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MA-VL- und HA-Abfälle aus bestrahlten Brennstoffen in Kernkraftwerken

Eine der größten Herausforderungen derKernenergie ist die Entsorgung und Lagerung von hochaktiven und langlebigen nuklearen Abfällen. Sie bleiben nämlich über Hunderttausende von Jahren (in der Regel 200 000 Jahre) gefährlich radioaktiv und erfordern eine besondere Behandlung, die von den Staaten, die die öffentliche Sicherheit garantieren, reguliert wird. In Frankreich wird der Atommüll von der ANDRA verwaltet. Sie werden nach zwei Hauptmerkmalen klassifiziert: ihrer Gefährlichkeit und ihrer Lebensdauer. Diese Merkmale werden in sechs Abfallkategorien unterteilt. In diesem Artikel beschäftigen wir uns insbesondere mit den folgenden beiden Kategorien:

  • langlebige mittelaktive Abfälle (MA-LA)
  • hochaktive Abfälle (HA)

Die meisten MA-VL stammen aus den Haltestrukturen des Kernbrennstoffs, z. B. den Zircaloy-Hüllen der Brennelemente. Dieser Abfall wird kompaktiert, um sein Volumen zu verringern, und dann in Metall- oder Betonverpackungen verpackt. Sie machen 3 % des Volumens des gesamten in Frankreich anfallenden Atommülls aus.

HA stammt aus der Aufbereitung von abgebrannten Brennelementen. Dies sind nicht wiederverwendbare Rückstände wie Aktinide oder Spaltprodukte. Sie werden verbrannt und anschließend verglast. Das Glas-Abfall-Gemisch (3% Abfall, 97% Glas, nach Masse) wird in Edelstahlpakete verpackt, die manchmal in einen zweiten Stahlcontainer gestellt werden. Dieser HA-Abfall macht 0,2 Volumenprozent des gesamten in Frankreich anfallenden Atommülls aus. In ihnen konzentrieren sich 96% der Radioaktivität.

Diese beiden Abfallkategorien(MA-VL und HA) machen nur einen kleinen Teil der Gesamtmasse oder des Gesamtvolumens des Atommülls aus. Sie haben jedoch Zeiträume von mehreren hunderttausend Jahren sowie eine sehr hohe Toxizität. Sie stammen alle aus abgebrannten Brennelementen. Eine Lösung, die derzeit geprüft wird, ist die reversible Tiefenlagerung.

Entsorgung von MA-VL- und HA-Abfällen

Die Entsorgung dieses Abfalls gliedert sich in zwei Phasen:
  1. Die Lagerung: Sie ist zeitlich begrenzt und basiert auf dem Prinzip der kontinuierlichen Wärmeabfuhr, die die Kühlung der bestrahlten Brennstoffe ermöglicht.
  2. Lagerung: Die Lagerung ist endgültig und basiert auf dem Prinzip, dass die Radioaktivität der abgebrannten Brennstoffe abnimmt.
In diesem Artikel bieten wir Ihnen einen Überblick über diese beiden Phasen der Verwaltung, ihr Funktionsprinzip und ihre Grenzen aus der Perspektive einer nachhaltigen Entwicklung.

Zwischenlagerung von radioaktiven Abfällen

Wir unterscheiden zwei Kategorien von Zwischenlagerungssystemen: Schwimmbecken und Trockenlager.
Die Lagerung im Pool
  • PRINZIP
Nach der Entladung aus dem Reaktor werden die bestrahlten Brennelemente mindestens fünf Jahre lang in Wasserbecken gelagert, die sich im selben Gebäude befinden, in dem auch der Kernreaktor untergebracht ist. Jedes dieser Brennelemente wird in Zellen aufbewahrt, die in einem Netz am Boden der Becken angeordnet sind.
  • LAGERPOOL
Die Pools werden aus Stahlbeton gebaut und ihre Wände mit geschweißtem Stahl verkleidet. Sie sind so konzipiert, dass sie nicht auslaufen und äußeren Ereignissen standhalten. Das Wasser in den Schwimmbädern erfüllt die Hauptfunktion der Kühlung des bestrahlten Kernbrennstoffs in den frühen Phasen seines radioaktiven Zerfalls. Dieser Prozess ermöglicht die kontinuierliche Abfuhr der durch den Brennstoff erzeugten Restwärme.
Lagerbecken Areva - Orano
  • THERMISCHE TRÄGHEIT UND RADIOLOGISCHE ABSCHIRMUNG
Durch die hohe Wärmeübertragung im Wasser und die hohe Wärmekapazität bietet dieses System eine hohe thermische Trägheit und hält die Brennstoffhülle (Zircaloy-Legierung) weit unter ihrem Schmelzpunkt. Dadurch bleibt die erste Containment-Barriere gegen radioaktive Streuung intakt. Andererseits ist das Wasser in den Becken auch eine gute radiologische Abschirmung gegen die Strahlung, die von den abgebrannten Brennelementen ausgeht.

