[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transport- und Lagerbehälter für radioaktive
Abfälle, und insbesondere ein Behältersystem zur Endlagerung von radioaktiven Abfällen.
[0002] Für den Transport und die Lagerung von radioaktiven Abfällen werden Transport- und
Lagerbehälter verwendet. Von der Firma GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH, Essen,
wird beispielsweise das Behältersystem Mosaik
® (Transport- und Lagerbehälter) gefertigt, das in einer Ausführung einen Abschirmbehälter
aus Gusseisen mit Kugelgraphit umfasst. Für die Aufnahme verschiedener Abfallarten
haben die Mosaik
®-Behälter unterschiedliche Volumina, Wand-dicken, Deckelsystemen und ggf. zusätzliche
Bleieinsätze und Filtersysteme.
[0003] Ein großer Teil der Abfälle aus dem Rückbau von Kernkraftwerken ist durch das Vorhandensein
von starken Gammastrahlern (Kobalt 60, Cäsium 137) gekennzeichnet. Für diese Abfälle
sind Behälter mit Abschirmwirkung erforderlich, da die Dosisleistung der Behälter
auf einen bestimmten Wert begrenzt ist, wobei dieser Wert von der jeweiligen Lagerstätte
abhängig ist. Bei den vorgenannten Mosaik
®-Behältern übernimmt die Abschirmfunktion das Gusseisen mit Kugelgraphit und ggf.
die zusätzlichen Bleieinsätze. Diese aus dem Stand der Technik bekannten Transport-und
Lagerbehälter sind aufgrund des verwendeten Materials sehr kostenintensiv.
[0004] Bei der Einlagerung von radioaktiven Abfällen werden strenge Auflagen an die Lagerbehälter
gestellt. So dürfen diese ein lagerspezifisches Gesamtgewicht (Behälter samt verfülltem
radioaktivem Abfall) nicht überschreiten. Ferner muss eine bestimmte Abschirmwirkung
vorhanden sein und die Dosisleistung ist auf einen bestimmten Wert begrenzt.
[0005] Bei den bekannten Lagerbehältern ist, bei bestimmter Abschirmwirkung, deren Größe
(und damit deren Nutzvolumen) durch das zulässige Gesamtgewicht beschränkt. Bei einer
Vergrößerung des Nutzvolumens ist (bei Annahme konstanter zu verfüllender Abfallart)
die Abschirmwirkung anzupassen, da mehr Abfall und damit eine größere Nuklidmenge
eingelagert wird bzw. werden kann. Eine Anpassung der Abschirmwirkung bedingt aber
wiederrum eine Erhöhung des Gewichts des Lagerbehälters.
[0006] Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Behältersystem
mit Abschirmfunktion zur Endlagerung radioaktiver Abfälle mit einem erhöhten Nutzvolumen
und erhöhter Abschirmwirkung bereitzustellen.
[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Behältersystem zur Endlagerung
von radioaktiven nicht-wärmeentwickelnden Abfällen, aufweisend einen Grundkörper aus
Normalbeton der Festigkeitsklasse von zumindest C30/37 (B35), wobei der Grundkörper
einen Aufnahmebehälter mit einer Beladeöffnung und einen Deckel umfasst, mit dem die
Beladeöffnung des Aufnahmebehälters verschließbar ist. Das Behältersystem umfasst
ferner einen in dem Grundkörper bzw. dem Aufnahmebehälter aus Normalbeton angeordneten
Abschirmkörper aus Schwerbeton , wobei der Abschirmkörper einen Abschirmbehälter mit
einer Beladeöffnung und einen Abschirmdeckel umfasst, mit dem die Beladeöffnung verschließbar
ist (im Zuge dieser Anmeldung wird mit der Dichte des Schwerbetons die Dichte des
fertig ausgehärteten Materials bezeichnet).
[0008] Bei dem erfindungsgemäßen Behältersystem werden zwei Betonarten in einem mehrschichtigen
Behälter kombiniert. Die materialspezifischen Eigenschaften sorgen zum einen für einen
sehr festen Grundkörper, zum anderen für einen Abschirmbehälter mit einer hohen Abschirmwirkung.
