Brennelemente: Transport und Zwischenlagerung
Pro Jahr fallen beim Betrieb eines Druckwasserreaktors von 1 GW elektrischer Leistung mit den abgebrannten Brennelementen rund 40 t radioaktive Stoffe an. Die unterschiedlich strahlenden Substanzen haben zum Teil nur eine kurze Lebensdauer. Deshalb werden die Brennelemente nach der Entfernung aus dem Reaktorkern nicht sofort zur Wiederaufarbeitung oder in ein Zwischenlager transportiert, sondern zuvor in Abklingbecken (wassergefüllte Becken direkt neben dem Reaktordruckbehälter) gelagert.
Brennelementwechsel
Das Auswechseln der Brennelemente ist Teil der jährlichen Revision. Jeweils das älteste Drittel der Elemente ist davon betroffen, während man gleichzeitig die übrigen versetzt, um einen gleichmäßigen Abbrand zu erzielen.
Wegen der starken Strahlung wird der Reaktordruckbehälter mit Wasser geflutet. Die abgebrannten Elemente bleiben während des Wechsels ständig untergetaucht.Über eine Schleuse gelangen sie in das benachbarte Abklingbecken, wo sie ein Jahr und länger aufbewahrt werden. Das Wasser schirmt nicht nur Strahlung ab, sondern nimmt auch die dadurch erzeugte Wärme auf. Während der Abklingzeit verringert sich die ursprüngliche Aktivität beträchtlich.
Radioaktive Abfälle und ihre Konditionierung
Nach der Abklingzeit werden die Brennelemente zur Wiederaufarbeitung oder in Zwischenlager gebracht, die als zentrale Sammelstationen für Brennelemente aus verschiedenen Kernkraftwerken dienen. Auch direkte Endlagerung der abgebrannten Kernbrennelemente ist möglich. In diesem Fall müssen sie zuvor konditioniert, also in geeigneter Weise dafür vorbehandelt werden.
Neben den Brennelementen fällt noch weiterer radioaktiver Müll an. Die große Masse sind schwach- und mittelaktive Stoffe, die während des Betriebs entstehen und nur geringe Wärme abgeben. Dazu gehören etwa Filterschlämme und Rückstände aus dem Kühlmittel, aber auch kontaminierte Arbeitskleidung und aktivierte Austauschteile. Diese Abfälle nehmen rund 95 % des Gesamtvolumens ein, tragen aber lediglich 1 % der Aktivität.
Brennelemente und hochaktiver Müll machen nur 5 % des Volumens, aber 99 % der Radioaktivität aus. Entsprechend ist auch die Konditionierung für beide Arten unterschiedlich. Schwach- und mittelaktive Abfälle werden zunächst durch Eindampfen, Pressen und dergleichen im Volumen reduziert, um die Menge der nötigen Behälter klein zu halten, in die sie danach kommen, die dann in Beton oder Zement eingebunden werden. Diese Arbeiten können im Kraftwerk selbst vorgenommen werden, noch vor dem Transport.
Zwischenlager
Ausgediente Brennelemente müssen zunächst zwischengelagert werden, bis man sie weiterverarbeiten oder direkt endlagern kann. Das ist in den Kernkraftwerken selbst oder in Zwischenlagern möglich. Dabei werden sie in speziellen Behältern gelagert, z. B. vom Typ Castor. Während der Zwischenlagerung zerfallen die kurzlebigen Radionuklide, womit die Abgabe von Wärme einhergeht. Die Kühlung der Behälter in den Lagerhallen besorgt die Luft durch Konvektion. Danach werden die Brennelemente zur Wiederaufarbeitungsanlage gebracht oder einer direkten Endlagerung zugeführt.
Transportbehälter
Der Transport über öffentliche Wege bedarf einer Genehmigung. Auch die Art der Verpackung ist geregelt. Die Transportbehälter müssen einer Reihe von Belastungsproben standhalten:
∙ Freier Fall aus 9 m Höhe auf einen Betonsockel von 1000 t, der mit einer 35 t schweren Stahlplatte abgedeckt ist.
∙ Freier Fall aus 1,2 m Höhe auf einen Dorn.
∙ Feuertest bei 800 ºC während einer Zeitdauer von 30 min.
∙ Untertauchen in Wasser bei einer Tiefe über 90 cm für 8 h lang.
In weitergehenden Testreihen ließ man die Behälter aus 600 m Höhe auf harten Wüstenboden fallen. Auch der Zusammenstoß mit einer Lokomotive bei einer relativen Geschwindigkeit von 130 km/h wurde untersucht.
Die Brennelemente werden für den Transport und für die Zwischenlagerung in Castor-Behälter (englisch cask for storage and transportation of radioactive material) verpackt. Die Behälter sind aus Gusseisen mit Kugelgraphit gefertigt und haben rund 45 cm dicke Wände zur Abschirmung der Gammastrahlung. Zusätzliche Kunststoffstäbe dienen der Neutronenabschirmung. Im Innern stehen die Brennelemente in einem Gestell aus Borstahl, das ebenfalls Neutronen absorbieren soll. Die rund 5 m bis 6 m langen Typen haben außen Kühlrippen zur besseren Wärmeableitung. Ein mehrfach ausgelegtes Deckelsystem sorgt für den Verschluss.