atw - International Journal for Nuclear Power | 02.2022

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atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 2 ı März DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 60 Beim Transport zur Endlagerkonditionierung (TP 3) ist der TRIPLE CT Behälter Lageänderungen (vertikal/horizontal) und Erschütterungen ausgesetzt. Infolge der Fixierung der inneren Geometrie durch die keramische Vergussmasse (Z1) kommt es dabei auch nach langer Zwischenlagerung (TP 3) nicht zur Zerstörung der Brennelement-Geometrie mit/ohne Verlagerungen des Schrotts. Die Initialbarriere macht aus dem BE eine umschlossene Strahlenquelle. Die Kontaminationsfreiheit der Initialbarrieren-Oberfläche ist nach dem Verfahrensschritt 5 (Abb. 6) zu bestätigen bzw. gegebenenfalls herzustellen. Dadurch bleibt der Innenraum des Castorbehälters kontaminationsfrei. Er kann nach der Entladung (SP 4) erneut verwendet werden. In der Phase SP 4 erfolgt die Endlagerkonditionierung durch Umhüllung der Initialbarriere mit weiteren Materialschichten. Die Initialbarriere muss dazu nicht geöffnet werden. Bei der Einkapselung des hochaktiven Abfalls in die Initialbarriere braucht nicht bekannt zu sein, wie später einmal (z. B. nach 100 Jahren Zwischenlagerzeit oder länger) das Endlagergebinde tatsächlich aussieht oder in welches Wirtsgestein eingelagert wird. Die vollkeramische Variante des Endlagerbehälters (TRIPLE CR, R für Repository) sieht als Over-Pack einen Behälter aus Carbonbeton vor [2]. Konsequenzen des Verzichts auf die Initialbarriere Der Status-quo der Behandlung des hochradioaktiven Abfalls in Deutschland soll unter Zuhilfenahme von Abb. 8 erläutert und durch den Vergleich mit Abb. 7 einige Nachteile beim Verzicht auf die Initialbarriere herausgearbeitet werden. Die Brennelemente werden aus dem Nasslager in Castoren umgeladen und diese in einem Zwischenlager abgestellt. Ähnlich wird mit den verglasten Abfällen aus der Wiederaufarbeitung (Kokillen) verfahren. Gegenwärtig existieren drei zentrale und 12 standortgebundene Zwischenlager. In wenigen Jahren wird praktisch der gesamte hochradioaktive Abfall in ca. 2000 Castoren an der Erdoberfläche auf die Endlagerung warten. Mehrere Varianten der Weiterbehandlung sind denkbar. Angenommen, die Castoren erhalten die Transportgenehmigung selbst nach einer erweiterten Zwischenlagerung, dann könnten sie direkt zum Endlager transportiert und im Prinzip ohne Umladung eingelagert werden. Ton und Kristallin scheiden als Wirtgestein a priori aus. Es bleiben nur Standorte in Salz übrig. Das wäre jedoch die schlechteste aller Varianten. Wahrscheinlich schon nach ca. 100 Jahren Zwischenlagerung ist die Barrierwirkung der Hüllrohre (B1) verloren gegangen und nach ca. 5000 Jahren ist auch der Castor® durch Korrosion undicht geworden (Verlust Barrierewirkung B2). Die Langzeitrückhaltung muss dann für 99,5 % des Nachweiszeitraumes allein durch das (wasserlösliche) Wirtsgestein (B3) – ohne Redundanz und Diversität – garantiert werden. Die unvermeidliche Gasbildung kann zu Wegsamkeiten für Flüssigkeiten führen. Flüssigkeitszutritt wiederum bei undichten Behältern, in denen sich der Brennstoff-Hüllrohr- Schrott verlagern konnte, erhöht die Wahrscheinlichkeit der autonomen Bildung einer kritischen Anordnung (Verlust CONTROL). Der innere