Kerntechnische Entsorgung
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Konkretisierung der Anforderungen an Behälter für ein deutsches Endlager für hochradioaktive Abfälle
(2026)
Die Abfallbehälter stellen eine wichtige Komponente jedes Endlagersystems dar. Zum einen werden sie für die Handhabung und Einlagerung der Abfälle benötigt, zum anderen sind sie Teil des Multibarrierensystems, das den sicheren Einschluss der radioaktiven Abfälle während des geforderten Nachweiszeitraums von 1 Million Jahren sicherstellt. Das deutsche Regelwerk für die Endlagerung von hochradioaktiven Abfällen (insbesondere StandAG, EndlSiAnfV, EndlSiUntV) enthält überwiegend Anforderungen an das gesamte Endlagersystem, aber nur wenige konkret auf den Behälter bezogene Vorgaben.
Ziel des Forschungsprojektes KAnnE („Konkretisierung der Anforderung an Endlagerbehälter und Entwicklung von Prüfkonzepten“) ist es daher, die Anforderungen aus dem Regelwerk möglichst behälterspezifisch zu konkretisieren, um belastbare Vorgaben für die Behälterauslegung und deren Sicherheitsbewertung zu gewinnen. Dabei werden ergänzend Erkenntnisse aus der Auswertung internationaler Behälterkonzepte und deren Anforderungen berücksichtigt, die im ersten Teil des Projektes umfassend analysiert wurden. Um eine nachvollziehbare Systematik und Vollständigkeit der hergeleiteten Anforderungen zu erzielen, wurden diese spezifisch für die drei Hauptphasen der Behälterlebensdauer ermittelt: Unter „Konstruktion und Herstellung“ fallen allgemeine Anforderungen z.B. zu den Materialien sowie konkrete Vorgaben und Empfehlungen für die Herstellung und Qualitätskontrolle. Unter „Handhabung und Betrieb“ werden Anforderungen beschrieben, die aus der Beladung des Behälters über dessen Einlagerung bis zur Handhabung im Fall einer möglichen Rückholung (während des Endlagerbetriebes) oder Bergung (bis 500 Jahre nach Verschluss des Endlagers) resultieren. Die dritte Phase schließlich ist die nach der Einlagerung, wenn der Behälter mit den anderen ihn umgebenden geotechnischen und geologischen Barrieren kompatibel sein muss, z.B. in Bezug auf Temperatur, Strahlung und Korrosion. Dabei wird auch die Abhängigkeit der Behälteranforderungen vom Wirtsgestein (Kristallin, Tonstein, Steinsalz) berücksichtigt.
Im Zuge der Projektarbeit wurde eine Liste von ca. 30 spezifischen Anforderungen hergeleitet. Dabei wurden sowohl die Anforderungen aus dem deutschen Regelwerk als auch die Erkenntnisse aus der Analyse der internationalen Konzepte und Anforderungen berücksichtigt. Diese hergeleiteten Behälteranforderungen werden im Rahmen dieses Beitrages vorgestellt. Ebenso wird herausgearbeitet, wo noch weiterer Bedarf zur Konkretisierung bzw. Quantifizierung der Anforderungen besteht. Im Ergebnis sollen die Projektergebnisse als Basis für ein ergänzendes technisches Regelwerk zur anforderungsgerechten Auslegung und Bewertung von Endlagerbehältern dienen.
Behälter für radioaktive Abfälle sind oft sowohl Transport- als auch Lagerbehälter. Das bedeutet, dass die Herstellungsüberwachung dieser Behälter nach Gefahrgutrecht und nach Atomrecht erfolgen muss. Bei der Neufertigung von Transport- und Lagerbehältern für schwach und mittel radioaktive Abfälle für das Endlager Konrad kann aufgrund ähnlicher Anforderungen an die Fertigungsüberwachung von der vorlaufenden Begutachtung im Gefahrgutrecht Kredit genommen werden und so der Begutachtungsaufwand stark reduziert bzw. Doppelbegutachtung vermieden werden. Der Vortrag stellt den dafür erarbeiteten Prozess mit den Beteiligten BGE (hoheitlich zuständiger Auftraggeber Endlager), BAM 3.3 (hoheitlich zuständig im Gefahrgutrecht) sowie BAM 3.4 und TÜV Rheinland (Sachverständige, beauftragt mit der Fertigungsüberwachung) vor.
