35 Jahre CASTOR-Behälter im Einsatz
Dipl.-Ing.Klaus Ridder, Siegburg
Im Zusammenhang mit der Nutzung der Kernenergie wird immer wieder vorgetragen, dass die Endlagerung ja nicht gesichert sei. Dort wo die Endlagerung stattfinden sollte, Gorleben, einem Heidedorf im hannoverschen Wendland, fanden alljährlich Demonstrationen gegen Transporte abgebrannter Brennelemente und hochaktiver Abfälle (sog. “CASTOR-Transporte”) statt. Der Sinn dieser Proteste ist eigentlich nicht verständlich, denn der Transport radioaktiver Stoffe ist sicher und weltweit hat es weder Todesfälle noch signifikante Schäden durch Strahlung beim Transport gegeben. Warum eigentlich Demonstrationen gegen die sicheren Transporte abgebrannter Brennelemente und hochaktiver Abfälle? Wie sicher ist der CASTOR? Des weiteren stellt sich die Frage, wie die Behälter sich beim Lagern verhalten.
Historie
Eine sichere und umweltfreundliche Energieversorgung war Thema der Nachkriegszeit. Nachdem zwei Atombomben den 2. Weltkrieg in Japan mit nicht vorstellbaren Zerstörungen beendeten, wurden die Weichen zur friedlichen Nutzung der Kernspaltung gestellt. Kernreaktoren zur Erzeugung von Strom wurden in Betrieb genommen. Während die Brennstäbe bei der Anlieferung zu einem Reaktor nahezu problemlos befördert werden können, sind die Abfälle nach der Kernspaltung durchaus problematisch. Sie stellen ein hohes Gefahrenpotential dar. Die Internationale Atomenergie-Organisation (IAEO) wurde bereits in den 50er Jahren tätig und verabschiedete 1961 erstmals Empfehlungen für die sichere Beförderung radioaktiver Stoffe. Ihre Philosophie war es, dass man grundsätzlich für die Beförderung radioaktiver Stoffe unfallsichere Behälter verwenden muss – andernfalls ist der radioaktive Inhalt eines Versandstücks zu begrenzen. Die “unfallsicheren” Behälter bekamen die Bezeichnung Typ B, die anderen, mit begrenztem radioaktiven Inhalt, die Bezeichnung Typ A.
Die abgebrannten Brennelemente aus Kernkraftwerken, die in den 60er und 70er Jahren massenhaft entstanden, mussten aufgrund ihres hohen radioaktiven Inventars in Typ B- Behälter befördert werden.
Typ B-Behälter mussten also unfallsicher sein, das haben die Experten der IAEO in den 50er Jahren bereits bestimmt – und diese Philosophie hat heute noch Gültigkeit und sich bewährt.
Es wurden Testanforderungen in den IAEO-Empfehlungen für die sichere Beförderung radioaktiver Stoffe (damals Safety Series No 6 genannt) festgelegt, mit denen Unfälle simuliert werden sollten. Die herausragenden Testbedingungen waren ein Fall aus 9 m Höhe auf eine unnachgiebige Platte sowie ein halbstündiger Feuertest mit 800 °C Temperatur. Der Fall aus 9 m Höhe mag für viele nicht genug sein, man muss gleichwohl unterstellen, dass der Fall auf eine “unnachgiebige” Platte erfolgt und hier wird die Fallenergie voll an den Behälter zurück gegeben. Bei einem Behältergewicht von durchschnittlich 100, mittlerweile aber über 180 Tonnen, ist das eine enorme Belastung auf den Testbehälter. Man kann das vielleicht vergleichen mit einem Sprung von einem 10 m-Turm: Springt man ins Wasser, so wird die “Verletzung” allenfalls gering sein – dagegen ist ein Sprung auf die “unnachgiebigen” Fliesen mit Sicherheit tödlich!
Firmen, die sich auf den Transport abgebrannter Brennelemente spezialisierten, entwickelten Typ B-Behälter. Meistens wurden sie aus Schmiedestahl hergestellt. Sie waren damals sehr teuer und kosteten etwa 5 Mio. DM (= 2,5 Mio. €). Sie waren so konzipiert, dass sie mehrere Male benutzt werden konnten. Die Beladung der Behälter mit den abgebrannten Brennelementen erfolgt übrigens unter Wasser. Hierzu werden die Typ B-Behälter ins Wasser versenkt und mit den im Abklingbecken gelagerten Brennstäben beladen. Sie werden mit 2 Deckel mit metallenen Dichtringen versehen und vor dem Transport zusätzlich noch mit Stoßdämpfern ausgerüstet; diese sollen bei einem eventuellen Unfall die Aufprallenergie verzehren.
Realistische Versuche
Typ B-Behälter wurden auch realistischen Transportbeanspruchungen, wie sie durch Unfälle oder Terroranschläge entstehen könnten, unterzogen. Hier ein paar Beispiele:
- Eine Lokomotive mit 3 Waggons fuhr mit 100 Meilen/h im Vereinigten Königsreich 1984 in einen Typ B-Behälter. Der Typ B-Behälter blieb dicht.
