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Transport von Kernbrennstoffen

Dezember 2014


Eine besondere Art radioaktiver Stoffe stellen die Kernbrennstoffe dar, also besondere spaltbare Stoffe wie Uran und Plutonium, die zur Stromerzeugung in Kernkraftwerken eingesetzt werden. Auch Kernbrennstoffe durchlaufen einen Zyklus von der Herstellung bis zur Entsorgung.

  • Uranerz wird abgebaut. Das Uran liegt nach mechanischer und chemischer Bearbeitung vor Ort als Urankonzentrat (Uranoxid, U3O8) vor.
  • Das Urankonzentrat wird in einer Konversionsanlage zu Uranhexafluorid (UF6) umgewandelt.
  • In einer Anreicherungsanlage wird das Uran in Form von UF6 angereichert, d.h. der Anteil des spaltbaren Uranisotopes 235U wird erhöht. (Erst ab diesem Zeitpunkt ist das Uran ein „Kernbrennstoff“ im Sinne des Atomrechts.)
  • Bei der Brennelementfertigung wird das angereicherte Uran in Uranoxid (UO2) umgewandelt, zu Tabletten verarbeitet und zu Brennelementen assembliert.
  • Die Brennelemente werden im Kernkraftwerk zur Stromerzeugung eingesetzt.
  • Nach ihrer Nutzung werden die abgebrannten Brennelemente entweder zu einer Wiederaufarbeitungsanlage gebracht, in der Uran und Plutonium für die erneute Verwendung (in Form von MOX- bzw. ERUBE) von den nicht wieder zu nutzenden Bestandteilen (Spaltprodukte und sonstige Aktiniden) abgetrennt werden, oder diese sollen in ein geologisches Tiefenendlager verbracht werden (diese „Direkte Endlagerung“ ist der in Deutschland heute gesetzlich vorgeschriebene Weg). Die bei der Wiederaufarbeitung entstehen Abfälle sind ebenfalls für eine Lagerung in einem geologischen Tiefenendlager vorgesehen.


Offener und geschlossener Brennstoffkreislauf, Quelle: AREVA GmbH
Offener und geschlossener Brennstoffkreislauf, Quelle: AREVA GmbH

Die in der Abbildung gezeigten verschiedenen Schritte bedeuten in der Regel eine entsprechende Zahl von Transporten, da die jeweiligen Anlagen an verschiedenen Orten und oft in unterschiedlichen Ländern liegen. In Deutschland existieren zur Zeit eine Anreicherungsanlage, eine Brennelementfertigung sowie Kernkraftwerke und Zwischenlager, aber keine Uranerzbergwerke und keine Konversions- und Wiederaufbereitungsanlagen. Endlager des Bundes für schwach- bis mittelradioaktive sowie für hochradioaktive Abfälle sollen zukünftig bereitgestellt werden.


Sicherheit beim Transport von Kernbrennstoffen

Für den Transport von Kernbrennstoffen gelten dieselben Vorschriften wie für radioaktive Stoffe allgemein; die Sicherheitsmaßnahmen richten sich nach dem Gefahrenpotential des beförderten Stoffes. Natururan und unbestrahlte Kernbrennstoffe sind aufgrund der langen Halbwertszeit von Uran nur schwach radioaktiv. Uranoxid, wie es aus dem Bergbau kommt, kann bei Vorliegen bestimmter Voraussetzungen sogar als Schüttgut transportiert werden. Im Verlauf seiner weiteren Bearbeitung wird das Uran in die chemische Form von Uranhexafluorid (UF6) konvertiert. UF6 ist bei gewöhnlichen Umgebungsbedingungen ein fester, kristalliner Stoff. Es wird in speziellen, dickwandigen Stahlbehältern transportiert, in denen ein Unterdruck herrscht. Auch frische Brennelemente müssen in der Regel nicht in den höchsten Behälterklassen zum Kernkraftwerk transportiert werden.

Die strengsten Anforderungen sind dagegen mit der Beförderung abgebrannter Brennelemente und hochradioaktiver Abfälle aus der Wiederaufarbeitung verbunden. Hier müssen die Behälter (Typ B) nicht nur den sicheren Einschluss hochradioaktiver Stoffe und die erforderliche Abschirmung der radioaktiven Strahlung sicherstellen, sondern auch noch die von den Spaltprodukten entwickelte Wärme abführen und die Unterkritikalität der bestrahlten Brennelemente gewährleisten, um eine spontane Kettenreaktion auszuschließen. Hierfür wurden geeignete Behälter entwickelt, von denen der von einer deutschen Firma hergestellte CASTOR® der bekannteste ist.

Die internationalen Regelwerke verlangen, dass solche Behälter, um eine Zulassung zu erhalten, extremen Prüfungen zur Unfallsicherheit standhalten müssen. So werden Prüfmuster etwa aus einer vorgeschriebenen Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament fallengelassen, für bestimmte Dauer einem ringsum entfachten Flammenmeer ausgesetzt und unter Wasser einem definierten Druck unterzogen. Mit diesen und ähnlichen Prüfungen werden alle denkbaren Szenarien für einen Unfall während des Transports abgedeckt.

