Castor (Kerntechnik)

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Verladung eines Castor-Behälters März 2001 in der Verladestation Dannenberg

Ein CASTOR (engl. cask for storage and transport of radioactive material „Behälter zur Aufbewahrung und zum Transport radioaktiven Materials“) ist ein Spezialbehälter zur Lagerung und zum Transport hochradioaktiver Materialien, zum Beispiel von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken oder Abfallprodukten („Glaskokillen“) aus der Wiederaufarbeitung.

Der Begriff ist ein Markenname der Gesellschaft für Nuklear-Service (GNS). Im allgemeinen deutschen Sprachgebrauch wird „Castor“ auch als Synonym bzw. Gattungsname für Brennelementbehälter oder Behälter für hochradioaktive Abfälle verwendet.

Aufbau

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Der Transport- und Lagerbehälter hat eine Brutto-Gesamtmasse von 110 bis 125 Tonnen. Er besteht im Wesentlichen aus einem dickwandigen, zylindrischen Behälterkörper aus Sphäroguss der Normbezeichnung GJS-400-15C bzw. Schmiedestahl für die Tragzapfen und einem Doppeldeckel-Dichtsystem.[1] Die Dichtdeckel sind mit dem Behälterkörper verschraubt und mit langzeitbeständigen Metalldichtungen ausgerüstet. An der äußeren Mantelfläche befinden sich axiale oder radiale Kühlrippen zur passiven Wärmeabfuhr der Nachzerfallswärme. Zum Transport werden boden- und deckelseitig Stoßdämpfer zur Minderung von eventuellen unfallbedingten Stoßbelastungen angebracht.[2] Ein Castor kostet rund 1,5 Mio. Euro.[3]

Die Behälter sind entsprechend den Zwischenlagergenehmigungen für die Aufnahme von maximal 180 kg radioaktiver Substanzen mit einem Aktivitätsinventar von maximal 1,2·1018 Bq zugelassen. Die Behälter vom Typ Castor V/19 (DWR) und Castor V/52 (SWR) dürfen ein radioaktives Inventar bis zu einer maximalen Nachzerfallsleistung von 39 kW aufnehmen. Im Inneren bleibt die Temperatur der Brennstabhüllrohre unter 370 °C. Das Moderatormaterial in der Castor-Wand ist bis zu einer Temperatur von 160 °C ausgelegt; der Hallenboden, auf dem die Castoren stehen, ist bis 120 °C auszulegen und die Hallenwände bis 80 °C. Für die Ablufttemperatur oberhalb der Castoren wird von 55 °C ausgegangen.[4][5]

Varianten

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Für Transport und Zwischenlagerung von abgebrannten Brennelementen werden meist die Typen CASTOR V/19 (für 19 Brennelemente aus Druckwasserreaktoren) oder CASTOR V/52 (für 52 Brennelemente aus Siedewasserreaktoren) verwendet. Beide Typen können etwa 10 Tonnen Ladung aufnehmen (davon maximal 0,18 t radioaktive Substanzen).

Bereits zurückgelieferte hochradioaktive Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung wurden bisher in Behältern vom Typ CASTOR HAW 20/28 CG transportiert und gelagert. Diese sind etwa 6 m lang, haben einen Durchmesser von rund 2,50 m und eine 45 cm dicke Wand. Beladene Behälter können eine Masse von bis zu 117 Tonnen haben. Im Jahr 2010 wurden erstmals Behälter des neuen Typs CASTOR HAW28M eingesetzt. Diese Behälter können eine Wärmeleistung von 56 kW abführen.

Sicherheit

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Für die Genehmigung des Transports durch das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung muss nachgewiesen werden, dass in zwei Metern Abstand von den Transportfahrzeugen die gesetzliche Ortsdosisleistung (ODL) von 100 Mikrosievert pro Stunde (µSv/h) nicht überschritten wird. Für einen Transport von vier Castor-Behältern mit verglasten hochradioaktiven Abfällen aus der Wiederaufarbeitungsanlage im französischen La Hague in das Zwischenlager Philippsburg im Jahr 2024 wurde die ODL wurde in der Nähe der Behälter und in zunehmender Entfernung an verschiedenen Messpunkten erfasst. Die Messungen führte der französische Betreiber der Wiederaufarbeitungsanlage durch; ein unabhängiger Sachverständiger überwachte die Werte im Auftrag des deutschen Eisenbahnbundesamtes. Die höchsten gemessenen Werte zeigten, dass die ODL in zwei Metern Abstand mit 63 µSv/h deutlich unter dem Grenzwert blieb. In größerer Entfernung nahm die ODL signifikant ab: in fünf Metern betrug sie durchschnittlich 7,8 µSv/h und in 20 Metern etwa 2 µSv/h, was vergleichbar mit der Strahlung in rund 8.000 Metern Flughöhe ist. Die Strahlenbelastung, die eine Person in der Nähe der Behälter aufnimmt, hängt von der ODL und der Verweildauer ab. Um den Jahresgrenzwert für die Bevölkerung von 1 Millisievert (mSv) zu erreichen, müsste sich eine Person fast sechs Stunden unmittelbar an der Fahrzeugaußenfläche aufhalten. Für den höheren Grenzwert von 20 mSv, der für beruflich exponierte Personen gilt, wäre an derselben Stelle eine Verweildauer von etwa 119 Stunden erforderlich.[6]