In Germany, more than 130,000 m³ of low- and medium-level radioactive waste – approximately 90% of the national inventory – is stored in 200-liter steel drums at interim storage facilities. At present, the integrity of these drums is assessed primarily through manual visual inspection of the outer surface. While this approach can identify surface-visible corrosion, it cannot detect corrosion caused internal material loss threatening the integrity of the drum and is inherently limited in terms of objectivity and information depth.
This study investigates infrared thermography as a non-contact remote non-destructive testing (NDT) method for the detection of internal defects in metallic radioactive waste drums. In practical inspection scenarios, thermographic measurements are strongly influenced by surface-related artifacts, including scratches, dirt, labels, multiple paint layers with low thermal conductivity, and the curvature of the drum surface. These factors distort heat propagation and reduce defect contrast, significantly limiting the effectiveness of conventional thermographic post-processing.
To overcome these limitations, advanced thermal signal processing methods – specifically principal component thermography (PCT), pulse phase thermography (PPT), and thermal signal reconstruction (TSR) – are combined with machine learning techniques to enhance defect detectability under realistic conditions. Instead of relying on individual post-processing outputs, multiple thermographic representations are used jointly to extract complementary spatial and temporal features that are more robust to surface artifacts.
Different machine learning strategies are investigated for defect identification and segmentation. Classical decision-tree-based methods, including decision trees and random forests, are evaluated using feature vectors derived from processed thermographic data. In parallel, several neural network architectures are explored, ranging from shallow convolutional neural networks with a limited number of layers to more advanced encoder–decoder architectures such as U-Nets. These models are trained to exploit spatial context and multi-channel thermographic inputs obtained from combined post-processing methods. The results demonstrate that integrating thermographic signal processing with data-driven learning improves the visibility and separability of defect-related signals across samples with varying surface conditions, compared to thermographic post-processing alone.
The study highlights the potential of combining infrared thermography with machine learning to extend the capabilities of current inspection practices beyond purely visual assessment. The presented approach provides a foundation for more reliable thermographic evaluation of radioactive waste drums and supports the development of automated NDT workflows for challenging industrial inspection scenarios.
Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) is a recognized degradation phenomenon in water-contact systems, and nuclear facilities typically employ stringent material selection, chemistry control, and operating practices to limit corrosion. However, MIC can remain inconsistently diagnosed compared with better-characterized abiotic mechanisms, particularly in auxiliary and raw-water circuits, during stagnation/outages, and in long-lived wastemanagement settings. This review synthesizes peer-reviewed research and sector guidance to map MIC hotspots across the nuclear lifecycle, from construction/commissioning through operation, wet spent-fuel storage, and deep geological disposal, and to translate current knowledge into practical ageing-management priorities. We frame MIC assessment using a Multiple Lines of Evidence (MLOE) approach that integrates chemistry, microbiology, materials characterization, and operational history, and we summarize monitoring and control options within relevant standards and regulatory contexts. Finally, we identify key knowledge gaps, such as sparse field rate datasets and standardized MIC diagnostics in restricted areas, and present eleven recommendations to strengthen prevention, detection, and lifecycle decision making for MIC in the nuclear energy sector.
The transport of radioactive material is subject to stringent safety requirements defined in the IAEA regulations SSR-6 [1]. These requirements, particularly the thermal and mechanical accident conditions of transport (ACT), are rooted in studies established in the 1960s and have remained largely unchanged, especially regarding thermal boundary conditions. For many decades, the type of propulsion technology used for transporting dangerous goods has remained unchanged. In recent years, however, alternative drive technologies have made their breakthrough and are becoming increasingly established on the market. Since then, the rapid adoption of battery-electric and hydrogen-powered vehicles in heavy-duty freight and dangerous goods transport is altering the conditions under which accidents may occur. This raises a central question: Are current regulatory tests, such as the 800°C and 30-minute thermal test, still sufficiently conservative for ACT involving vehicles with alternative propulsion technologies?
