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Vertikalprojekt 7: Oberflächenlagerung

Arbeitspaket 7.1: Bautechnische Konzepte

Obertägige bzw. oberflächennahe Zwischenlager für radioaktive Abfälle werden heute weltweit betrieben. Ihre geplante und genehmigte Betriebsdauer beträgt mehrere Jahrzehnte. Eine Aufgabe besteht darin, wärmeentwickelnde hochradioaktive Abfälle bis zur Lagerung in tiefengeologischen Formationen zu einem gewissen Grad abkühlen zu lassen. Insbesondere macht aber das Fehlen eines betriebsbereiten Endlagers für hochradioaktive Abfälle eine Zwischenlagerung unerlässlich. Zudem kann ein oberflächennahes Lagern auch darin begründet sein, dass von den Abfällen innerhalb verhältnismäßig kurzer, überschaubarer Zeiträume keine Gefahr mehr für Mensch und Umwelt ausgeht.

In Abhängigkeit von der eingelagerten Abfallart kommen verschiedene Lösungsvarianten mit unterschiedlichen Nutzungszeiträumen wie z. B. Hallenkonstruktionen, Grubenanlagen oder Deponien zum Einsatz. Obertägige Lagerungskonzepte sind stets technische Mehrbarrierensysteme, die aus abfallbezogenen Einschließungskomponenten (Einbindung, Behälter) und aus bautechnischen Umschließungskomponenten (Bauwerken) bestehen.

Zieht man eine obertägige oder oberflächennahe Zwischenlagerung auch für sehr lange Zeiträume von ggf. mehreren hundert Jahren in Betracht, kommen zu den Bedingungen für heute betriebene Zwischenlager erhebliche weitere Anforderungen hinzu, die den Erfahrungsrahmen des bisherigen Bauens zum Teil verlassen. Denn die Standsicherheit, Gebrauchstauglichkeit und Dauerhaftigkeit muss, in Abhängigkeit von Abfallart und Zielsetzung der Zwischenlagerung, unter Umständen über mehrere Jahrhunderte sichergestellt werden. Dieser Aspekt stellt eine der wesentlichen technischen Herausforderungen dar, die in diesem Arbeitspaket bearbeitet werden.

Eine weitere Herausforderung ergibt sich aus der Vielfalt der Einwirkungen, die zum Teil jenen von Kernkraftwerken ähnlich sind:

  • Eindringen unbefugter Personen („human intrusion“)
  • Physikalisch-chemisch schädigende Prozesse an den Baustoffen durch Umgebungseinflüsse (Temperatur, Feuchtigkeit, chemischer Angriff…)
  • „Gewöhnliche“ mechanischen Einwirkungen (Eigengewicht, Wind und Schnee)
  • Außergewöhnliche mechanische Einwirkungen wie z. B. schwerer Sturm, Hochwasser, Erdbeben oder Flugzeuganprall, Explosion und Beschuss

Die technischen Barrieren können je nach Konzept nach Anzahl und Widerstandskraft gegen die Einwirkungen gewählt werden. So kann einerseits dem umgebenden Bauwerk der größte Teil der Schutzfunktion zugewiesen werden. Seine Komponenten müssen entsprechend ausgebildet werden, in einem obertägigen Bauwerk z.B. durch dicke Wände und sehr robuste Konstruktionen, um auch extremen Einwirkungen während der gesamten Nutzungsdauer widerstehen zu können. Alternativ kann der Lager- bzw. Abfallbehälter selbst derart ausgeführt werden, dass er den maßgebenden Einwirkungen widersteht. In diesem Fall wären an die Bauwerkskomponenten geringere Anforderungen zu stellen.

