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Mit diesem Beitrag berichtet die BAM über den Stand der Technik und die bereits existierenden Behälterbauarten für die Lagerung von mittelradioaktiven Abfällen mit Ausblick auf die Vorteile und Anwendungszwecke von Schmiedestahl als bevorzugter Behälterwerkstoff. Aus Sicht der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) wird dargestellt, welche Herausforderungen im Allgemeinen bei der Qualifizierung von Schmiedestahlbehältern existieren und warum diese im Vergleich zu den bislang verwendeten Konstruktionen bevorzugt zur Erfüllung der erhöhten Anforderungen an die Barriereeigenschaften eines Behälters der Abfallbehälterklasse II (ABK II) ausgewählt werden.
Durch den Betrieb und den fortschreitenden Rückbau der in Deutschland stationierten Kernkraftwerke und kerntechnischen Anlagen, steigt auf Seiten der Industrie sowie Energieversorgungsunternehmen der Bedarf nach geeigneten Abfallbehältern zur Konditionierung und Entsorgung anfallender schwach- und mittelradioaktiver Abfälle mit vernachlässigbarer Wärmeentwicklung. Deutlich spürbar ist hierbei der Impuls der Hersteller auch Abfallbehälter aus anderen als den bislang verwendeten Werkstoffen wie z. B. Beton, Gusswerkstoff oder Stahlblech zu fertigen. Dabei besteht insbesondere das Interesse an der Herstellung von Konrad-Endlagerbehältern aus Schmiedestahl.
Die Verwendung von Schmiedestahl als Behälterwerkstoff ist bereits bei Transport- und Zwischenlagerbehältern für hochradioaktive Abfälle etabliert. Das Material bietet auch für Konrad-Endlagerbehälter aufgrund seiner günstigen Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften in Anbetracht der erhöhten Anforderungen an die Barriereeigenschaften von störfallfesten Behältern der Abfallbehälterklasse II gewisse Vorteile. Denn für Behälter der Abfallbehälterklasse II müssen gemäß Endlagerungsbedingungen und Produktkontrolle über die Abfallbehälterklasse I hinaus zusätzliche Kriterien an die Behälterauslegung zur Erhaltung der Integrität erfüllt werden. Ebenfalls müssen erhöhte Dichtheitskriterien zur Einhaltung zulässiger Radionuklidfreisetzungen während und nach einem mechanischen oder thermischen Störfallszenario eingehalten werden. Die größten Herausforderungen zur Qualifizierung von Schmiedestahlbehältern liegen in der Bewertung der Nachweiskonzepte zur Ermittlung der abdeckenden Fallorientierung und Prüfmusterkonfiguration für den geforderten Fallversuch aus 5 m Höhe. Hierbei ist gemäß Produktkontrolle das Prüfmuster so auszuwählen und zu fertigen, dass es einschließlich seines simulierten Inhalts für die Serienfertigung repräsentativ ist und bei der Fallprüfung der größtmögliche Schaden bezüglich maximaler Kräfte, maximaler Spannungen und maximaler Verformungen erzielt wird. Eine weitere wesentliche Herausforderung ist die Eignungsprüfung des vom Antragsteller ausgewählten konservativ abdeckenden Inventars für die einstündige Brandprüfung bei 800°C, welche die Gesamtheit der kritischen Eigenschaften der für die Serienbehälter vorgesehenen Inhalte, insbesondere Ionenaustauscherharze und Verdampferkonzentrate sowie deren Auswirkung auf die Wärmeverteilung, das Pyrolyseverhalten und den Druckaufbau im Behälter berücksichtigt.
Diese Prüfung hat das Ziel, die Erfüllung der Dichtheitskriterien nach einem simulierten thermischen Störfall nachzuweisen.
Bis auf einige Ausnahmen existieren in den Endlagerungsbedingungen und Produktkontrolle keine spezifischen Anforderungen an Behälterwerkstoffe. Grundsätzlich dürfen Behälter aus Werkstoffen hergestellt werden, die einzeln und in Ihrer Gesamtheit nachweislich für den Einsatzzweck der Behälter geeignet sind. Diese Anforderungen sind in der Regel dann erfüllt, wenn die verwendeten Schmiedestähle nach allgemein anerkannten Regeln der Technik hergestellt, gefügt und geprüft werden und im Rahmen der Bauartprüfung der Behälter ihre Eignung nachgewiesen werden. Neben den bisher explizit genannten Behälterwerkstoffen Beton, Guss(eisen) und Stahlblech hat das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) auch in Zusammenarbeit mit der BAM Schmiedestahl zusätzlich in die neue Revision der Endlagerungsbedingungen aufgenommen. Hierdurch wird jetzt neu die Option eröffnet ohne gesonderte Zustimmung des
BfS, Anträge auf Zulassung von Schmiedestahlbehältern für das Endlager Konrad zu stellen. Hierbei stehen grundsätzlich alle über die Behältergrundtypen in spezifizierten Formen und Abmessungen zur Disposition. Mit diesem Beitrag berichtet die BAM über die aktuellen nationalen und internationalen Bestrebungen Schmiedestahl als Behälterwerkstoff für die Lagerung von mittelradioaktiven Abfällen zu etablieren. Dabei wird auch auf die Besonderheiten eingegangen, denen sich Antragsteller bei der Qualifizierung von derartigen Behältern in der Abfallbehälterklasse II unter Berücksichtigung der in und genannten Anforderungen zu stellen haben.
Low and intermediate level radio active waste has been produced in Germany for several decades. While a part of the waste had been deposited in the Morleben repository and the Asse mine which have been operated for just a limited period of time, the major amount is conditioned and packaged in temporarily stored waste containers.
Those containers are designated for final disposal in the KONRAD repository being currently under construction and expected to start operation in 2022. As a consequence, an assessment of the waste container documentation and safety is strongly needed to receive an approval for the KONRAD repository. This requalification is challenging because those old containers have to meet the same safety requirements as new containers.
Low and intermediate level radioactive waste has been produced in Germany for several decades. While a part of the waste had been deposited in the Morleben repository and the Asse mine which have been operated for just a limited period of time, the major amount is conditioned and packaged in temporarily stored waste containers. Those containers are designated for final disposal in the KON-RAD repository being currently under construction and expected to start opera-tion in 2022. As a consequence, an assessment of the waste container documen-tation and safety is strongly needed to receive an approval for the Konrad reposi-tory. This requalification is challenging because those old containers have to meet the same safety requirements as new containers.