Seit 1971 hat es weltweit mehr als 20.000 Transporte abgebrannter Brennelemente und hochradioaktiver Abfälle (insgesamt über 80.000 Tonnen) gegeben. Manche Transporte gehen um die halbe Welt, wie etwa der Transport abgebrannter Brennelemente von Japan zur Wiederaufarbeitung in England oder Frankreich und der Rücktransport von Abfällen. Bei keinem dieser Transporte ist es je zu einem Unfall mit relevanter Freisetzung von Radioaktivität gekommen.


CASTOR®

CASTOR® V/19, Quelle: GNS Gesellschaft für Nuklear- Service mbH
CASTOR® V/19, Quelle: GNS Gesellschaft für Nuklear- Service mbH

Künftige Transporte abgebrannter Brennelemente und hochradioaktiver Abfälle in Deutschland

CASTOR®-Behälter bei der Umladung auf einen Straßentransporter, Quelle: GNS Gesellschaft für Nuklear- Service mbH
CASTOR®-Behälter bei der Umladung auf einen Straßentransporter, Quelle: GNS Gesellschaft für Nuklear- Service mbH

In Deutschland wird es in naher und mittlerer Zukunft nur noch wenige Transporte bestrahlter Brennelemente geben. Früher wurden die abgebrannten Brennelemente aus den deutschen Kernkraftwerken im Regelfall ins Ausland zur Wiederaufarbeitung gebracht; das war ein gesetzlich vorgeschriebener (bis 1994) bzw. vorgesehener (ab 1994) Entsorgungsweg. Die Betreiber erhielten aus der Wiederaufarbeitung neben neuen MOX-Brennelementen den dabei anfallenden hochradioaktiven Abfall zurück. Insofern gab es regelmäßig Transporte bestrahlter Brennelemente und hochradioaktiver Abfälle aus der Wiederaufarbeitung.

In der Atomgesetznovelle von 2002 hat der Gesetzgeber nicht nur die Laufzeit der Kernkraftwerke begrenzt, sondern auch das Entsorgungskonzept geändert und bestimmt, dass seit Mitte 2005 keine Transporte mehr zur Wiederaufarbeitung im Ausland zulässig sind. Stattdessen musste an den Standorten der noch betriebenen Kernkraftwerke (außer KKW Stade und KKW Obrigheim) jeweils ein Zwischenlager errichtet werden. Das bedeutet, dass abgebrannte Brennelemente seither nicht vom Standort wegbefördert, sondern nach dem heute gültigen Konzept solange im Zwischenlager vor Ort eingelagert werden, bis man sie zur Anlieferung an ein künftiges Endlager des Bundes für hochradioaktive Abfälle abruft. Die Lagerung erfolgt in Transport- und Lagerbehältern, also in Behältern, die die Sicherheit sowohl während des jahrzehntelangen Verbleibs im Zwischenlager als auch während des abschließenden Transports in das Endlager gewährleisten und insofern allen Regelwerken entsprechen.

Transporte abgebrannter Brennelemente aus den deutschen Kernkraftwerken wird es also auf absehbare Zeit nur noch in Ausnahmefällen geben. Auch die meisten Abfälle aus der Wiederaufarbeitung der bis 2005 angelieferten Brennelemente in Frankreich und England sind inzwischen wieder nach Deutschland – in das dafür errichtete Transportbehälterlager Gorleben – zurückgeführt worden. Es verbleiben noch 21 CASTOR®-Behälter mit verglasten deutschen Abfällen aus der Wiederaufarbeitung im Vereinigten Königreich und 5 CASTOR®- Behälter mit verglasten deutschen Abfällen aus der Wiederaufarbeitung in Frankreich, die nach Deutschland zurückgeführt werden müssen. Darüber hinaus müssen noch rund 150 Behälter mit mittelradioaktiven Metallabfällen (Brennelement- Hüllrohre und Strukturteile) aus der Wiederaufarbeitung in Frankreich zurückgenommen werden, die im Zentralen Zwischenlager Ahaus gelagert werden sollen. Mit Verabschiedung des Standortauswahlgesetzes (StandAG) hat der Bund entschieden, dass die verglasten Abfälle nicht mehr ins Transportbehälterlager Gorleben gebracht werden sollen, sondern die Betreiber der Kernkraftwerke diese in den standortnahen Zwischenlagern aufbewahren sollen. Ein Konzept zur konkreten Umsetzung dieser Bestimmung wurde vom Bund noch nicht vorgelegt.

Zu einer bedeutenderen Anzahl von Transporten bestrahlter Brennelemente aus den deutschen Kernkraftwerken wird es voraussichtlich erst im Zusammenhang mit einem Endlager des Bundes für hochradioaktive Abfälle kommen.


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