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Die Erfindung betrifft ein Endlager für die Lagerung von radioaktivem und wärmeerzeugenden Material in Gesteinsformationen, mit wenigstens einem Hohlraum, der von Gesteinsmaterial umgeben ist und einen Endlagerungsraum für das radioaktive Material bildet, ein Verfahren zum Herstellen eines Endlagers für die Lagerung von radioaktivem Material, sowie die Verwendung eines Bergmassivs als Endlager.
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Die abgebrannten Brennstäbe werden wegen ihrer zunächst noch sehr hohen Aktivität in einem Abklingbecken abgekühlt und danach in geeigneten Behältern zur Aufbewahrung und zum Transport radioaktiven Materials noch mehrere Jahrzehnte zwischengelagert, bevor sie einer Endlagerung zugeführt werden. Zentrale Zwischenlager gibt es in Ahaus und Gorleben. Sie sind für jeweils 420 Großbehälter dimensioniert.
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Die zwischengelagerten Behältnisse dürfen z. B. in Deutschland maximal 40 Jahre in einem Zwischenlager bleiben. Spätestens nach dieser Zeit müssen sie in ein Endlager transportiert werden.
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Werden Brennstäbe in einer Wiederaufbereitungsanlage weiterverarbeitet, entstehen dabei hochradioaktive Spaltprodukte, welche in Glas eingeschmolzen werden. Die dafür speziell entwickelten Glaskokillen bestehen aus 50 cm dickwandigem Edelstahl und müssen danach ebenfalls zunächst mehrere Jahrzehnte in einem Zwischenlager abklingen, bis die Temperatur soweit zurückgegangen ist, dass sie einem Endlager zugeführt werden können.
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Jedes Jahr entstehen weltweit ca. 12.000 Tonnen hochradioaktive Abfälle in 440 Kernkraftwerken in 30 Ländern. Bis Ende 2012 sind weltweit ca. 320.000 Tonnen HLW-Abfall (high level waste = radioaktiver Abfall) angefallen.
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In der Fachwelt herrscht die Meinung vor, dass die Endlagerung von HLW-Abfall in tiefen geologischen Formationen vorzunehmen ist. Der dauerhafte Strahlenschutz soll durch mehrere Barrieren gewährleistet werden. Die erste Barriere ist technischer Art und besteht z. B. aus dem Einschluss des HLW-Abfall in Glaskokillen und/oder der Verpackung in strahlenschützende Behälter aus Eisen, Edelstahl oder Kupfer. Diese Behälter sind gegen radioaktive Strahlung so gut abgeschirmt, dass man sich in ihrer Nähe ungefährdet aufhalten kann. Nach längerer Lagerung müssen die geologischen Barrieren wirksam werden, weil Fachleute davon ausgehen, dass die technische Barriere bei den bekannten Endlagerkonzepten infolge Korrosion nach einer gewissen Zeit nicht mehr wirksam ist. Damit die geologischen Barrieren wirksam sein können, ist bei allen bisher bekannten Konzepten absolute Voraussetzung, dass kein Wasser in das Endlager eindringt. Die Anwesenheit von Wasser hätte eine radioaktive Kontaminierung der Umgebung des Endlagers zur Folge.
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Es wird nicht ausgeschlossen, dass die Strahlung des HLW-Abfalls mit einer Gasentwicklung einhergeht. Wie sich diese Gasentwicklung langfristig auf die Endlagerung in den hermetisch verschlossenen Behältern auswirkt, ist ungeklärt.
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Für die Endlagerung von Atommüll kommen heute weltweit fünf Umgebungsmaterialien in die engere Auswahl, nämlich Granit, Ton, Salz (Salzstöcke), Opalinuston und Tuffgestein. Salzstöcke werden heute nur noch in Deutschland, z. B. in Gorleben, in Erwägung gezogen. Da Salz wasserlöslich ist und das Eindringen von Wasser in einen unterirdischen Salzstock für einen Zeitraum von 1.000.000 Jahren nicht sicher ausgeschlossen werden kann, ist eine hinreichende Barrierefunktion von Salzstöcken für die Endlagerung von Atommüll nicht gegeben. Die erforderlichen statischen Eigenschaften für ein Endlager von Atommüll können bei Salzstöcken nicht dauerhaft garantiert werden.
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Ton ist ein plastisches Material und weist deshalb eine zu geringe statische Standfestigkeit auf. Genaue Vorhersagen bezüglich der räumlichen Veränderungen in einer Tonformation über einen Zeitraum von 1.000.000 Jahren sind nicht möglich. Eine spätere Bergung von endgelagerten Fässern mit Atommüll ist nahezu ausgeschlossen. Die Erwärmung des Tons durch hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll würde seine statischen Eigenschaften infolge Austrocknung und Rissbildung sowie die Fähigkeit der Abschirmung gegenüber radioaktiver Strahlung stark reduzieren. Tonformationen scheiden deshalb für die Endlagerung hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommülls aus.