Zerstörungsprozess des Endlagers würde autokatalytisch. | Abb. 8 Abfallbehandlung ohne Initialbarriere bei erweiterter Zwischenlagerung. Castor® ist kein Endlagerbehälter; direkte Endlagerung bestenfalls in Salz. Es muss davon ausgegangen werden, dass bereits nach wenigen Jahrzehnten der Zwischenlagerung die Umladung der Brennelemente in einen anderen Transport-behälter oder in den Endlagerbehälter auf jeden Fall in einer Heißen Zelle erfolgen muss. Das erfordert den Neubau von mindestens einer zentralen Heißen Zelle oder im schlimmsten Fall von 15 Heißen Zellen an den deutschen Zwischenlagerstandorten. Decommissioning and Waste Management Keramische Initialbarriere für innovative Zwischen- und Endlagerung von hochradioaktivem Abfall ı Jürgen Knorr, Albert Kerber
atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 2 ı März Bei durch Korrosion beschädigten Brennelementen wird der Innenraum der Castoren kontaminiert, wodurch zusätzliche Abfallmassen in Größenordnungen entstehen können. Es bleibt zu hoffen, dass die Zwischenlagerung nicht solange ausgedehnt wird, dass man die Öffnung der Castoren aus Furcht vor den Konsequenzen unbedingt vermeiden will und demzufolge – nolens volens – die Castoren zu Endlagerbehältern „ertüchtigt“, indem man z. B. einen dritten Deckel aufschweißt. Die direkte Endlagerung von Castoren wäre natürlich die kostengünstigste Variante. Aber auch ein anderer Aspekt könnte eine Rolle spielen. Es gibt Bundesländer, die prinzipiell ein Endlager auf ihrem Territorium ablehnen. Diese verfügen im Wesentlichen über potentielle Standorte in Kristallin. Ein Plädoyer für die (direkte) Endlagerung von mit hochradioaktivem Abfall beladenen Castoren kann als Bestandteil einer Vermeidungsstrategie eines Endlagerstandorts (NIMBY) in Kristallin interpretiert werden, was die Bestimmungen von StandAG und Endlagersicherheitsanforderungsverordnung nach einer ergebnisoffenen Endlagersuche à priori konterkariert. All diese Probleme werden durch die keramische Initialbarriere vermieden. Kosten-Nutzen-Analysen werden zeigen, dass der Aufwand für die Entwicklung und Fertigung der SSiC-Behälter sowie für die Herstellung der Initialbarriere für das vorhandene Mengengerüst mehr als gerechtfertigt ist. weiteren Materialzonen zu einem späteren Zeitpunkt zur Komplettierung der technischen Barriere eingesetzt werden oder unter welchen geologischen Bedingungen die Endlagerung einmal erfolgen wird. Referenzen [1] Gesetz über die friedliche Verwendung der Kernenergie und den Schutz gegen ihre Gefahren (Atomgesetz) AtG, zuletzt geändert durch Art. 3 G v. 7.12.2020 I 2760 [2] J. Knorr, A. Kerber, TRIPLE C waste container for increased long-term safety of HHGW disposal in salt, clay and crystalline, atw International Journal for Nuclear Power Vol. 66 (2021) Issue 45 July, p. 54-62 [3] Verordnung über Sicherheitsanforderungen an die Endlagerung hochradioaktiver Abfälle (Endlagersicherheitsanforferungsverordnung EndlSiAnfV) Referentenentwurf vom 17.07.2019 [4] H. Nabielek, K. Verfonderen; Integrity of TRISO Particle Coating during Long-Term Storage under Corrosion, EU co-funded RAPHAEL Program D-BF2.1, Jülich, March 2010 [5] R. Moormann, K. Verfonderen; Methodik umfassender Sicherheitsanalyse für zukünftige HTR- Anlagenkonzepte, Band 3 Spaltproduktfreisetzung Jül-Spez-388, Mai 1987, ISBN 