Trockenlagerung (nicht in Frankreich verwendet)
  • PRINZIP
Diese mittel- bis langfristige Zwischenlagerung ist ein System, das abgebrannte Brennelemente und hochradioaktive Abfälle für einen bestimmten Zeitraum (max. 100 Jahre) im selben Land unterbringen soll.
  • LAGERSTRUKTUR
In der Regel wird der Abfall in Metall- oder Betoncontainern oder in Gewölben mit speziellen Wärmeabfuhrsystemen gelagert. Dies ist nur nach einer vorherigen Abkühlungsphase in den Becken der Kernkraftwerke möglich (siehe oben). Zwischenlager befinden sich an der Oberfläche oder in relativ geringer Tiefe. Sie können sich auf dem Gelände des Kraftwerks oder außerhalb desselben befinden. Im letzteren Fall kann das Lager bestrahlte Brennstoffe aus einem oder mehreren EPR zusammenführen.
  • EINE STRAHLENSCHUTZABSCHIRMUNG
Diese Einrichtungen bestehen aus einer Betonstruktur, die eine Abschirmung gegen Strahlung und eine Sicherheit gegen unbefugtes Eindringen bietet.
  • LIMIT
Diese Lösung darf auf keinen Fall als endgültig angesehen oder auf unbestimmte Zeit verlängert werden.

Speicherung
  • DIE ABLAGERUNG IN GEOLOGISCHEN SCHICHTEN
Bei dieser Lösung wird der Abfall durch eine Reihe von Zwischenschichten in Lagereinrichtungen in Tiefen von etwa 500 Metern isoliert. Der Abfall wird zunächst in extrem dicke Metallbehälter gefüllt, die viele Jahre lang gegen Korrosion und andere Formen des Verfalls beständig sind. Sie werden dann in Stollen entsorgt, die in stabile geologische Formationen getrieben werden und von einem wenig durchlässigen Gelände mit hoher Rückhaltekapazität umgeben sind.
MA-VL HA-Lagerung - Cigéo-Schema

Die Einschließung und Isolierung des Abfalls wird durch verschiedene Elemente gewährleistet:

  1. der Behälter, in den der Abfall vor der Einlagerung in die Endlagerzelle eingebracht wird.
  2. in einigen Fällen der Überbehälter: eine wasserdichte Zusatzverpackung, mit der Primärverpackungen mit verglasten Abfällen in Zwischen- oder Endlagergebinde umgewandelt werden können.
  3. die natürliche Barriere, die das aufnehmende Gestein darstellt.
  • PRINZIP DER ENDLAGERUNG

Das entscheidende Merkmal der Endlagerung im Gegensatz zur Zwischenlagerung ist, dass das Ziel der Rückgewinnung des Abfalls nicht systematisch verfolgt wird. Mit anderen Worten: Die Abfallbeseitigungsanlage wird geschlossen und versiegelt, ohne dass unbedingt eine zusätzliche oberirdische Betriebseinrichtung erforderlich ist.

  • DIE VERWERTUNG VON ABFÄLLEN IN FRAGE GESTELLT

In jedem Fall ist es immer möglich, die Speicheranlage und ihre Umgebung so lange unter Aufsicht zu halten, wie es für notwendig erachtet wird. Die Anlage kann so konzipiert werden, dass der gelagerte Abfall in Zukunft wiedergewonnen werden kann. ANDRA plant die Reversibilität der Anlage in der tiefen Lagerung für einen Zeitraum von 100 Jahren.