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Granit wird in Schweden und Finnland für die unterirdische Lagerung von niedrig- und mittelstark strahlenden Atommüll als Lagerstätte benutzt. Die Lagerstätten befinden sich maximal 100 m unterhalb der Erdoberfläche. Für hochradioaktiven und langstrahlenden Atommüll sind in Finnland und Schweden Endlagerstätten in Granitformationen in ca. 400–700 m Tiefe im Bau bzw. geplant. Sie sind nicht hinreichend gegen einen Wassereinbruch geschützt.
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Opalinuston wird in der Schweiz für die Tiefenlagerung von hochradioaktivem Atommüll trotz eines Wassergehaltes von 6,6% und einer Porosität von 18,3 Vol% favorisiert.
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Tuffgestein wird in den USA für die Endlagerung von hochradioaktivem Atommüll in Erwägung gezogen. Tuffgestein ist im Vergleich mit Granit relativ leicht, weich und porös.
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Es gibt drei Schadensarten, die für ein Endlager relevant sind:
Dies sind die statische Sicherheit, eindringendes Wasser und defekte Behälter.
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Alle weltweit geplanten Endlager für hochradioaktiv strahlenden Atommüll befinden sich unterhalb der Erdoberfläche sowie des Grundwasser- und Meeresspiegels. Ihr Zugang erfolgt über einen oder zwei nach unten führenden Zugängen (Schächte oder Rampen). Eine Rückholbarkeit des einmal eingelagerten hochradioaktiv strahlenden Atommülls ist überwiegend nicht vorgesehen und wäre -wenn überhaupt- nur unter schwierigsten technischen Bedingungen und hohem materiellen Aufwand möglich.
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Endlager in einer Tiefe von 3.000 m böten eine bessere Abgrenzung zur Biosphäre, würden aber eine dauerhafte Überwachung und Rückholbarkeit praktisch unmöglich machen.
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Weltweit ist derzeit kein Endlager für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll in Betrieb.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein sicheres dauerhaftes Endlager für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll mit dauerhafter Überwachungsmöglichkeit und Rückholbarkeit des radioaktiven Abfalls, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Endlagers anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Anspruchs 1, 11 und 15.
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Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, dass die Gesteinsformation ein Bergmassiv ist, in dem als Hohlraum mindestens zwei voneinander unabhängige Hohlraumsysteme in dem Bergmassiv vorgesehen sind, die über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen miteinander verbunden sind, wobei ein erstes Hohlraumsystem den Endlagerungsraum bildet und das zweite Hohlraumsystem ein Zugangssystem bildet, das einen derartigen Abstand von dem Endlagerungsraum aufweist, dass das Zugangssystem einen strahlungsfreien Bereich für den von dem ersten Hohlraumsystem unabhängigen Zugang zu dem Endlagerungsraum an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems bildet. Es versteht sich, dass das Bergmassiv vorzugsweise ein natürliches Bergmassiv ist. Es ist jedoch auch denkbar, im Sinne der Erfindung das Bergmassiv künstlich herzustellen, z. B. aus Granitblöcken oder einer Mischung aus Granitblöcken oder Steinen mit haltbarem Beton. Eine derartige Konstruktion könnte dort erforderlich sein, wo keine geeigneten Felsformationen vorhanden sind.
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Es versteht sich desweiteren, dass die Erfindung zwar ein Endlager betrifft, das für die autarke Einlagerung von radioaktiven Material auf unbegrenzte Dauer geeignet ist, allerdings erst recht auch als Zwischenlager und auch für schwach radioaktives Material.
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Die Lösung hat folgende Vorteile für die Endlagerung von hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll:
- – Zeitlich unbegrenzte Sicherheit vor radioaktiver Strahlung
- – Zeitlich unbegrenzte Rückholbarkeit jedes einzelnen endgelagerten Behälters mit HLW-Abfall
- – Zeitlich unbegrenzte Nachbearbeitungsmöglichkeit des HLW-Abfalls
- – Zeitlich unbegrenzte Überwachungsmöglichkeit jedes endgelagerten Behälters mit HLW-Abfall
- – Zeitlich unbegrenzte Garantie für die statische Sicherheit aller räumlichen Strukturen
- – Offene Lagerung der Behälter mit HLW-Abfall innerhalb des Endlagers
- – Physikalischer Ausschluss einer möglichen Flutung des Endlagers durch Wasser
- – Lagerung der Behälter in dem Endlager mit Abstand oberhalb des Grundwasser- und Meeresspiegels sowie des maximal erreichten Hochwasserpegels umgebender Flüsse
- – Zeitlich unbegrenzte Erweiterungsmöglichkeit des Endlagers für HLW-Abfall
- – Zeitlich unbegrenzter sicherer Zugang und Ausgang zum/vom Endlager für HLW-Abfall
- – Jederzeitiger Zugang zum Endlagerungsraum über ein sicheres Zugangssystem.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass beide Hohlraumsysteme im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und grundsätzlich steigend in die Gesteinsformation eingebracht sind.