Battery fires pose specific challenges due to the properties of lithium-ion cells and emerging chemistries such as NMC, LFP, and NCA/LTO. Their highly flammable electrolytes, potential for thermal runaway, release of toxic gases, and long-duration or reigniting fires differ markedly from conventional fuel fires. Such behavior questions whether existing thermal test specifications adequately reflect realistic accident conditions involving electric vehicles.
Hydrogen-powered vehicles introduce additional hazards. Accidental releases can form explosive mixtures, and ignitions may produce intense jet fires or explosions with high radiative heat fluxes. Near a package, these events can create thermal loads and transient pressures not fully captured by current regulatory test envelopes. Beyond peak temperatures and exposure time, parameters emphasized in IAEA SSG-26 [2], such as emissivity, absorptivity, heat flux, and fuel energy density, are critical for determining net heat input and require assessment with respect to realistic scenarios.
Addressing these gaps requires a research program focused on vehicle fire scenarios and their implications for the safety assessment of packages for radioactive material. This includes developing conservative accident scenarios for various battery chemistries and performing large-scale experiments with calorimetric reference packages and instrumented setups. Notably, there are currently no experimental investigations of accidents involving transport vehicles with alternative propulsion in which the dangerous goods - the package and its loading - have been the central focus rather than the vehicle itself. A necessary research project must aim to assess the relevance of the IAEA's existing transport testing requirements regarding these new risks and, if necessary, propose changes or supplementary measures. Its methods and datasets should also support assessments for other dangerous goods, ensuring that regulatory measures continue to provide robust protection in an evolving transport landscape.
In Germany, the search for a disposal site for heat-generating radioactive waste will take decades longer than originally assumed. Transport and storage casks must therefore ensure safe containment for extended interim storage periods, possibly over 100 years. In order to maintain the required leak tightness, spring core metal seals with aluminum or silver jacket are used. As sealing force decreases over time, BAM has been conducting tests for over 15 years to study their long-term reliability. This work - a joint project of BASE and BAM - aims to obtain additional material data using a new device for continuous measurement of compression force over time and temperature for lifetime prediction models and is supported by FEM simulations. After successful testing of the new test device, tests at different temperature levels with aluminum and silver seals have been completed, and preliminary results are presented.
The integrity of carbon steel canisters in deep geological repositories (DGRs) for high-level radioactive waste (HLW) may be compromised by microbiologically influenced corrosion (MIC) driven by bentonite-associated or naturally occurring subsurface microorganisms. This study investigates the MIC potential of anaerobic microbial consortia enriched from Czech bentonite Černý Vrch (BCV). It represents the first phase of a comprehensive research project on MIC in BCV bentonite, aimed at identifying the most corrosive environments and taxa, progressing toward mechanistic studies of microbial electron transfer and corrosion behavior under near-repository conditions. Carbon steel coupons were incubated in selective media inoculated with BCV targeting nitrate-reducing bacteria (NRB), sulfate-reducing bacteria (SRB), heterotrophs, acetogens, and methanogens, under static and dynamic flow conditions. A two-stage (2- and 3-month-long, respectively) batch experiment was performed, with the second stage employing inocula from the first to enrich MIC-active consortia. Corrosion rates were quantified, and microbial communities analyzed using qPCR and 16 S rRNA amplicon sequencing. Highest corrosion rates were observed in Nitrate Broth (targeting nitrate reducers, NRB), R2A (heterotrophs), and Postgate (sulphate reducers, SRB) media, reaching 60 μm·a⁻¹, 31 μm·a⁻¹, and 33 μm·a⁻¹, respectively. Corrosion localization was observed only in Nitrate Broth media (maximum penetration depth nearly 40 μm). Organic-rich media supported greater microbial diversity and activity. Dynamic flow conditions simulating worst-case scenarios significantly increased corrosion. In Nitrate Broth, sterile samples rose 11.8-fold (211 μm·a⁻¹) and biotic samples 6.5-fold (125 μm·a⁻¹) compared to static conditions. In R2A, sterile samples increased 11.5-fold (28 μm·a⁻¹) and biotic 9.7-fold (37 μm·a⁻¹). Clostridia, Bacilli, and SRBs were identified as key corrosion-inducing organisms in the studied systems. Our findings identify NRB as a potential corrosion threat, refine MIC risk assessments for DGRs, and improve predictions of canister longevity and repository safety.
