Konditionierung

 
Konditionierung stark wärmeentwickelnder radioaktiver Abfälle

POLLUX-Behälter:

Brennelemente müssen etwa 20 bis 40 Jahre überirdisch zwischengelagert werden, um so weit abzukühlen, dass sie in einem Endlager aufgenommen werden können. Um die Brennelemente endlagergerecht verpacken zu können, werden sie in einer Konditionierungsanlage zunächst zerlegt.

Die Brennstäbe bleiben dabei unversehrt und werden in eine Brennstabbüchse gefüllt. Die verschweißten Büchsen werden in den Endlagerbehälter POLLUX gestellt, der mit drei Deckeln verschlossen wird. Er ist so ausgelegt, dass das gesamte Gebinde gleichermaßen als Transport-, Zwischenlager- und Endlagerbehälter einsetzbar ist. Damit ist gewährleistet, dass von der Konditionierungsanlage, in der die Brennelemente zerlegt und verpackt werden, über ein Pufferlager und den Transport zur Endlagerung unter Tage stets der gleiche Behälter verwendet wird.

Beim Betrieb eines Kernkraftwerks mit einer elektrischen Leistung von 1 000 MWe fallen bei einem durchschnittlichen Abbrand von 33 000 MWd/t jährlich etwa 30 Tonnen Schwermetall an abgebranntem Brennstoff an. Wenn die Brennelemente aufgearbeitet sind, ergeben sich daraus an konditioniertem Abfall:

  ca. 4 m3   hochaktive Glaskokillen  
  ca. 20 m3   Wärme entwickelnde mittelaktive Abfälle  
  ca. 200 m3   nicht wärmeentwickelnde Abfälle  

Konditionierung nicht wärmeentwickelnder Abfälle

Neben den abgebrannten Brennelementen ergeben sich durch den Betrieb des Reaktors außerdem Abfälle der Kategorie schwach- und mittelaktiv.

Sie bestehen hauptsächlich aus festen Mischabfällen wie Schutzkleidung, außerdem aus gebrauchten Filtern, Ionenaustauscherharzen, Verdampferkonzentraten und Metallteilen. Sie werden eingeteilt nach der von ihnen ausgehenden Strahlenbelastung, nach der Wärmefreisetzung und nach dem Aggregatzustand.

Die Abfallbehandlung verfolgt im Wesentlichen zwei Ziele: Volumenreduzierung und Herstellung eines endlagergerechten Abfallproduktes.

  • Verringerung des Volumens der anfallenden Primärabfälle

    Brennbare Abfälle werden in Spezialöfen verbrannt, die mit hochwirksamen Rückhalteeinrichtungen zur Abgasreinigung versehen sind. Die zurückbleibenden Aschen enthalten die Hauptmenge der Radioaktivität. Sie werden zur weiteren Volumenreduktion verpresst.

  Die volumenreduzierende Behandlung flüssiger Abfälle erfolgt durch Trocknung in mobilen Anlagen. Die Flüssigabfälle bestehen zum großen Teil aus Salzlösungen, deren Feststoffe bei der Trocknung auskristallisieren. Das Verfahren wird direkt in Zwischen- und Endlagerbehältern durchgeführt. Meist wird ein Behälter aus Sphäroguss vom Typ MOSAIK II verwendet.

Feste, nicht brennbare Abfälle werden in mobilen Hochdruckpressen kompaktiert. Ihr Volumen kann dadurch auf etwa ein Fünftel des Ausgangsvolumens reduziert werden. Mit einer zusätzlichen Trocknungsanlage werden Presslinge, die noch Feuchtigkeit enthalten, getrocknet, um Gasbildung und Korrosion bei der Zwischenlagerung zu vermeiden.

Für gasförmige Abfälle werden je nach Art des Gases gesonderte Behandlungsschritte eingesetzt. So wird beispielsweise das gasförmige radioaktive Jod an speziellen, mit Silber imprägnierten Filtern fixiert und so in eine feste Form überführt.

  • Herstellung eines endlagergerechten Abfallproduktes

  Nach den Vorbehandlungsschritten werden schließlich die radioaktiven Abfälle in ein stabiles, endlagergerechtes Produkt übergeführt. Die Endlagerprodukte sind so beschaffen, dass die in ihnen befindlichen Aktivitätsträger in einer geeigneten Matrix fest eingeschlossen sind.

  Dabei spielen die Bedingungen des Endlagers eine wesentliche Rolle. Insbesondere ist dabei die Abführung vorhandener Zerfallswärme zu berücksichtigen.

Je nach Art und Aktivitätsgrad des Abfalls werden verschiedene Verfestigungsverfahren mit unterschiedlichen Matrices angewandt.

Hochaktive flüssige Abfälle werden zunächst aufkonzentriert und in Edelstahltanks mit Glas bildenden Stoffen versehen und zu Glasblöcken verschmolzen.

  Mittel- und schwachaktive Abfälle werden nach der Vorbehandlung mit Zement vermischt und dann in 200- oder 400-Liter-Fässer abgefüllt Die entstandenen Zementprodukte haben eine ausreichende Auslaugbeständigkeit und genügen auch den Anforderungen bezüglich Strahlenbeständigkeit und thermischer Stabilität.