CASTOR Transportbehälter

Wozu dienen CASTOR-Behälter?

Der Name CASTOR steht für "Cask for Storage and Transport of radioactive Material", also für "Behälter zur Lagerung und zum Transport radioaktiven Materials". CASTOREN wurden entwickelt, um abgebrannte Brennelemente und hochradioaktive verglaste Abfälle aus Kernkraftwerken zu ihren Zwischenlagern zu transportieren. Sie sollen Strahlung abschirmen und die Freisetzung von Radioaktivität verhindern.

Die Behälter gehören zu den so genannten Typ-B-Versandstücken. Abgebrannte Brennelemente dürfen bis zu 40 Jahre darin lagern. Hersteller der CASTOREN ist die GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbH in Essen.

CASTOR-Behälter

Herzstück der CASTOREN ist ihr 30 bis 40 Zentimeter dicker Grundkörper aus Gusseisen, das mit Kugelgraphit angereichert wurde. Je nach Bauart sind in die Wandung mehrere Längsbohrungen mit Polyethylenstangen eingebracht, um die Neutronenabschirmung zu verbessern. Die unter Wasser beladenen Behälter sind innen vernickelt und außen mit Polyesterharz beschichtet.

Für Brennstäbe, die noch Wärme entwickeln, besitzt der Behälter Kühlrippen. Boden und Stahldeckel sind mit abschirmenden Polyethylenplatten ausgerüstet. Der Deckel besteht aus einem so genannten Zwei-Barrieren-Dichtsystem, auf das während der Lagerung noch ein dritter Schutzdeckel aufgesetzt wird. Sowohl Deckel wie Boden werden während des Transports durch große Stahlblech-Stoßdämpfer geschützt. CASTOREN sind etwa sechs Meter lang, besitzen einen Durchmesser von etwa zwei Metern und können beladen bis zu 140 Tonnen wiegen.

 

Versuche mit CASTOR-Behältern

CASTOR im Fallturm in Lehre bei Braunschweig

Zur gefahrgutrechtlichen Prüfung der CASTOREN arbeitet die BAM mit dem Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) zusammen. Das BfS prüft die Strahlenabschirmung und Kritikalitätssicherheit der Behälter. Die BAM beurteilt die Konstruktion und unternimmt verschiedene Versuche und Berechnungen zur Unfallsicherheit der Behälter. Sie werden dabei mechanischen und thermischen Prüfungen unterzogen.

Die mechanische Prüfung besteht aus mehreren Fallversuchen. Im ersten Durchlauf muss der Behälter aus neun Metern Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament fallen — und zwar so, dass es zum größtmöglichen Schaden kommt. In der zweiten Versuchsreihe fällt der Behälter aus einem Meter Höhe auf einen festen Stahldorn von 15 Zentimetern Durchmesser und 20 Zentimetern Höhe. Auch hier wird der Behälter in verschiedenen Positionen so ausgerichtet, dass ein größtmöglicher Schaden entsteht.

Bei leichten Behältern bis zu 500 Kilogramm Masse und einem spezifischen Gewicht von weniger als 1000 Kilogramm pro Kubikmeter wird zusätzlich ein Quetschtest durchgeführt. Dabei fällt ein Gewicht von 500 Kilogramm aus neun Metern Höhe auf den liegenden Behälter.

Fallversuche für kleinere Behälter führt die BAM auf ihrem Testgelände in Berlin-Lichterfelde durch. Größere Behälter wurden anfangs auf dem Fallprüfstand in Lehre getestet, seit 2004 auf dem BAM Testgelände TTS in Horstwalde bei Berlin. Die Fundamente der dortigen Fallversuchsanlage bestehen aus vier bzw. fünf Meter dickem Stahlbeton, in dessen Oberfläche eine 20 Zentimeter dicke Stahlplatte eingelassen ist. Dadurch ergibt sich im Versuch eine höhere Stoßkraft, die unter realen Bedingungen erst bei wesentlich höheren Aufprallgeschwindigkeiten erreicht würde.

Weltweit erstmalig wurde bereits 1978 ein Brennelement-Transportbehälter des Typs CASTOR Ia in Originalgröße getestet (pdf-Datei 652 KB ).