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Die parallele Anordnung ermöglicht einen jederzeitigen Zugang zu jedem beliebigen Endlagerort. Die steigende Anordnung der Hohlraumsysteme verhindert zuverlässig jede Ansammlung von Wasser und ermöglicht darüber hinaus eine passive Zwangsbe- und Entlüftung. Insgesamt ist das Endlager nach der Befüllung ohne menschliche oder maschinelle Hilfe funktionsfähig.
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Die Verbindungsgänge verlaufen nicht geradlinig und sind im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem ausgeführt. Vorzugsweise sind die Verbindungsgänge bogenförmig. Dieser Verlauf der Verbindungsgänge verhindert im Falle eines undicht gewordenen Behälters die Strahlenkontamination des zweiten Hohlraumsystems.
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Die Gesteinsformation ist vorzugsweise ein Kristallingestein, z. B. ein monolithisches Granitgestein.
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Granit ist -im Vergleich mit allen anderen natürlichen Materialien- wegen der homogenen monolithischen Struktur, der hohen Masse, der großen Härte und Biegezugfestigkeit besonders für die Anforderungen an ein Endlager für HLW-Abfall geeignet. Granit ist bis 800°C temperaturtolerant, wasserunlöslich, salzbeständig, sehr abriebfest und zahlreiche Granitformationen sind dauerhaft witterungsbeständig.
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Zumindest das erste als Endlagerungsraum dienende Hohlraumsystem weist eine passive Entlüftungseinrichtung auf, die eine Wärmeabfuhr ermöglicht. Vorzugsweise beide Hohlraumsysteme für die Endlagerung und den gesicherten Zugang weisen passive Be- und Entlüftungskanäle auf, die eine Wärmeabfuhr und Frischluftzufuhr unabhängig von aktiven Lüftungssystemen dauerhaft sicherstellen.
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Das zweite Hohlraumsystem weist z. B. mindestens einen Abstand von ca. 10 m, vorzugsweise 12 m, von dem ersten Hohlraumsystem auf. Bei einem derartigen Mindestabstand ist die Strahlungssicherheit des zweiten Hohlraumsystems gewährleistet.
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Das zweite Hohlraumsystem kann parallel oder parallel und höhenversetzt zu dem ersten Hohlraumsystem verlaufen. Das zweite Hohlraumsystem verläuft dabei vorzugsweise parallel und in vertikaler Richtung betrachtet mit seiner Basis auf der gleichen Höhe oder nach oben höhenversetzt zum ersten Hohlraumsystem.
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Beide Hohlraumsysteme können nach einer bevorzugten Ausführungsform in vorgegebenen Abständen Entlüftungskanäle aufweisen, die vorzugsweise bogenförmig durch die Gesteinsformation mit Gefälle nach außen verlaufen. Diese Entlüftungskanäle bewirken eine passive Zwangsentlüftung des Endlagers. Durch die spezielle fallende und bogenförmige Anordnung der Entlüftungskanäle kann kein Wasser eindringen und keine Strahlung nach außen gelangen.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Hohlraumsysteme z. B. als Tunnelsysteme spiralförmig, vorzugsweise in der Art einer Doppelhelix oder Mehrfachhelix angeordnet. Es versteht sich, dass die Tunnelsysteme grundsätzlich einen variierenden Querschnitt aufweisen können und auch polygonförmig in der Spirale verlaufen können. Es versteht sich auch, dass insbesondere das erste Hohlraumsystem mehrere zueinander parallele Tunnelsysteme aufweisen kann, die über das zweite Hohlraumsystem, vorzugsweise aus einem einzigen Tunnelsystem, zugänglich sind.
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Das zweite Hohlraumsystem kann dabei als Zugangssystem platzsparend, vorzugsweise innenliegend, angeordnet sein.
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Zumindest das erste Hohlraumsystem und ggf. auch die Verbindungsgänge haben vorzugsweise eine derartige Weite, dass Behälter mit radioaktivem Inhalt, insbesondere Atommüllbehälter an einen beliebigen Ort des ersten Hohlraumsystems transportierbar sind und dort bei gefülltem Endlager jederzeit zugänglich und auch nachträglich entfernbar sind.
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Die das radioaktive Material enthaltenden Behälter sind in dem ersten Hohlraumsystem mit Abstand von der Bodenfläche lagerbar. Dies gewährleistet, dass kein Kontakt der Behälter mit Wasser auftreten kann.
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Das erste Hohlraumsystem kann auch Verzweigungen aufweisen, um den Endlagerungsraum zu vergrößern, solange die Zugänglichkeit, die Entwässerung, die Be- und Entlüftung und die Rückholbarkeit der Behälter garantierenden Grundvoraussetzungen beibehalten werden.
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Zumindest das erste Hohlraumsystem kann Überwachungsanlagen für Temperatur, radioaktive Strahlung und visuelle Überwachung aufweisen.
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In dem ersten Hohlraumsystem kann ein unbemanntes Transportsystem installiert sein.
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Die Strömungsquerschnitte der Entlüftungskanäle können drosselbar sein, um den Umfang der Be- oder Entlüftung steuern oder regeln zu können.