Sicherheitsbestimmungen in Deutschland

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Rechtliche Grundlage

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Zwei mit einer blauen Plane verpackte unbeladene Castor-Behälter im Bahnhof Biblis für Brennelemente aus dem Kernkraftwerk Biblis.

Das Atomgesetz regelt in Deutschland u. a. den Umgang mit Kernbrennstoffen und damit auch den Umgang mit abgebrannten Brennelementen. Gemäß § 4 AtG bedürfen deren Beförderung und gemäß § 6 AtG deren Aufbewahrung einer Genehmigung durch das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE). Die gefahrgutrechtliche Zulassung der Transport- und Lagerbehälter nach Verkehrsrecht erfolgt ebenfalls durch das BASE.[7] Als Gutachter beauftragt das BASE die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Rahmen des Zulassungsverfahrens sind von den Herstellern Versuchsergebnisse und Nachweise zu erbringen.

Typ-B-Verpackungen

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Castor-Behälter sind so genannte Typ-B-Verpackungen und erfüllen darüber hinaus die Annahmebedingungen der Brennelemente-Zwischenlager in Deutschland. Typ-B-Verpackungen müssen allen beim normalen Transport und bei eventuellen schweren Transportunfällen auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. Ihre Sicherheitsfunktionen dürfen auch bei einem schweren Unfall nicht wesentlich beeinträchtigt werden, so dass keine radioaktiven Stoffe aus der Verpackung in die Umwelt gelangen können. Die Anforderungen an die Castorbehälter entsprechen in Deutschland den Empfehlungen der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO). Behälter müssten danach folgenden Unfallszenarien widerstehen:[2]

  1. Aufprall aus 9 m Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament
  2. Aufprall aus 1 m Höhe auf einen 15 cm dicken Stahldorn
  3. Feuer (30 Minuten bei 800 °C)
  4. Druck von 20 m Wassertiefe über acht Stunden
  5. Druck von 200 m Wassertiefe über eine Stunde (nach IAEO-Empfehlungen ergänzend)

Zum Nachweis genügt die rechnerische Beweisführung oder der Test eines (maßstäblichen) Modells. Die ersten drei Unfallszenarien könnten nacheinander am selben Modell durchgeführt werden. Der Behälter muss nicht völlig unbeschädigt bleiben, sondern die abschirmende Wirkung des Behälters darf sich durch die Belastung maximal um den Faktor 100 verschlechtern (auf 10 mSv/h (Millisievert pro Stunde in 1 m Entfernung)). Der Fall aus 9 m Höhe führt dazu, dass die Geschwindigkeit der Behälter beim Auftreffen auf die Oberfläche etwa 48 km/h beträgt.

Zusätzlich zu den vorgeschriebenen Tests werden weitere durchgeführt. So zum Beispiel:

  • Sturz eines Behälters von einer Autobahnbrücke aus 40 m Höhe (entspricht 142 km/h),
  • Sturz eines auf −40 °C heruntergekühlten Behälters aus 9 m Höhe,
  • Explosion eines Flüssiggastankwagens mit 5 t Propan direkt neben einem Behälter,
  • Feuertest mit 1200 °C für 30 min,
  • Abwurf eines maßstabsgetreuen Behälters von einem Hubschrauber aus 800 m Höhe,
  • direkter Anprall eines Personenzuges mit 130 km/h an die Längsseite eines Behälters,
  • Beschuss eines Behälters mit einer 1000 kg schweren Nachbildung einer Flugzeugturbinenwelle mit 292 m/s (1050 km/h).