343-7639 [6] L.A. Lay; Corrosion Resistance of Technical Ceramics, National Physical Laboratory, Teddington, Middlesex, Pub H.M.S.O., ISBN 0114800510, 1983 [7] EP 3 684 743, „Verbinden von Bauteilen aus gesintertem oder heiß- gepresstem Siliziumkarbid“ [8] A. Kerber, J. Knorr SiC encapsulation of high level waste for long-term immobilization, atw International Journal for Nuclear Power 1/2013 p.8-13 [9] CASTOR® , Firmenschriften GNS Essen [10] Informationsgespräche der Autoren zur Endlagerung mit GNS in Essen am 06.06.2013 und am 01.03.2016 sowie BMU in Berlin am 17.05.2017 und am 06.06.2018 Autoren Prof. Dr. Jürgen Knorr Professor Emeritus für Kerntechnik an der GWT-TUD GmbH, Dresden knorr.juergen.anne@t-online.de DECOMMISSIONING AND WASTE MANAGEMENT 61 Zusammenfassung Das TRIPLE C Konzept für die Endlagerung von hochradioaktivem Abfall stützt sich auf die Anwendung von High-Tech Keramik bei der Auslegung eines Mehrschicht-Behälters. Insbesondere die keramische Initialbarriere hat das Potential, zur wesentlichen Barriere für Endlager in allen Wirtsgesteinstypen zu werden. Es bietet sich an, die Vorteile der Initialbarriere nicht erst für die Endlagerung zu nutzen, sondern den Abfall bereits frühzeitig in der Back-End-Sequenz in die Initialbarriere einzuschließen, vorzugsweise beim Übergang vom Nasslager zum Transport in ein Zwischenlager. Daraus ergeben sich eine Reihe von Vorteilen für ein sicheres, flexibles und kosteneffektives Abfallmanagement. Die Kombination von keramischer Initialbarriere und bewährten Transportbehältern eröffnet auch neue Möglichkeiten für eine erweiterte Zwischenlagerung und nimmt dadurch den Zeitdruck von der Inbetriebnahme eines Endlagers. Professor Jürgen Knorr ist seit 1992 Professor für Kerntechnik an der Technischen Universität Dresden (emeritiert seit 2006). Er promovierte in Physik/Nukleartechnologien. Von 1975 bis 1992 war Prof. Knorr für Planung, Bau und Betrieb des AKR-Schulungsreaktors in Dresden verantwortlich. Die Zusammenarbeit mit der SiCeram GmbH zur Anwendung von Hightech-Keramik im Nuklearbereich begann 2003. Von 1993 bis 2000 war Prof. Knorr Präsident der Kerntechnischen Gesellschaft e.V. und zudem Vorstandsmitglied der European Nuclear Society. Dr. Albert Kerber Mitinhaber und Geschäftsführer SiCeram GmbH, Jena a.kerber@glamaco.com Seit 1998 ist Dr. Albert Kerber Mitinhaber und Geschäftsführer der Firma SiCeram GmbH in Jena, mit dem Schwerpunkt Hochleistungskeramik. Nach dem Studium des Chemieingenieurwesens promovierte er an der Technischen Universität Karlsruhe. Die Zusammenarbeit mit Prof. Knorr begann im Jahr 2003 und konzentriert sich auf die Anwendung von Hightech-Keramikmaterialien im Nuklearbereich, insbesondere für innovative Lösungen im Bereich der nuklearen Entsorgung. Es ist davon auszugehen, dass die keramische Initialbarriere zukünftig integraler Bestandteil jedes Endlagergebindes sein wird, egal, welche Decommissioning and Waste Management Keramische Initialbarriere für innovative Zwischen- und Endlagerung von hochradioaktivem Abfall ı Jürgen Knorr, Albert Kerber
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Seite 26 und 27: Area atw Vol. 67 (2022) | Ausgabe 2
Seite 62 und 63: Kommunikation und Training für Ker
Seite 80: #52KT www.kerntechnik.com Media Par
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