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Nach der Erfindung wird ein Bergmassiv als Gesteinsformation verwendet, wobei der Hohlraum in Form eines Hohlraumkomplexes hergestellt wird, wobei mindestens zwei voneinander unabhängige über Verbindungsgänge an mehreren Übergangsstellen miteinander verbundene Hohlraumsysteme durch Tunnelvortriebsmaschinen hergestellt werden. Ein erstes Hohlraumsystem wird als Endlagerungsraum verwendet und ein zweites Hohlraumsystem dient als Zugangssystem für den von dem ersten Hohlraumsystem unabhängigen Zugang an unterschiedliche Orte des ersten Hohlraumsystems, wobei das zweite Hohlraumsystem mit einem derartigen Abstand von dem ersten Hohlraumsystem hergestellt wird, dass das zweite Hohlraumsystem einen permanent strahlungsfreien Bereich bildet.
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Diese Hohlräume können bevorzugt mit Tunnelvortriebsmaschinen hergestellt werden, wobei das Hohlraumsystem nicht an einen bestimmten Tunnelquerschnitt gebunden ist und auch im Verhältnis zu dem Tunnelquerschnitt größere Hallen oder Abzweigungen sowie Bypässe enthalten kann.
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Beide Hohlraumsysteme werden im Wesentlichen parallel zueinander und grundsätzlich steigend in das Bergmassiv eingebracht.
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Die Verbindungsgänge werden nicht geradlinig und im Wesentlichen horizontal oder mit Gefälle zu dem ersten Hohlraumsystem hergestellt.
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Vorzugsweise für das erste Hohlraumsystem werden in vorgegebenen Abständen bogenförmig mit Gefälle nach außen verlaufende Entlüftungskanäle hergestellt.
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Die Hohlraumsysteme werden nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung spiralförmig, vorzugsweise in der Art einer Doppelhelix, hergestellt.
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Unter Hohlraumsystem als Endlagerungsraum ist eine fortlaufende Aneinanderreihung von Hohlräumen zu verstehen, die für die Endlagerung von HLW-Abfall geeignet ist. Diese Hohlräume sind derart dimensioniert, dass Transportfahrzeuge auch bei vollständiger Belegung der Lagerungsorte mit Behältern noch manövrierfähig sind und jeder einzelne Behälter jederzeit und insbesondere auch für eine unbegrenzt lange Zeit nach der Lagerung auf Dauer zugänglich bleibt.
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Die Kombination aus der Verwendung eines Bergmassivs als Endlager für HLW-Abfall mit der Höhenlage des Endlagers in einem Bergmassiv, der geometrischen Form des Endlagers, z. B. in Form einer Doppelhelix, mit unabhängigem gesicherten Zugangssystem und dadurch geschaffenem Fluchtweg und der Verwendung eines spiralförmigen definitiven Endlagerraumes mit frei stehenden und permanent überwachbaren und damit dauerhaft sicheren Behältern mit HLW-Abfall bietet besondere Vorteile, nämlich die passive Belüftung- und Entlüftung, die Wasserausleitung sowie die zeitlich unbegrenzte physische Rückholmöglichkeit der Behälter.
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Die Belüftung der Hohlraumsysteme kann bevorzugt durch Drosselung der Entlüftungsquerschnitte der Entlüftungskanäle geregelt werden.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
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Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Endlagers im Bergmassiv,
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2 einen Querschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel des Endlagers,
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3a, 3b, 3c Schnitte durch die Hohlraumsysteme des ersten Ausführungsbeispiels,
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4 eine Seitenansicht durch das zweite Ausführungsbeispiel eines Endlagers,
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5 einen Querschnitt durch die Hohlraumsysteme des zweiten Ausführungsbeispiels,
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6a, 6b, 6c Schnitte durch die Hohlraumsysteme des zweiten Ausführungsbeispiels,
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7 alternative Ausführungsformen des ersten Hohlraumsystems, und
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8 die Anordnung des Endlagers in einem Bergmassiv.
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Der hochradioaktive und wärmeerzeugende atomare Restmüll wird in einem Endlager 1 in einem Bergmassiv 2, z. B. einem monolithischen Granit, der sich an einer Stelle über die umgebende Erdoberfläche hinaus erhebt, endgelagert. Diese Anordnung in einem Bergmassiv 2 bietet im Vergleich mit allen anderen bekannten Orten für die Endlagerung von hochradioaktivem Atommüll wesentliche Vorteile, die nachfolgend beschrieben werden.