Die erfindungsgemäße Kombination der beiden Betonarten ermöglicht die Fertigung eines
größeren Lagerbehälters (mit einem größeren Nutzvolumen) unter gleichzeitiger Einhaltung
bestimmter lagerspezifischer Vorgaben wie Gesamtgewicht und Dosisleistung. In Abhängigkeit
von der Wandstärke des Abschirmkörpers ist die Abschirmwirkung des Abschirmkörpers
größer als die vergleichbarer Lagerbehälter gemäß dem Stand der Technik und somit
ist die Verfüllung größerer Nuklidmengen möglich. Die Möglichkeit einen größeren Lagerbehälter
mit gesteigerter Abschirmwirkung bereitstellen zu können bedingt, dass weniger Lagerbehälter
für die Einlagerung der gleichen Menge Abfall benötigt werden. Eine verminderte Anzahl
Lagerbehälter bedingt deutlich verminderte Kosten für die Einlagerung einer bestimmten
Abfallmenge. Darüber hinaus sind die Lagerbehälter als solche günstiger als die aus
dem Stand der Technik bekannten, da die verwendeten Materialien günstiger sind.
[0009] Der äußere Grundkörper aus Normalbeton sorgt für die notwendige Festigkeit. Ein Behältersystem
bestehend lediglich aus einem Körper aus Normalbeton würde zwar die zur Endlagerung
notwendige Festigkeit aufweisen, jedoch würde die Abschirmwirkung bei der Endlagerung
von radioaktiven nicht-wärmeentwickelnden Abfällen nicht ausreichend sein.
[0010] Aus fertigungstechnischen Gründen ist es aber nicht möglich, aus Schwerbeton einen
Behälter mit ausreichender Festigkeit zu fertigen. Lediglich die erfindungsgemäße
Kombination aus einem Grundkörper aus Normalbeton und einem Abschirmkörper aus Schwerbeton
gewährleistet eine ausreichende Festigkeit sowie eine ausreichende Abschirmung, wobei
diese Kombination erst die Endlagerung radioaktiver Abfälle ermöglicht.
[0011] Die in dem Transport- und Lagerbehälter einlagerbare Strahlendosis / Nuklidmenge
ist abhängig von der Abschirmwirkung des Gesamtsystems, wobei für die Abschirmung
der Abschirmkörper wesentlich ist. Um gegenüber einem Behälter mit einem Abschirmkörper
aus normalen Schwerbeton erhöhte Strahlendosis einlagern zu können, ist es bei einer
bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass der Schwerbeton des Abschirmbehälters
eine Trockenrohdichte > 4,5 g/cm
3 aufweist. Ein solcher Schwerbeton kann beispielsweise erhalten werden, wenn Schwerzuschläge
wie Hämatit und drei Fraktionen eines Stahlgranulats in Körnungen bis 8 Millimeter,
neben den weiteren üblichen Bestandteilen, für den Schwerbeton verwendet werden. Der
Anteil des Schwerzuschlages bestimmt dabei die genaue Dichte des Schwerbetons und
kann bis zu 80% des Gesamtgewichts ausmachen.
[0012] Sofern es erforderlich ist, dass der in dem Behältersystem zu lagernde radioaktive
Abfall luftdicht verschlossen ist, ist es bevorzugt, dass in dem Abschirmkörper aus
Schwerbeton ein Innenkörper, bestehend aus einem Innenbehälter und einem Innendeckel,
angeordnet ist, wobei der Innendeckel dichtend mit dem Innenköper verschließbar ist.
Zum Verschließen des Innendeckels mit dem Innenkörper wird der Innendeckel beispielsweise
über ein entsprechendes Gewinde an bzw. in dem Innenkörper verschraubt, oder der Innendeckel
wird mit einer Mehrzahl von Schraubverbindungen auf bzw. an dem Innenkörper fixiert.
Je nach Anforderung an die Dichtigkeit des Innenkörpers kann zwischen dem Innenbehälter
und dem Innendeckel ein zusätzliches Dichtungssystem angeordnet sein, wobei dieses
auf die Dichtheitsanforderungen abgestimmt ist. Das für den Innenbehälter und den
Innendeckel verwendete Material kann auf den Anwendungsfall bzw. den einzulagernden
Abfall angepasst werden; ggf. wird der Innenbehälter zusätzlich an den Fertigungsprozess
angepasst. Beispielsweise kann der Innenbehälter aus Edelstahl gefertigt sein und
als verlorene Schalung für die Herstellung des Abschirmbehälters genutzt werden.