In Abhängigkeit von der Aktivität der Abfallstoffe und der vorgesehenen Einlagerungsdauer sollen bautechnische Lösungen erarbeitet werden, die auch die betrieblichen Anforderungen berücksichtigen. Obertägige Bauwerke, Deponien und oberflächennahe Grubenanlagen zählen zu den untersuchten Optionen. Ein zu entwickelnder Anforderungskatalog soll als Basis für die Erarbeitung technischer Konzepte dienen, die im Rahmen eines multikriteriellen Bewertungsschemas gegenüber gestellt werden.

AP-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig

Beteiligte Institutionen

  • Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig

Arbeitspaket 7.2: Probalilistisches, monitoringbasiertes Sicherheits- und Life-Cycle-Konzept

Die erforderliche Nutzungsdauer von bis zu mehreren hundert Jahren liegt weit oberhalb des Erfahrungsspektrums für Ingenieurkonstruktionen. Die Lageranlagen müssen sehr hohen und ungewöhnlichen Sicherheitsanforderungen genügen. Hierzu zählen z. B. der Widerstand der Baustoffe gegen physikalisch-chemische Schädigungsprozesse über sehr lange Zeiträume sowie der Widerstand gegen die in der Beschreibung vom AP 7.1 erwähnten außergewöhnlichen, mechanischen Einwirkungen. Die Einwirkungen und die Widerstände müssen bei der Gebäudebemessung in einem probabilistischen Sicherheitskonzept erfasst werden.

Im Nutzungszeitraum sinkt der Bauwerkswiderstand durch Alterung und durch einwirkungsbedingte Schädigungen. Deren Vorhersage, insbesondere über lange Zeit, ist mit Unsicherheit verbunden. Deshalb muss der Bauwerkszustand während des Betriebs überwacht werden. Die Bauwerksüberwachung wird mittels Inspektionen und Monitoring vorgenommen. Dazu stehen bereits heute viele Möglichkeiten zur Verfügung, die beispielsweise bei Brücken und Offshore-Bauwerken zum Einsatz kommen. Die Bauwerksüberwachung dient als Basis für Entscheidungen über Instandhaltungsmaßnahmen und ist somit Grundlage für die sichere Nutzung der Anlagen über lange Zeiträume.

Im AP 7.2 soll, ausgehend von bekannten Monitoring- und Life-Cycle-Engineering-Konzepten für Ingenieurbauwerke, ein solches Konzept für obertägige Lagerungskonzepte für radioaktive Reststoffe entwickelt werden. Für Systemkomponenten und -gruppen sollen Monitoring-, Prognose- und Interventionswerkzeuge (Reparatur, Austausch, Ertüchtigung etc.) entwickelt werden. Hier findet sich eine weitere wichtige Verbindung zum AP 7.1, denn die Ausführung und Konstruktion des Bauwerks ist für die Empfindlichkeit gegenüber Schäden und letztlich die Auswechselbarkeit einzelner Bauteile von großer Bedeutung. Die zu entwickelnden Werkzeuge werden in einem modularen risikobasierten Bewertungsansatz zusammengeführt. Zu beachten sind auch hier die Aspekte des Abfallhandlungs- und des Bauwerksbetriebs, so dass Instandhaltungsmaßnahmen den Betrieb der Anlage möglichst wenig stören und keine zusätzliche Gefährdung erzeugen.

AP-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig

Beteiligte Institutionen

  • Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig

Arbeitspaket 7.3: Anforderungen aufgrund von Abfallbehandlungsmethoden

Dieses Arbeitspaket startet erst im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens und bezieht sich auf zu erbringende Ergebnisse aus den Arbeitspaketen 7.1 und 7.2. Es geht hier um die in obertägigen Lagerungskonstruktionen ggf. vorzusehenden Erweiterungsmöglichkeiten für später zu ergänzende Abfallbehandlungsmethoden. Für weitere Informationen siehe "Vorhabenbeschreibung ENTRIA".

AP-Leitung

  • Prof. Dr.-Ing. Harald Budelmann, Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig

Beteiligte Institutionen

  • Institut für Baustoffe, Massivbau und Brandschutz, TU Braunschweig