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Das Endlager 1 in Form von zwei Hohlraumsystemen 4, 6 gleicht bei einer bevorzugten in 1 gezeigten Ausführungsform einer Doppelhelix 16, mit zwei parallel verlaufenden und vorzugsweise kontinuierlich ansteigenden Tunnelgängen, die nach oben in das Bergmassiv 2 getrieben werden. Die beiden zunächst räumlich unabhängigen Spiralen werden vorzugsweise auf jedem Geschoß 8 durch einen horizontalen, bogenförmigen Verbindungsgang 14 miteinander verbunden. Das erste Hohlraumsystem 4 bildet den definitiven Endlagerungsraum 10 für die frei stehenden Behälter 20 mit hochradioaktiv strahlendem und wärmeerzeugenden Atommüll. Der Raum innerhalb des ersten Hohlraumsystems 4 hat im Querschnitt an der Basis eine Breite von z. B. 12 m und in der Mitte eine Höhe von z. B. 9 m, die Steigung der Bodenfläche 34 beträgt ca. 5%. Aufgrund der Steigung hat jedes Geschoss 8 einen statisch und strahlungstechnisch sicheren Abstand von dem benachbarten Geschoss. Der Querschnitt des Wand- und Deckenbereichs wird aus statischen Gründen vorzugsweise bogenförmig, z. B. parabelförmig, ausgeführt. Der Kreis, der im Horizontalschnitt die innere Begrenzung des ersten Hohlraumsystems 4 bildet, hat beispielsweise einen Durchmesser von ca. 150 m. Der Kreis, der die äußere Begrenzung des ersten Hohlraumsystems 4 bildet, hat beispielsweise einen Durchmesser von ca. 174 m. Neben dem Eingangsbereich 30 zum ersten Hohlraumsystem 4 befindet sich ein separater Eingang zu einem temporären Lagerraum 28 innerhalb des Bergmassives 2 für neu eintreffende Behälter 20, um diese von dort aus einzeln über einen Verbindungsgang 35 zum ersten Hohlraumsystem 4 zu transportieren, von wo aus die Behälter 20, beispielsweise über ein automatisches (nicht dargestelltes) Transportsystem, zu dem vorgesehenen Lagerort gefahren werden. Weitere separate Räume 29 können innerhalb des Bergmassivs 2 für technische Arbeiten geschaffen werden, z. B. für die Umverpackung radioaktiven Abfalls, oder für eine technische Leit- und Steuerzentrale sowie Büros und Aufenthaltsräume für das Personal.
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Das zweite, vorzugsweise innere Hohlraumsystem 6 dient als Zugangssystem 12, sowie als Fluchtweg: Dieser Bereich ist ein strahlungsfreier Bereich und stellt für die gesamte Lebensdauer des atomaren Endlagers 1 den ungefährdeten Zugang und Ausgang sicher. Das zweite Hohlraumsystem 6 befindet sich in einem lichten Abstand von beispielsweise ca. 12 m vorzugsweise innerhalb des ersten Hohlraumsystems 4. Dieses zweite Hohlraumsystem 6 verläuft im Wesentlichen parallel zum ersten Hohlraumsystem 4. Das zweite Hohlraumsystem 6 kann beispielsweise im Querschnitt an der Basis eine Breite von ca. 9 m und in der Mitte eine Höhe von ca. 6 m aufweisen. Das zweite Hohlraumsystem 6 kann außerdem, wie in 4 gezeigt, höhenversetzt zum ersten Hohlraumsystem 4 verlaufen. Die Basis des zweiten Hohlraumsystems 6 verläuft beispielsweise ca. 11 m oberhalb der Basis des ersten Hohlraumsystems 4. Entlüftungskanäle 18 führen von dem ersten Hohlraumsystem 4 auf jedem Geschoss 8 (jeweils nach 360°), z. B. mit einem Gefälle von mindestens 1,5%, vorzugsweise in einem leichten Bogen, nach außen.
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Nach einer abgewandelten Ausführungsform kann, sofern das zweite Hohlraumsystem 6 gleich fertiggestellt werden kann, lediglich ein Entlüftungskanal am oberen Ende des zweiten Hohlraumsystems 6 ausgeführt werden. Das zweite Hohlraumsystem 6 endet dann am oberen Ende in einem Entlüftungskanal, der ins Freie führt. Dies hat den Vorteil, dass die Basis des zweiten Hohlraumsystems 6, wie in 1 gezeigt, auf der gleichen Höhe verläuft, wie die Basis des ersten Hohlraumsystems 4. Die Verbindungsgänge 14 in jedem Geschoss 8 zwischen dem ersten Hohlraumsystem 4 und dem zweiten Hohlraumsystem 6 sind dann nur jeweils ca. 12 m lang.
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Der Innendurchmesser des zweiten Hohlraumsystems 6 hat beispielsweise einen Durchmesser von ca. 100 m bis 150 m, z. B. 108 m, der äußere Durchmesser des zweiten Hohlraumsystems 6 beträgt dann ca. 120 m bis 200 m, beispielsweise ca. 126 m.
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Das Endlager 1 liegt auf einem Höhenniveau, das sich in jedem Fall weit über dem Meeresspiegel und z. B. mindestens 50 m über der Höhe befindet, die das Grundwasser oder Hochwasser führende Flüsse in der Umgebung des Endlagers 1 maximal erreichen können.