[0013] Die Herstellung des Behältersystems ist unter anderem davon abhängig, ob das Behältersystem
einen Innenkörper umfasst. In einem solchen Falle ist es bevorzugt, dass der Innenbehälter
in dem Abschirmbehälter aus Schwerbeton über eine Mehrzahl von Haltemitteln verankert
ist. In einem solchen Falle dient im Zuge der Herstellung des Behältersystems der
Innenkörper bzw. der Innenbehälter als verlorene Schalung für den Abschirmbehälter
aus Schwerbeton.
[0014] Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältersystems ist der
Normalbeton, aus welchem der Grundkörper gefertigt ist, armiert ausgeführt und in
der Armierung ist eine Mehrzahl von Transportbeschlägen verankert. Mit Hilfe dieser
Transportbeschläge lässt sich das Behältersystem rasch und ohne eine zeitaufwändige
Anbringung von gesonderten Transportmitteln transportieren. Ferner ist es bevorzugt,
dass der Grundkörper eine wasserundurchlässige Außenbeschichtung aufweist.
[0015] Bei der Einbringung von radioaktivem Abfall in das Behältersystem kann es vorkommen,
dass Abfälle mit einer Restfeuchtigkeit eingelagert werden. Um diese Restfeuchtigkeit
ggf. aus dem Behältersystem entfernen zu können, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass das Behältersystem eine Entfeuchtungseinrichtung umfasst, die von
außen in das Innere des Behältersystems geführt ist, wobei das Innere des Behältersystems
von dem Innenkörper oder von dem Abschirmkörper definiert ist.
[0016] Das erfindungsgemäße Behältersystem umfasst einen Deckel aus Normalbeton und einen
Abschirmdeckel aus Schwerbeton (und darüber hinaus ggf. noch einen Innendeckel). Diese
können jeweils separat ausgeführt sein, bei einer bevorzugten Ausführungsform ist
es jedoch vorgesehen, dass der Deckel des Grundkörpers und der Abschirmdeckel einstückig
ausgeführt sind; bei einer entsprechenden Ausführungsform lässt sich das Behältersystem
rascher verschließen.
[0017] Zur Vermeidung eines gesteigerten Wärmeeintrages in das Endlager ist es bevorzugt,
dass der Normalbeton einen Wärmeleitwiderstand von > 0,1 m
2K/W aufweist. Bei einem entsprechenden Behältersystem können größere Nuklidmengen
ohne eine verstärkte Wärmeabgabe des Behältersystems verfüllt werden.
[0018] Im Nachfolgenden wird das erfindungsgemäße Behältersystem unter Bezugnahme auf die
beigefügte Zeichnung beschrieben, in welcher Figur 1 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Behältersystems zeigt.
[0019] Figur 1 zeigt eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältersystems.
Das Behältersystem umfasst einen Aufnahmebehälter 1 mit einer Beladeöffnung 1a und
einen Deckel 2 umfassenden Grundkörper aus Normalbeton. Um die Anforderungen des Endlagers
Schacht Konrad zu erfüllen, hat der Normalbeton eine Festigkeitsklasse von zumindest
C30/37 (B35), vorzugsweise B35, mit einem Wärmeleitwiderstand von mehr als 0,1 m
2K/W. In dem Grundkörper aus Normalbeton ist ein Abschirmkörper aus Schwerbeton mit
einer Dichte von mehr als 4,5 g/cm
3 angeordnet. Der Abschirmkörper umfasst einen Abschirmbehälter 3 mit einer Beladeöffnung
3a und einen Abschirmdeckel 4, mit welchem die Beladeöffnung 3a des Abschirmbehälters
verschließbar ist. Zwischen dem Grundkörper aus Normalbeton und dem Abschirmkörper
aus Schwerbeton kann eine wasserundurchlässige Schicht angeordnet sein. Im einfachsten
Fall liegen die Schichten aus Normalbeton und Schwerbeton einfach nebeneinander und
sind durch Formschluss und/oder Kraftschluss miteinander verbunden.