  • GRENZEN

Die Speicherung in tiefen geologischen Schichten erfordert Sicherheitsnachweise in Bezug auf :

  • Die Alterung der verborgenen Abfallpakete über mehrere tausend Jahre. Es soll nachgewiesen werden, dass das Gestein die Rückhaltung der radioaktiven Spezies ermöglicht, wenn die Korrosion die Verpackung beschädigt hat.
  • Widerstand gegen geologische Ereignisse wie Erdbeben.
  • Die Erinnerung an den Ort, an dem der Abfall vergraben wurde. Sich daran zu erinnern, wo sich der Abfall befindet, ist ein zentrales Problem. Dies ist gleichbedeutend mit der Weitergabe einer Information an viele Generationen von Menschen. Daher ist es notwendig, sich ein Kommunikationsmittel vorzustellen, das über die Sprache hinaus Bestand hat, und ein Kommunikationsmedium, das sich nicht verändert.

Die verschiedenen Etappen der Lagerung radioaktiver Abfälle in Videos I Das Cigéo-Projekt

INNOVATIVE LÖSUNGEN FÜR DIE BEHANDLUNG VON MA-VL UND HA

  • EINE KOHLENSTOFFARME ZUKUNFT
Bei DAES sind wir uns der Herausforderung bewusst, die eine kohlenstofffreie Zukunft mit sich bringt. In diesem Sinne arbeiten wir mit TRANSMUTEX zusammen, um die Behandlung von Atommüll als Priorität zu positionieren und diese letzte Grenze der Atomenergie zu überwinden.

  • DAS DAES-GUTACHTEN :
Dank unseres historischen Know-hows im Bereich der Kernenergie sind unsere Teams in der Lage, den gesamten Energiezyklus von der Erzeugung bis zur Rückgabe zu simulieren. Wir unterstützen Sie bei der Konzeption von Produkten und Verfahren für Ihre Projekte: Verringerung/ Kontrolle der Umweltverschmutzung, Ausrüstungen, Energieoptimierung, Einhaltung von Effizienzanforderungen und Vorschriften.
  • Strukturelle Analyse
  • Nichtlineare und kontaktbasierte Modellierung
  • Aufprall und Explosion
  • Optimierung des Designs, Lärm und Vibrationen, Ermüdung
  • Analyse von Bewegungen und Systemen
  • Analyse von Stress und Belastungen
  • Thermische Analyse und Wärmeübertragung
  • Akustik
Kontaktieren Sie uns, um weitere Informationen zu erhalten oder ein technisches Treffen mit unseren Teams zu vereinbaren. #InSimulationWeTrust. Erfahren Sie hier mehr über unsere ANSYS APP, die für die Bemessung von Nuklearanlagen entwickelt wurde.

  • EINE VERANTWORTUNGSVOLLE UND INNOVATIVE PARTNERSCHAFT
Die Transmutex-Lösung ist eine revolutionäre Nukleartechnologie, die auf Transmutation beruht. Letzteres kann durch beschleunigergesteuerte Nuklearsysteme erfolgen. Diese gekoppelten Systeme werden ADS genannt, vom englischen Accelerator Driven System. Die ADS erzeugt schnelle Neutronenströme, um die Spaltung von Aktiniden zu induzieren und langlebige nukleare Spezies (einige hunderttausend Jahre) in viel kurzlebigere Spezies (einige hundert Jahre) umzuwandeln. Dieser Prozess erzeugt auch kohlenstofffreie Energie. Die Transmutation von Aktiniden und Spaltprodukten kann in beschleunigergesteuerten Systemen flexibel und sehr effizient durchgeführt werden.
  • TRANSMUTATION UND RADIOTOXIZITÄT
Durch die Transmutation abgebrannter Brennelemente wird die Radiotoxizität der Brennelemente um den Faktor 100 reduziert und die Lagerdauer der Brennelemente als Atommüll um den Faktor 1000 verringert. Ausgehend von einem Lagerungshorizont von etwa 200.000 Jahren würde die TRANSMUTEX-Lösung eine Verkürzung auf 200 Jahre ermöglichen, was angesichts der bestehenden, bewährten Technologien eine mehr als angemessene Dauer ist.

  • WNE 2020 – For a Low Carbon Society (Für eine kohlenstoffarme Gesellschaft)

  • Wir nehmen demnächst an der WNE 2020 teil, um insbesondere an den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen der Nuklearindustrie teilzunehmen und an der Seite der Transmutex-Teams ein vielversprechendes Projekt zu präsentieren.

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