In diesem wie auch allen weiteren bisherigen Fallversuchen erwiesen sich die CASTOREN als unfallsicher.

CASTOR-Modell nach dem 200-Meter-Fall

In ergänzenden Versuchen wurde außerdem ein 1:2-Modell eines Brennelement-Transportbehälters mehrmals aus etwa 200 Metern Höhe vom Hubschrauber abgeworfen. Die sicherheitsrelevanten Abschirmungen und Dichtungen wurden dabei nicht beeinträchtigt.

Zur thermischen Prüfung wird der CASTOR einem halbstündigen Feuer ausgesetzt, das ihn vollständig umhüllt. Die mittlere Flammentemperatur muss 800 Grad Celsius betragen.

Feuerprüfstand der BAM

CASTOR-Behälter werden außerdem einer Wassertauchprüfung unterzogen. Sie müssen dabei eine Stunde lang einem Überdruck von zwei Mega Pascal standhalten. Das entspricht dem Druck in 200 Metern Tiefe. Der Versuch wird in der Regel am Computer simuliert.

Fallversuche für kleinere Behälter führt die BAM auf ihrem Testgelände in Berlin-Lichterfelde durch. Größere Behälter wurden auf dem Fallprüfstand in Lehre getestet, seit 2004 in Horstwalde bei Berlin. Dort sind auch zwei Brandprüfstände untergebracht.

Innerhalb von 28 Jahren hat die BAM über 100 Fall- und Brandversuche mit CASTOREN und vergleichbaren Behältern sowie mehr als 100 Versuche mit anderen Typ B-Behältern durchgeführt.

Unter anderem wurde im April 1999 ein Unfall inszeniert, bei dem ein CASTOR-Behälter der Explosion eines mit Propan gefüllten Kesselwagens ausgesetzt wurde. Der Feuerball des explodierenden Wagens war über 150 Meter hoch, Einzelteile des Propantanks flogen bis zu 200 Meter weit.

Der CASTOR-Behälter wurde sieben Meter weit von seinem Prüfstand geschleudert, vollführte einen Überschlag und drang mit dem Deckel voran einen Meter weit in den Boden ein.

Die Dichtungen hielten der Explosion stand, obwohl der Versuch ohne die schützenden Stoßdämpfer durchgeführt wurde.Selbst gegen einen Flugzeugabsturz wären die CASTOREN gefeit. Das konnte nachgewiesen werden, indem ein Stahlwellenprojektil mit einer Masse von 1000 Kilogramm und einer Geschwindigkeit von 300 m/s auf einen Prüfbehälter geschossen wurde.

Berechnungen ergänzen Versuche

Nicht alle potenziellen Unfälle lassen sich experimentell durchführen. Deshalb werden mittlerweile die meisten Beanspruchungen an den Behältern im Computer simuliert. Der Vorteil: Aus den Berechnungen lässt sich besser als aus den Versuchen ableiten, wann das Material an seine Belastungsgrenzen kommt. Jedes einzelne Bauteil lässt sich einer Festigkeits- und Wärmerechnung unter den verschiedensten Bedingungen unterziehen. Dabei werden beispielsweise Spannungen oder Verformungen an Stellen sichtbar, die im realen Versuch gar nicht zugänglich wären.

Für die Berechnungen werden Vergleichdaten früherer Versuche herangezogen. Die Ergebnisse der Computer-Simulation werden unter anderem in späteren Konstruktionen berücksichtigt. So haben beispielsweise die Erfahrungen mit POLLUX-Transportbehältern dabei geholfen, die CASTOREN sicherer zu machen.

Das Arbeiten mit Modellen und Simulationen entspricht den weltweit vereinbarten Regelungen zum Transport radioaktiver Stoffe, den "IAEA Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material" (pdf-Datei, 1,2 MB ) .

Ob die in der Berechnung ermittelten Sicherheitsreserven des Behälters tatsächlich ausreichen, lässt sich wiederum im Versuch überprüfen. So wurde beispielsweise einem CASTOR VHLW-Behälter ein zwölf Zentimeter tiefer Riss zugefügt. Im Fall aus 14 Metern Höhe musste der fehlerhafte Prüfling dann beweisen, dass er auch mit Mängeln dicht hält. Das Ergebnis: Der CASTOR blieb intakt.