[0020] Bei der gezeigten Ausführungsform ist in dem Abschirmbehälter aus Schwerbeton ein
Innenkörper aus Edelstahl angeordnet, der einen Innenbehälter 5 und einen Innendeckel
6 umfasst, wobei der Innendeckel 6 dichtend mit dem Innenkörper 5 verschließbar ist,
wobei die Abdichtung zwischen dem Innenbehälter 5 und dem Innendeckel in Abhängigkeit
von den Anforderungen des Endlagers abgestimmt ist. So kann beispielsweise der Innendeckel
6 dichtend, ggf. unter Einlegung einer Zusatzdichtung 7, mit dem Innenkörper 5 über
ein Gewinde verschraubt sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Innendeckel 6
mit einer Mehrzahl von Befestigungsmitteln (beispielsweise Schrauben) an dem Innenbehälter
5 befestigt sein.
[0021] Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Innenbehälter 5 in dem Abschirmbehälter
3 über eine Mehrzahl von Haltemitteln 8 verankert. Die Verankerungen sind insbesondere
bei der Herstellung des Behältersystems zweckdienlich, da der Innenbehälter 5 als
verlorene Schalung bei dem Guss des Abschirmbehälters 3 verwendet werden kann. Im
Übrigen ist die Herstellung des erfindungsgemäßen Behältersystems beliebig, solange
die erfindungsgemäße Mehrschichtigkeit des Behältersystems beibehalten wird.
[0022] Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Behältersystem eine Entfeuchtungseinrichtung
9, 10, über welche Restfeuchtigkeit, die bei der Einbringung des radioaktiven Abfalles
in das Behältersystem in dieses eingetragen wird, entfernt werden kann. Bei der gezeigten
Entfeuchtungseinrichtung 9, 10 umfasst diese zwei Abführleitungen für Feuchtigkeit,
die in das Innere 11 des Behältersystems geführt sind. Bei anderen Ausführungsformen
kann es ausreichend sein, dass lediglich eine Abführleitung für Feuchtigkeit verwendet
wird.
[0023] Bei der gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behältersystems ist der Abschirmdeckel
4 auf dem Innendeckel 6 des Innenkörpers abgelegt, und auf diesen Deckeln wiederum
ist der Deckel 2 des Grundköpers abgelegt. Der Abschirmdeckel 4 und der Deckel 2 des
Grundkörpers können vor Einbringung mit einem Haft- bzw. Dichtmittel versehen werden,
so dass auch diese beiden Deckel zu der Abdichtung des Behältersystems beitragen.
Im einfachsten Fall ist es jedoch ausreichend, dass der Abschirmdeckel und der Deckel
des Innenkörpers derart in dem Grundkörper bzw. Abschirmkörper verankert sind, dass
diese nicht ohne aktives Zutun entfernbar sind (wenn beispielsweise das Behältersystem
aufgrund eines Unfalles umfällt). Beispielsweise können der Deckel des Grundkörpers
oder der Abschirmdeckel mit dem Grundkörper bzw. Abschirmkörper verschraubt werden.
Wie die einzelnen Deckel des erfindungsgemäßen Behältersystems jedoch befestigt sind
und im Einzelnen ausgeführt sind, ist für die vorliegende Erfindung unwesentlich.
[0024] Die Schichtdicke der äußeren Normalbetonschicht beträgt üblicherweise zwischen 10
und 15 cm, die Schichtdicke der inneren Schwerbetonschicht beträgt üblicherweise zwischen
15 und 25 cm, wobei insbesondere die Schichtdicke des Schwerbetons hinsichtlich der
Abschirmwirkung auf den zu verfüllenden Abfall abzustimmen sind, da die Kosten für
den Schwerbeton, verglichen mit den Kosten für Normalbeton, relativ hoch sind.
[0025] Um das Behältersystem gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen, kann dieses
mit einer wasserundurchlässigen Schutzschicht versehen sein.