- Aus 600 m Höhe wurde ein Typ B-Behälter abgeworfen. Der Typ B-Behälter blieb dicht.
- Beschuss eines Typ B-Behälters mit einem 1 Tonnen schweren Projektil mit Schallgeschwindigkeit.(Simulation eines Flugzeugabsturzes). Der Typ B-Behälter blieb dicht.
- Ein Raketenschlitten, beladen mit einem Typ B-Behälter, fuhr gegen eine Wand mit 100 km/h. Der Typ B-Behälter blieb dicht.
Es gibt weitere Versuche, die alle zeigen, dass der 9 m-Falltest so streng ist, dass dadurch alle realistischen Unfälle abgedeckt werden. Der Beschuss-Test zeigte, dass die auch für eine Lagerung vorgesehenen Behälter einen Flugzeugabsturz, beispielsweise auf ein Lager, standhalten.
Entwicklung in Deutschland
In der Bundesrepublik Deutschland wurde insbesondere unter dem “Atomminister” Franz-Josef Strauß und später Bundeskanzler Helmut Schmidt die Kernenergie ausgebaut. Es wurde ein Entsorgungskonzept entwickelt, das u.a. eine Wiederaufarbeitung der abgebrannten Brennelemente vorsah. Als zentraler Standort für die Bundesrepublik Deutschland für die Wiederaufarbeitung, Zwischen- und Endlagerung wurde das Heidedorf Gorleben auf Vorschlag der niedersächsischen Landesregierung bestimmt, weil hier auch ein Salzstock vorhanden war, in dem die abgebrannten Brennelemente wie die sonstigen Wärme entwickelnden hochaktiven Abfälle endgelagert werden sollten. Man rechnete mit etwa 4.000 Arbeitsplätzen. Das seinerzeit entwickelte Konzept für abgebrannte Brennelemente sah folgendes vor:
1. Die Brennelemente werden wieder aufgearbeitet. Bei der Wiederaufarbeitung entstehen neue Brennstäbe sowie hochaktive Wärme entwickelnde Abfälle
2. Die Wärme entwickelnden hochaktiven Abfälle aus der Wiederaufarbeitung werden in Glaskokillen eingeschmolzen. Wegen der Wärmeentwicklung werden sie zunächst etwa 40 Jahre zwischengelagert. Nach dem Abklingen war etwa ab 2030 eine Endlagerung vorgesehen.*)
3. Man dachte seinerzeit aber auch schon daran, einzelne abgebrannte Brennelemente nicht wieder aufzuarbeiten, sondern nach einer Abklingzeit end zu lagern.
4. Aus der Wiederaufarbeitung in Deutschland wurde nichts. Sie sollte an Stelle von Gorleben zunächst im bayerischen Wackersdorf erfolgen. Aber auch das Projekt Wackersdorf wurde eingestellt. Stattdessen erfolgte eine Wiederaufarbeitung bis zur Rot- Grünen-Bundesregierung, die von 1999 bis 2004 die Geschicke der Bundesrepublik bestimmte, im französischen Cap Le Hague sowie im englischen Sellafield.
5. Die Verträge mit Cap Le Hague und Sellafield sahen vor, dass die bei der Wiederaufarbeitung entstehenden Restabfälle, die hochaktiv und Wärme entwickelnd sind, von der Bundesrepublik Deutschland zurückgenommen werden müssen.
Notwendigkeit für einen Transport- und Lagerbehälter (“CASTOR”)
Das in den 70er Jahren entwickelte Konzept sah vor, dass bis zur Endlagerung die radioaktiven Abfälle mit hoher Aktivität zwischengelagert werden müssen. Hierzu wurde ein spezieller Transport und Lagerbehälter, namens CASTOR (= Cask for Storage and Transport of Radioactive Material – praktisch eine Markenbezeichnung) entwickelt. Der CASTOR-Behälter musste preisgünstig sein, weil eine Wiederverwendung ja nicht vorgesehen war. Nach der etwa 40jährigen Zwischenlagerung hat der CASTOR praktisch ausgedient, so das ursprüngliche Konzept.
Die Essener Firma Gesellschaft für Nuklearservice (GNS) entwickelte zusammen mit der Gießerei Siempelkamp in Krefeld den neuen Behältertyp: Statt des teuren Schmiedestahls wurde als Material Kugelgraphitguss verwendet. Normalerweise ist bei Guss bekannt, dass dieser sehr sprödbruchempfindlich ist und keine höheren Belastungen aushält. Bei Kugelgraphitguss greifen die Moleküle aber so ineinander, dass eine hohe Festigkeit entsteht.
Schwierig ist es auch, 100 Tonnen innerhalb kürzester Zeit (nur wenige Minuten) abzugießen, aber die Firma Siempelkamp in Krefeld entwickelte hier ein “know how”, das richtungsweisend für die Herstellung großer Lager- und Transportbehälter in aller Welt werden sollte.