Der Hersteller gibt an, dass die Behälter durch diese Tests keine Beeinträchtigungen der Sicherheitsfunktionen erlitten hätten und druckdicht geblieben seien.[8]

Transporte von Castor-Behältern nach und in Deutschland

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Transport von Castor-Behältern

Castor-Behälter werden großteils mit einem Güterzug transportiert. Straßentransporte erfolgen in der Regel dort, wo keine Bahnanlagen existieren, etwa auf den letzten Kilometern zwischen dem Verladekran bei Dannenberg (Elbe) und dem Brennelemente-Zwischenlager Gorleben. In Deutschland wurden aufgrund des Atomausstiegs Transporte der abgebrannten Brennelemente aus den Kernkraftwerken zu den Wiederaufarbeitungsanlagen am 30. Juni 2005 eingestellt; stattdessen dienen die Castor-Behälter als Zwischenlager, die sich oft bei den jeweiligen Kraftwerkstandorten befinden. Die in der Wiederaufarbeitungsanlage La Hague befindlichen Brennelemente aus deutschen Kernkraftwerken wurden bis November 2011 in das Zwischenlager Gorleben transportiert.[9] In den Jahren 2014 bis 2017 sollen die Brennelemente aus der WAA Sellafield folgen.[10] In Deutschland herrscht in einigen Teilen der Bevölkerung großer Widerstand gegen den Transport von hochradioaktiven Abfällen. Die größten Proteste verursachen regelmäßig die Rücktransporte des radioaktiven Abfalls aus der Wiederaufarbeitungsanlage von La Hague in Frankreich in das Zwischenlager Gorleben. An Demonstrationen und Sitzblockaden beteiligen sich regelmäßig "mehrere Dutzende bis (2000)" tausend(e) Aktivisten bzw. Menschen.[11] Vor Ort im Landkreis Lüchow-Dannenberg gibt es eine stark verankerte Protesttradition mit ausgebildeter Infrastruktur. Auch entlang der Transportstrecke in Deutschland kommt es regelmäßig zu Protesten und Blockaden.[12]

Die Kritik der Gegner richtet sich nicht generell gegen den Rücktransport des radioaktiven Abfalls aus deutschen Kernkraftwerken nach Deutschland. Dies zeigt auch die Beteiligung französischer Umweltaktivisten an den Blockaden entlang der Transportstrecke und im Wendland.[13] Die Proteste wendeten sich allgemein gegen die fortgesetzte Produktion von weiterem radioaktiven Abfall in den laufenden Kernkraftwerken und ganz speziell gegen den Endlagerstandort Gorleben, der als ungeeignet und gefährlich angesehen wird. Nicht nur die lokale Bevölkerung befürchtet, dass durch die Transporte ins Brennelemente-Zwischenlager Gorleben die politische Entscheidung für das Endlager gefestigt wird. Dagegen verkürzen Brennelemente-Zwischenlager an den Kraftwerksstandorten die Transporte in die Zwischenlagerung und sind keine Vorentscheidung für einen bestimmten Endlager-Standort.[14][15][16]

Behältertypen

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Bauart Abfallherkunft Abfallmenge Länge [mm] Breite [mm] Leermasse [t] Maximale Masse [t] maximale Wärmeleistung [kW] Markteinführung Bemerkungen
Ia Druckwasserreaktor 4 BE 4.550 2.436 75 erster Einsatz 1983[17]
Ib Druckwasserreaktor 4 BE 4.550 2.436 60 erster Einsatz 1982[17]
Ic Siedewasserreaktor 16 BE 5.000 2.436 80[18] erster Einsatz 1981,[17] erster regulärer Einsatz 1983[19]
IIa Druckwasserreaktor 9 BE 6.010 2.480 116 erster Einsatz 1994[20]
440/84 WWER-440