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Das atomare Endlager 1 für hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommüll befindet sich in einem Bergmassiv 2 aus monolithischem Granit. Die Mindestwanddicke des ersten Hohlraumsystems 4, z. B. eines Tunnelsystems, das den definitiven Endlagerungsraum 10 bildet, soll mindestens ca. 6 m betragen. Prinzipiell ist die Mindestwanddicke bei dieser geometrischen Formation frei bestimmbar und kann auch größer dimensioniert werden. Im Gegensatz zu allen bisher bekannten Konzepten bleibt bei der Endlagerung von HLW-Abfall im Endlager 1 die primäre Abschirmung für die Strahlung durch die Behälter 20 dauerhaft erhalten. Diese erste technische Abschirmung ist aus Metall, und stellt einen hinreichenden und dauerhaften Schutz vor radioaktiver Strahlung sicher, damit sich Menschen in unmittelbarer Nähe ungefährdet aufhalten können. Weil bei dem beschriebenen Endlager 1 die erste technische Strahlenabschirmung dauerhaft erhalten bleiben kann, ist die Strahlenschutzwirkung der Gesteinsformation von geringerer Bedeutung. Wichtig ist, dass die räumliche Struktur des Endlagers 1 dauerhaft erhalten bleibt. Das ist im Falle von Granit für äußerst lange Zeiträume garantiert.
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Das atomare Endlager 1 für hochradioaktiven und wärmeerzeugenden Atommüll befindet sich in einem Bergmassiv 2 aus vorzugsweise monolithischem Granit mit einer großen Masse, einer hohen Härte und Biegezugfestigkeit. Die räumliche Struktur des Endlagers 1 kann deshalb durch ein Erdbeben nicht beeinträchtigt werden. Da sich der Eingangsbereich 26 des Endlagers 1 oberhalb des Meeresspiegels in einer Höhe von mindestens 50 m über der Höhe, die das Grundwasser oder Hochwasser führende Flüsse in der Umgebung des Endlagers 1 maximal erreichen können, befindet, ist das Eindringen von Wasser infolge eines Erdbebens ausgeschlossen.
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Der monolithische Granit, der mindestens eine Wandstärke von ca. 6 m aufweist, stellt wegen seiner großen homogenen Masse und hohen Härte einen dauerhaften Schutz vor einem etwaigen Flugzeugabsturz dar. Der monolithische Granit bietet durch seine hohe und homogene Masse mit einer hohen Härte und Biegezugfestigkeit die höchste denkbare statische Sicherheit. Ein Kollabieren der räumlichen Struktur ist praktisch ausgeschlossen.
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Die Kapazität des Endlagers 1 wird entsprechend der endzulagernden Menge des hochradioaktiv strahlenden und wärmeerzeugenden Atommülls ausgelegt. In Deutschland handelt es sich bis zum Ende der atomaren Stromerzeugung um ca. 10.000 t Atommüll. Daraus errechnet sich eine Zahl von ca. 3.000 Behältern heutiger Bauart.
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Die Kapazität des Endlagers 1 kann im Bedarfsfall erweitert werden, da die Bergbaumaschinen z. B. Tunnelvortriebsmaschinen einsatzfähig im Endlager 1 verbleiben können.
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Das zweite Hohlraumsystem 6 und die Verbindungsgänge 14 sind in ihrer Dimensionierung so zu gestalten, dass die dauerhafte Versorgung der Bergbaumaschinen mit allen erforderlichen Ersatzteilen gewährleistet bleibt. Die bergmännischen Arbeiten im ersten Hohlraumsystem 4 sollen vorzugsweise jederzeit einen Vorsprung von mindestens einem Geschoss (360°) zu den endgelagerten Behältern 20 mit Atommüll aufweisen. Eine temporäre Abschottung zwischen den endgelagerten Behältern 20 und dem Erweiterungsort in dem ersten Hohlraumsystem 4 kann als zusätzliche Sicherheit vorgesehen werden.
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Der in den endzulagernden Behältern 20 und Fässern enthaltene hochradioaktive, atomare Restmüll produziert durch die anhaltenden Zerfallsprozesse sehr viel Wärme, die über die Oberflächen der Behälter 20 an die Luft in dem ersten Hohlraumsystem 4 abgegeben wird. Diese permanent erzeugte Wärme ist der Motor für die Luftströmung, die ohne Unterbrechung die Wärme nach außen ableitet. Unabhängig davon entsteht eine ununterbrochene Luftströmung durch die Druckdifferenz der Zuluftöffnungen 30, welche auf Höhe des Eingangsbereichs 26 im unteren Bereich des Endlagers 1 eingebaut sind und den höher gelegenen Entlüftungskanälen 18 des Endlagers 1, die sich wegen der Höhendifferenz in einem Bereich mit niedrigerem Luftdruck befinden (Kamineffekt). Die Entlüftungskanäle 18 befinden sich vorzugsweise auf jeder Etage des ersten und zweiten Hohlraumsystems 4, 6 (nicht im zweiten Ausführungsbeispiel) im jeweils dünnsten Bereich des Felsens – beginnend unterhalb des höchsten äußeren Punktes des betreffenden Hohlraumsystems 4, 6 – und werden mit leichtem Gefälle in einem Bogen nach außen geführt. Das Gefälle nach außen stellt sicher, dass kein Wasser in die Hohlraumsysteme 4, 6 eindringen kann. Die Bogenform der Entlüftungskanäle 18 wird so gestaltet, dass keine direkte Strahlung aus dem ersten Hohlraumsystem 4 nach außen dringen kann. Der Durchmesser bzw. die Höhe der Entlüftungskänle 18 beträgt beispielsweise 2,20 m, so dass sie auch als Notausstieg verwendbar sind. Die Entlüftungskanäle 18 des zweiten Hohlraumsystems 6 können in gleicher Weise ausgeführt werden. Jeder Entlüftungskanal 18 kann im äußeren Bereich mit einem steuerbaren Lamellenvorhang aus einem sehr stabilen Material, z. B. Kohlefaserverbundstoff, ausgestattet sein, um in jedem Bereich des Endlagers 1 die Wärmeableitung und Frischluftzufuhr regulieren zu können. Die Dimensionierung der Entlüftungskanäle 18 und der Zuluftöffnungen 30 werden so gewählt, dass die Zirkulation passiv (ohne Ventilatoren) funktioniert.
