven Abfall mit in wenigstens einem unterirdischen Hohlraum angeordneten Lagergebäuden, in denen gekühlte Lagermodule bzw. Lagerbereiche zur Aufnahme der Brennelemente und des verglasten radioaktiven Abfalls vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der unterirdische Hohlraum als Kaverne (8, lo) mit einem etwa elliptischen Querschnitt ausgebildet ist.

2. Zwischenlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Kaverne die Form einer stehenden Ellipse hat, bei der die längere Achse aufrecht steht.

3. Zwischenlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbachsenverhältnis der Querschnittsellipse etwa 2:1 beträgt.

4. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 1₀) etwa die Form eines langgestreckten Ellipsoids hat.

5. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden bzw. die Sohle (12) der Kaverne abweichend von der elliptischen Form flach und/oder verbreitert ausgebildet ist.

6. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaverne (8, 1₀) eine weiträumige Umlagerung der Gebirgslasten und einen aktivierten Gebirgstragring aufweist.

7. Zwischenlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß ein durch vorgespannte Anker aktivierter Gebirgstragring vorgesehen ist.

8. Zwischenlager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gebirgstragring wenigstens 15 m dick ist.

9. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavernen-Hohlraumwand als Abstützung für die Konstruktion des Lagergebäudes (4, 6) vorgesehen ist.

1₀. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Lagerkavernen (8, 1₀) für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente und für den verglasten radioaktiven Abfall vorgesehen sind, wobei die Lagerkavernen durch einen unterirdischen Querstollen (13) miteinander verbunden sind.

11. Zwischenlager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der Lagerbereiche in den Lagergebäuden der Kavernen im umgebenden Erdbereich bzw. Gebirge Be- und Entlüftungsschächte bzw. -stollen (18, 19, 22, 24) ausgebildet sind, die mit den zu kühlenden Lagerbereichen für die abgebrannten Kernreaktorbrennelemente und dem verglasten radioaktiven Abfall in Verbindung stehen und mit Filtern (3o, 32) in den Ein- und Austrittsöffnungen ohne zusätzliche Gebläse ausgestattet sind.

12. Zwischenlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gewölbten Räume (26, 15) der im Querschnitt elliptischen Kaverne oberhalb und unterhalb der Lagergebäude (4, 6) als Entlüftungskanal (20) und Belüftungs- bzw. Kühlkanal (28) ausgebildet sind.

13. Zwischenlager nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Entlüftungsschächte (22, 24) endseitig oder stirnseitig der Kavernen in den Entlüftungskanal (2o) münden.

14. Zwischenlager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Belüftungs- bzw. Kühlkanal (28) ein Belüftungs- bzw. Kühlrohr (16) zur Zufuhr von Frischluft zu den zu kühlenden Lagerbereichen angeordnet ist.

Zeichnung