WWER-70

84 BE 4.080[21] 2.660[21] 116[22] u. a für Brennelemente der Kernkraftwerke Greifswald und Rheinsberg[21]
440/84 mvK Druckwasserreaktor 24 BE 4.080[21] 2.660[21] 96[23] u. a. für Brennelemente des Kernkraftwerk Obrigheim[23] und des Kernkraftwerk Rheinsberg[21]
1000/19 WWER-1000 19 BE 5.500[24] 2.290[24] 115[24] Genehmigung seit Juni 2010[25] Einsatz in Tschechien[25]
V/19 Druckwasserreaktor 19 BE 5.940[26] 2.440[26] 108[26] 126[22] 39[26] Erste Beladung 1996[27]
V/21 Druckwasserreaktor 21 BE Erste Beladung 1985[27] oder 1986[28]
V/52 Siedewasserreaktor 52 BE 5.530[29] 2.440[29] 105[29] 124[22] 40[29]
geo21B Druckwasserreaktor 21 BE > 40[30] Zulassungsverfahren läuft[30] für Brennelemente des Kernkraftwerk Doel in Belgien[30]
geo24B Druckwasserreaktor 24 BE > 40[30] 2024[30] für Brennelemente des Kernkraftwerk Doel in Belgien[30]
geo26JP Druckwasserreaktor 26 BE > 40[30] Zulassungsverfahren läuft[30] für japanische Brennelemente[30]
geo32CH Druckwasserreaktor 32 BE > 40[30] für Schweizer Brennelemente[30]
geo69 Siedewasserreaktor 69 BE > 40[30] Zulassungsverfahren läuft[30] für US-amerikanische Brennelemente[30]
geo69CH Siedewasserreaktor 69 BE > 40[30] für Schweizer Brennelemente[30]
HAW20/28CG Wiederaufarbeitung 28 Glaskokillen 6.060[21] 2.330[21] 112[22] 45[31]
HAW28M Wiederaufarbeitung 28 Glaskokillen 6.122[22] 2.430[32] 100[32] 115[22] 56[32] Erste Beladung ab dem 16. November 2010[27]
KNK Brutreaktor

Druckwasserreaktorr

2.743[33] 1.380[33] für Abfälle der KNK und der Otto Hahn[21]
KRB-MOX WWER-440 4.900[21] 1.590[21] für defekte Brennelemente des Kernkraftwerk Greifswald[21]
MTR2 Forschungsreaktor 1.631[33] 1.430[33] für Brennelemente des Rossendorfer Forschungsreaktors[34]
MTR3 Forschungsreaktor 1.600[35] 1.500[35] 16[35] Zulassung seit Anfang 2019[36] für Brennelemente des FRM II[36]
RBMK-1500 RBMK-1500 4.612[37] 2.072[37] Einsatz am Kernkraftwerk Ignalina[37][38]
THTR/AVR Hochtemperaturreaktor 2.100 BE (THTR)
1.900 BE (AVR) 		2.743[33] 1.380[33] für Brennelemente des THTR und des AVR[21][33]