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Die ständige Frischluftzufuhr ist eine direkte Folge der dauerhaften Wärmeableitung und der Kaminwirkung. In dem Maße, in dem die warme Luft über die Entlüftungskanäle 18 passiv nach außen abgeleitet wird, strömt frische Luft im Eingangsbereich 26 an der Basis der Hohlraumsysteme 4, 6 des Endlagers 1 über Zuluftkanäle 30, 31 in das erste und zweite Hohlraumsystem 4, 6.
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Die Höhenlage des Endlagers 1 in einem Bergmassiv 2 verhindert zuverlässig eine Flutung durch Grundwasser, einen ansteigenden Meeresspiegel, temporäres Hochwasser in Flussläufen oder einen Tsunami. Regenwasser, welches durch Spalten in das erste oder zweite Hohlraumsystem 4, 6 einsickern könnte, wird wegen des kontinuierlichen Gefälles zum Eingangsbereich 26 direkt an der Basis oder über die Entlüftungskanäle 18 ausgeleitet (passive Funktion, ohne zusätzliche Maßnahmen wie zum Beispiel der Einsatz von Pumpen). Etwaiges austretendes Wasser hat wegen der dauerhaften Schutzwirkung der Behälter 20 keine Berührung mit eingelagertem Atommüll und kann deshalb nicht kontaminiert sein. Im Bedarfsfall kann es untersucht werden.
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Der Korrosionsschutz der Behälter 20 aus Eisen, Kupfer oder Edelstahl für die Endlagerung hochradioaktiven und wärmeerzeugenden atomaren Mülls ergibt sich aus der Abwesenheit von Wasser. Wegen der Höhenlage des Endlagers 1 ist eine Flutung ausgeschlossen. Geringe Mengen Regenwasser könnten über Risse im Granit des Endlagers 1 in das erste und zweite Hohlraumsystem 4, 6 eindringen. Diese geringen Mengen Regenwasser werden wegen des Gefälles der Hohlraumsysteme 4, 6 nach unten an den Eingangsbereich 26 an der Basis der Hohlraumsysteme 4, 6 fließen und ausgeleitet werden. Wahrscheinlicher ist, dass die geringen Mengen eindringenden Regenwassers wegen der starken Durchlüftung und der hohen Temperaturen verdunsten und mit der Abluft nach außen transportiert werden. Eine Kontamination des Wassers ist nicht möglich.
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Der Zugang und der Ausgang zum Endlagerungsraum 10 des Endlagers 1 bleiben durch die physikalischen Eigenschaften des Granits, der Höhenlage des Endlagers 1, der geometrischen Form der Doppelhelix mit kontinuierlichem Anstieg, der passiven Wärme- und Wasserableitung sowie der unterbrechungsfreien passiven Frischluftzufuhr dauerhaft gesichert.
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Da die endzulagernden Behälter 20 mit hochradioaktiv strahlendem Atommüll frei in der Mitte des ersten Hohlraumsystems 4 auf Podesten stehen, ist eine ständige visuelle Überwachung, z. B. mit Kameras, Temperaturüberwachung mit Sensoren und Strahlungsüberwachung, z. B. mit fest installierten Messgeräten möglich. Im Schadensfall kann ein Behälter 20 sofort geborgen und gesichert werden. Die Qualität der Luft, ihre Strömungsgeschwindigkeit sowie die Luftfeuchtigkeit können ebenfalls unterbrechungsfrei gemessen werden.
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Das Endlager 1 ist so dimensioniert, dass nach dessen vollständiger Befüllung seine dauerhafte Funktionsfähigkeit ohne den Einsatz zusätzlicher Technik wie Pumpen, Ventilatoren oder menschlicher Aktivitäten sichergestellt ist.