Man war sich über die Leistungsfähigkeit des Kugelgraphitgussbehälters so sicher, dass man für November 1978 ein internationales Publikum nach Leere bei Braunschweig einlud, um die Weltpremiere des Tests eines Typ B-Behälters aus Kugelgraphitguss zu erleben. Der Behälter wurde entsprechend den IAEO-Empfehlungen auf minus 40 °C gekühlt und aus einer Höhe von 9 m auf eine unnachgiebige Platte fallen gelassen. Ich war seinerzeit dabei, es gab ein leichtes Beben der Erde – der Behälter blieb aber dicht. Allerdings wurde beim Fall auf die Tragzapfen dieser zerstört und haute mit einer enormen Wucht in den Hügel, auf dem die internationalen Experten standen. Das war nicht vorgesehen und hätte durchaus schwere Folgen haben können, wenn die Tragzapfenteile in die Menschenmenge geflogen wären.
Die internationale Fachwelt hatte einen Versuch miterlebt, der richtungsweisend für die Herstellung von Transport- und Lagerbehältern für die Beförderung hochaktiver und Wärme entwickelnder radioaktiver Stoffe sein sollte!
Aufbau CASTOR
Im Innern eines CASTOR-Behälters befinden sich die abgebrannten Brennelemente oder die Glaskokillen mit hochaktiven Abfällen, jeweils fixiert in Metallkörben.
Ein dicker Mantel aus Kugelgraphitguss mit Bohrungen für sog. Moderatorstäbe und äußeren Kühlrippen schirmt die von dem Inhalt ausgehende Strahlung ab. Die äußeren Kühlrippen dienen der Wärmeabfuhr.
Auf der einen Stirnseite befinden sich Deckel mit mehrfachen Abdichtungen, die u.a. ein Austreten der inneren Strahlung verhindern. Die Deckel werden sorgfältig aufgeschraubt. Die beiden Enden werden mit jeweils einem Stoßdämpfer versehen.
Für die Lagerung wird der CASTOR-Behälter zusätzlich mit Vorrichtungen zur Messung der Behältertemperaturen und -dichtheit während der Lagerung ausgerüstet.
Lagerbehälter werden wieder Transportbehälter*)
Die Transportbehälter des Typs CASTOR sind in der Regel für eine Betriebsdauer von 40 Jahren ausgelegt. Sie lagern in Gorleben, Ahaus; Lubmin oder seit 2005 auch an den Kernkraftwerken sowie auch noch in den Wiederaufarbeitungsanlagen in Cape la Hague (F) sowie Sellafield (UK). Man hatte geplant, dass vor Ablauf von 40 Jahren mit der Endlagerung in Gorleben hätte begonnen werden können.
Die nicht nachvollziehbaren Beschlüsse der Bundesregierung haben dazu geführt, dass alle diesbezüglichen Planungen geändert werden müssen und vor allem ist mit einer längeren Zwischenlagerung der CASTOREN zu rechnen (Endlagerung nicht vor 2060?).
Überlegungen, was man nach Ablauf der normalerweise auf 40 Jahre begrenzten Zulassung machen kann, laufen auf internationaler Ebene. So hat die Internationale Atomenergie Organisation (IAEO) in Wien eine Arbeitsgruppe unter Leitung von Prof. Dr. Bernhard Droste (BAM) einberufen, sie wird einen Bericht ‚Guidance für preparation of a safety case for a dual purpose cask containing spent nuclear fuel’ erstellen. Der Bericht wird dann richtungsweisend für alle Länder sein, die Kernkraftwerke betreiben.
Grundsätzlich werden keine technischen Probleme gesehen, wenn auch nach mehr als 40 Jahren Lagerung wieder ein Transport erfolgt, weil
– der Behälter während der Lagerung nicht mechanisch beansprucht wird
– bei den Metalldichtungen an den beiden Deckel keine Beeinträchtigungen wie beispielsweise durch Korrosion zu erwarten sind.
Die jeweils bestehenden Zulassungen werden während der Lagerung aufrecht erhalten und müssen ggf. vor einem Transport nach der Lagerung überprüft werden. Auf jeden Fall wird man neue Stoßdämpfer verwenden und ggf. auch neue Tragzapfen einbauen.
Wann auch immer, es wird sehr viele Transporte geben.
Resüme
Man denkt, wenn man das Wort Beförderung radioaktiver Stoffe hört, dass es sich hier um sehr gefährliche Transporte mit hohen Risiken handelt. Dem ist aber nicht so!
Dank der IAEO-Empfehlungen, die auf die 50er Jahre zurückgehen, wurde ein Sicherheitskonzept der unfallsicheren Transportbehälter entwickelt. Und es hat weltweit beim Transport dieser Stoffe keine Todesfälle oder signifikante Strahlenschäden gegeben. Auch bei der Lagerung von mehr als 40 Jahren sind keine Sicherheitsprobleme zu erwarten. Was will man mehr.
*) Durch die neueste Entwicklung, hier neue Suche nach einem Endlager, wird das wohl erst 2060 sein können.
*) Quelle: Aufsatz von Prof. Dr. Bernhard Droste (www.gefahrgut-online.de)
J:/35 Jahre Castor.doc/10.01.2015