Siehe auch

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Literatur

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Commons: Castor (Kerntechnik) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ Wolfgang Steinwarz, Roland Hüggenberg, Ernst P. Warnke: CASTOR®, ein High-tech-Produkt aus duktilem Gusseisen. (PDF, 15 MB) Siempelkamp Nukleartechnik GmbH, abgerufen am 10. Januar 2020.
  2. ↑ a b BMUB: Sicherheitsanforderungen beim Transport von radioaktiven Stoffen (Memento vom 5. April 2014 im Webarchiv archive.today)
  3. ↑ Castor: Spitzentechnik aus Krefeld. In: wz-newsline.de. 8. November 2010, abgerufen am 8. November 2010.
  4. ↑ BfS: 5. Änderungsgenehmigung zur Aufbewahrung von Kernbrennstoffen im Standort-Zwischenlager in Biblis der RWE Power AG. (PDF; 295 KB) In: bfe.bund.de. 22. September 2015, archiviert vom Original am 15. Januar 2020; abgerufen am 7. August 2023.
  5. ↑ BfS: 5. Änderungsgenehmigung zur Aufbewahrung von Kernbrennstoffen im Standort-Zwischenlager in Philippsburg der EnBW Kernkraft GmbH. (PDF; 471 KB) In: bfe.bund.de. 24. Februar 2016, archiviert vom Original am 15. Januar 2020; abgerufen am 7. August 2023.
  6. ↑ CASTOR®-Transport von La Hague ins Zwischenlager Philippsburg: GRS wertet radiologische Messdaten aus. Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit, 4. November 2024, abgerufen am 10. November 2024.
  7. ↑ Fachinfo: Zulassungsverfahren. Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung, abgerufen am 19. Dezember 2023.
  8. ↑ – GNS
  9. ↑ Frankfurter Rundschau: Castoren vor letzter Etappe nach Gorleben, 28. November 2011
  10. ↑ greenpeace.de: Aktuelle Castortransporte – ein Überblick (Memento vom 29. Januar 2011 im Internet Archive)
  11. ↑ SZ, vom 25. November 2011
  12. ↑ NDR: Gorleben und der Aufstand der Bauern. Abgerufen am 11. November 2024.
  13. ↑ Atommülltransport: Französische Aktivisten blockieren Castor-Gleise. In: Der Spiegel. 23. November 2011, ISSN 2195-1349 (spiegel.de [abgerufen am 11. November 2024]).
  14. ↑ Castor-Protest – wichtig und richtig. 10. November 2020, abgerufen am 11. November 2024.
  15. ↑ Proteste gegen Castor-Transport – DW – 24.11.2011. Abgerufen am 11. November 2024.
  16. ↑ Castor-Proteste: Unter Schotterern. In: Der Spiegel. 24. Dezember 2010, ISSN 2195-1349 (spiegel.de [abgerufen am 11. November 2024]).
  17. ↑ a b c Der älteste CASTOR feiert 40. Dienstjubiläum. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 3, Februar 2009 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  18. ↑ Die GNS und der CASTOR feiern 40. Jubiläum – Seit vier Jahrzehnten sichere Entsorgung. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 14, August 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  19. ↑ Die GNS und der CASTOR feiern 40. Jubiläum – Seit vier Jahrzehnten sichere Entsorgung. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 10, November 2017 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  20. ↑ Angela Merkel ermöglichte den ersten Antransport – 20 Jahre Castor in Gorleben. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 8, November 2015 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  21. ↑ a b c d e f g h i j k l m EWN Entsorgungswerk für Nuklearanlagen (Hrsg.): CASTOREN BEI EWN – BAUARTEN UND INVENTARE. August 2020 (ewn-gmbh.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  22. ↑ a b c d e f Wilhelm Bollingfehr, Wolfgang Filbert, Christian Lerch, Marion Tholen: Endlagerkonzepte – Bericht zum Arbeitspaket 5 – Vorläufige Sicherheitsanalyse für den Standort Gorleben. Hrsg.: Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit. Juli 2011 (grs.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024] Fassung vom Dezember 2012).
  23. ↑ a b CASTOR® 440/84 mvK. GNS Gesellschaft für Nuklear-Service, abgerufen am 6. November 2024.
  24. ↑ a b c GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): CASTOR MTR3 – Transport- und Lagerbehälter für Brennelemente (WWER 1000). Oktober 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  25. ↑ a b WWER. GNS Gesellschaft für Nuklear-Service, abgerufen am 6. November 2024.
  26. ↑ a b c d GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): CASTOR V/19 – Transport- und Lagerbehälter für Brennelemente (DWR). Oktober 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  27. ↑ a b c Vorletzter HAW-Transport aus La Hague – Neuer Behälter, alte Widerstände. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 5, Mai 2011 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  28. ↑ Köcher, Körbe und Behälter. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 6, November 2013 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  29. ↑ a b c d GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): CASTOR V/52 – Transport- und Lagerbehälter für Brennelemente (SWR). Oktober 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  30. ↑ a b c d e f g h i j k l m n o p Neu entwickelte Behälterfamilie: Der erste CASTOR® geo ist beladen. GNS Gesellschaft für Nuklear-Service, 22. Juli 2024, abgerufen am 6. November 2024.
  31. ↑ Neuer Behältertyp HAW28M – Der neueste CASTOR. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 1, Mai 2007 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  32. ↑ a b c GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): CASTOR HAW28M – Transport- und Lagerbehälter für verglaste Abfälle. Oktober 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  33. ↑ a b c d e f g Niklas Bertrams, Philipp Herold, Juliane Leonhard, Ulla Marggraf, David Seidel, Ansgar Wunderlich: TREND – Weiterentwicklung der Konzepte der Transport- und Einlagerungstechnik von Endlagerbehältern. Hrsg.: BGE TECHNOLOGY GmbH. 10. August 2021 (bge-technology.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  34. ↑ Weitere Behälter - GNS. GNS Gesellschaft für Nuklear-Service, abgerufen am 6. November 2024.
  35. ↑ a b c GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): CASTOR MTR3 – Transport- und Lagerbehälter für Brennelemente aus Forschungsreaktoren. Oktober 2023 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
  36. ↑ a b Forschungsreaktoren. GNS Gesellschaft für Nuklear-Service, abgerufen am 6. November 2024.
  37. ↑ a b c Robertas Poškas, Povilas Poškas, Kęstutis Račkaitis, Renoldas Zujus: A numerical study of thermal behavior of CASTOR RBMK-1500 cask under fire conditions. In: Nuclear Engineering and Design. Band 376, Mai 2021, S. 111131, doi:10.1016/j.nucengdes.2021.111131.
  38. ↑ Letzter von 191 CONSTOR RBMK1500/M2 nach Ignalina ausgeliefert – Größter Auslandsauftrag der GNS abgeschlossen. In: GNS Gesellschaft für Nuklear-Service (Hrsg.): GNS – Das Magazin der GNS-Gruppe. Ausgabe 12, Mai 2020 (gns.de [PDF; abgerufen am 6. November 2024]).
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