Ultraschallmessverfahren werden seit Langem erfolgreich für Prüfaufgaben im Bauwesen eingesetzt. Die kontinuierliche Zustandsüberwachung sowie die frühzeitige Erkennung von Schäden an komplexen Neubauten und alternder Infrastruktur können durch Ultraschalltransmissionsmessungen in Kombination mit speziellen Auswertemethoden, wie beispielsweise Korrelationsverfahren oder Codawelleninterferometrie, realisiert werden.
Das Ziel des Projekts besteht darin, ein Streckenabdichtungssegment aus Magnesiabaustoff mittels Transmissionsmessungen mit im Baustoff eingebetteten Ultraschallprüfköpfen auf die Ausbildung von Rissen zu überwachen und diese gegebenenfalls zu lokalisieren.
Die Eignung der eingesetzten Ultraschallprüfköpfe wurde vorab im Labor geprüft, da während der Aushärtung des Baustoffs hohe Temperaturen von bis zu 110 °C sowie Drücke von bis zu 5 MPa auftreten, die zu signifikanten Belastungen der Sensorik führen können.
Vor der Betonage des Bauwerks wurden insgesamt 18 Ultraschallprüfköpfe installiert. Die Instrumentierung erforderte Messkabellängen von bis zu 80 m. Zur Sicherstellung eines möglichst hohen Signal-Rausch-Verhältnisses wurden spezielle Vorverstärker entwickelt, deren Stromversorgung über die Messkabel erfolgt. Dadurch konnten die Verstärker direkt am Prüfkopf positioniert werden. Durch eine spezielle Schaltungsauslegung ist es möglich, jeden Ultraschallprüfkopf bei jeder Messung wahlweise als Sender oder Empfänger zu betreiben.
Ein automatisiertes Messsystem führt in definierten Intervallen Messungen durch, um Veränderungen der Ultraschallsignale zu erfassen, die auf Schädigungen des Bauteils, wie beispielsweise Rissbildungen, hinweisen können.
Der zunehmende Einsatz von batterieelektrischen Transportfahrzeugen (Battery Electric Transport Vehicles – BETVs) im Verkehrswesen wirft Sicherheitsfragen beim Transport gefährlicher Güter auf. Obwohl Batteriebrände auf Zell-, Modul- und Fahrzeugebene umfassend untersucht wurden, fehlen systematische Daten zu deren thermischen Auswirkungen auf Gefahrgutverpackungen. Um diese Lücke zu schließen, führt die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) auf ihrem Testgelände Technische Sicherheit (BAM-TTS) groß angelegte Brandtests durch, in denen konservative Unfallszenarien mit unterschiedlichen Zellchemien und -kapazitäten nachgestellt werden. Die Tests kombinieren fahrzeugbedingte Brandlasten mit standardisierten Propan-Referenzbränden und erfassen mittels hochauflösender Instrumente zentrale Messgrößen wie Wärmefluss, Temperatur und Strahlung. Der daraus entstehende Datensatz liefert erstmals eine direkte Quantifizierung der thermischen Auswirkungen von BETV-Bränden auf Verpackungen und unterstützt Expertengremien bei der Bewertung, ob bestehende regulatorische Anforderungen für alternative Antriebssysteme weiterhin angemessen sind.