[0026] Zur Vereinfachung des Transports des Behältersystems im Endlager umfasst die gezeigte
Ausführungsform vier Transportbeschläge 12, die in dem Aufnahmebehälter bzw. in der
Armierung des Normalbetons des Aufnahmebehälters verankert sind.
[0027] Die Form des Behältersystems kann auf den jeweiligen Einsatzzweck, sprich den zu
verfüllenden Abfall sowie die Vorgaben der Lagerstätte, angepasst werden. So kann
die Grundform beispielsweise zylindrisch oder rechteckig sein. Bei zylindrischen Behältern
gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise Durchmesser zwischen 900 und 1060
mm und Höhen zwischen 1150 und 1510 mm bei einem Bruttovolumen zwischen 0,7 und 1,3
m
3 üblich, wobei die verschieden Behältertypen natürlich auf die Einlagerung unterschiedlicher
Abfallarten (beispielsweise in Bezug auf die Strahlungsintensität) abgestimmt sind.
[0028] Auf dem Markt übliche rechteckige Behältertypen weisen Längen zwischen 1600 und 3000
mm, Breiten zwischen 1700 und 2000 mm sowie Bauhöhen zwischen 1450 und 1700 mm auf.
Diese Behälter haben (unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Wandstärken) ein
Bruttovolumen zwischen 3,9 und 10,9 m
3, wobei natürlich auch bei diesen Behältertypen die Wandstärke (und damit auch das
Einlagervolumen) von der Art des einzulagernden Abfalls abhängig ist.
[0029] Die vorstehend beschriebene Erfindung ist nicht auf die im Detail beschriebene und
dargestellte Ausführungsform beschränkt. Es ist ersichtlich, dass an der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsform zahlreiche, dem Fachmann entsprechend der beabsichtigten
Anwendung naheliegende Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass dadurch der
Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Wesentlich ist die Kombination aus einem
Außenbehälter aus Normalbeton mit einer bestimmten Festigkeit sowie einem bestimmten
Wärmeleitwiderstand mit einem Abschirmbehälter aus Schwerbeton mit einer bestimmten
Dichte. Die Form des eigentlichen Behältersystems, die Befestigung der verschiedenen
Deckel etc. sind für die eigentliche Erfindung unwesentlich.
1. Behältersystem zur Endlagerung von radioaktiven nicht-wärmeentwickelnden Abfällen,
aufweisend
einen Grundkörper aus Normalbeton der Festigkeitsklasse von zumindest C30/37 (B35),
wobei der Grundkörper einen Aufnahmebehälter (1) mit einer Beladeöffnung (1a) und
einen Deckel (2) umfasst, mit dem die Beladeöffnung (1a) des Aufnahmebehälters verschließbar
ist, und
einen in dem Grundkörper aus Normalbeton angeordneten Abschirmkörper aus Schwerbeton,
wobei der Abschirmkörper einen Abschirmbehälter (3) mit einer Beladeöffnung (3a) und
einen Abschirmdeckel (4) umfasst, mit dem die Beladeöffnung (3a) verschließbar ist.
2. Behältersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerbeton eine Trockenrohdichte > 4,5 g/cm3 aufweist.
3. Behältersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abschirmkörper aus Schwerbeton ein Innenkörper, umfassend einen Innenbehälter
(5) und einen Innendeckel (6), angeordnet ist, wobei der Innendeckel (6) dichtend
(7) mit dem Innenkörper (5) verschließbar ist.
4. Behältersystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (5) in dem Abschirmbehälter (3) aus Schwerbeton über eine Mehrzahl
von Haltemitteln (8) verankert ist.
5. Behältersystem nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalbeton armiert ist und in der Armierung eine Mehrzahl von Transportbeschlägen
(12) verankert sind.
6. Behältersystem nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine wasserundurchlässige Außenbeschichtung aufweist.
7. Behältersystem nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behältersystem eine Entfeuchtungseinrichtung (9, 10) umfasst, die von außen in
das Innere (11) des Behältersystems geführt ist.
8. Behältersystem nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (2) des Grundkörpers und der Abschirmdeckel (4) einstückig ausgebildet
sind.
9. Behältersystem nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalbeton einen Wärmeleitwiederstand von > 0,1 m2K/W.