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Die endzulagernden Behälter 20 mit HLW-Abfall werden in dem ersten Hohlraumsystem 4 im mittleren Bereich des nach oben führenden Endlagerraumes 10 auf Podesten 32, die mindestens 20 cm über die Bodenfläche 34 des ersten Hohlraumsystems 4 hinausragen, abgestellt. Die Podeste 32 haben z. B. eine Größe von 5 m × 10 m und ermöglichen die horizontale Lagerung der Behälter 20 trotz leicht steigender Bodenfläche 34. Spezialfahrzeuge können die Podeste 32 360° umfahren und jeden gelagerten Behälter 20 im Bedarfsfall aufnehmen und abtransportieren. Jeder einzelne Behälter 20 kann in kurzer Zeit geborgen werden. Die Abstände zwischen den Podesten 32 betragen z. B. 3,5 m.
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Die Technik der Transmutation kann möglicherweise in Zukunft eingesetzt werden, um die hochradioaktive Strahlung des Atommülls schneller und dauerhaft zu reduzieren. Dieses Verfahren wird derzeit noch weiter entwickelt. Deshalb besteht eine Chance, bereits eingelagerten Atommüll zu einem späteren Zeitpunkt zu bergen, um die hochradioaktive Strahlung zu eliminieren oder zu reduzieren. Das beschriebene Endlager 1 bietet die zeitlich unbegrenzte Möglichkeit der Rückholung und Nachbearbeitung des bereits eingelagerten, hochradioaktiv strahlenden Atommülls.
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Neu eintreffende, endzulagernde Behälter 20 werden zunächst über einen separaten Eingang in den speziellen temporären Lagerraum 28 gebracht, der sich neben dem Zugangsbereich 30 zum Hohlraumsystem 4 befindet. Dieser Raum hat über einen kurzen Verbindungsgang 35 Verbindung zum untersten Startpunkt des ersten Hohlraumsystems 4, dem definitiven Endlagerungsraum 10. Die einzelnen Behälter 20 oder Fässer werden von einem speziellen Gabelstapler auf ein spezielles Fahrzeug am Startpunkt des ersten Hohlraumsystems 4 geladen. Dieses transportiert den endzulagernden Behälter 20 eigenständig auf die Höhe, auf der er endgelagert werden soll. Die Lenkung des Fahrzeuges kann zum Beispiel mittels eines an der äußeren Wand des ersten Hohlraumssystems 4 montierten Führungssystems, ähnlich einem Treppenaufzug für gehbehinderte Menschen und/oder optisch gesteuert und/oder lasergeführt erfolgen.
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Hat das vorzugsweise unbemannte Fahrzeug mit einem Behälter 20 den Einlagerungsort erreicht, wird der Behälter 20 dort von einem speziellen individuell beweglichen Transportfahrzeug übernommen und an dem vorgesehenen Endlagerplatz positioniert.
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Die in der Beschreibung der Hohlraumsysteme 4, 6 genannten beispielhaften Maße erfordern im Falle einer benötigten Lagerkapazität von 10.000 t insgesamt eine Bauhöhe von ca. sieben Geschossen 8. Davon entfallen fünf Geschosse 8 auf den Endlagerungsraum 10 und jeweils ein von Behältern 20 freibleibendes Geschoss 8 als Sicherheitsabstand im unteren und oberen Bereich als Abschluss.
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Die 1 bis 3 zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem die Hohlraumsysteme 4, 6 parallel zueinander verlaufen und jeweils auf der gleichen Ebene befindlich sind, wie am besten aus den 1 und 3c ersichtlich ist.
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Die 4 bis 6 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel, bei dem die Hohlraumsysteme 4, 6 parallel zueinander verlaufen, jedoch höhenversetzt in unterschiedlichen Ebenen verlaufen. Die Bodenfläche 34a, 34b der Hohlraumsysteme 4, 6 weist eine vorzugsweise stetige Steigung von vorzugsweise ca. 5 Prozent auf, wie am besten aus den 3b und 6b ersichtlich ist.
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Die Entlüftungskanäle 18 des zweiten Hohlraumsystems 6 können entfallen, wenn am oberen Ende des Zugangssystems 12 ein nach außen tretender Entlüftungskanal vorgesehen ist oder das Zugangssystem 12 ins Freie mündet.
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Die 3c und 6c zeigen jeweils einen vertikalen Schnitt durch die Hohlraumsysteme 4, 6 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels, während die 3a, 3b, 6a und 6b jeweils einen Schnitt in einer horizontalen bzw. vertikalen Ebene in Längsrichtung des ersten Hohlraumsystems 4 zeigen.
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7 zeigt Varianten des ersten Hohlraumsystems 4, bei denen durch Abzweigungen 36, 38, z. B. in der Art eines Bypasses, zusätzlicher Endlagerungsraum 10 geschaffen ist. Selbstverständlich können auch mehrere Hohlraumsysteme 4 einem einzigen Hohlraumsystem 6 zugeordnet sein. Beispielsweise könnten mehrere zueinander parallele oder parallele und höhenversetzte vorzugsweise spiralförmige Endlagerungsräume 10 einem entsprechenden Zugangssystem 12 zugeordnet sein.
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8 zeigt die Anordnung des Endlagers 1 in dem Bergmassiv 2.
