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Argumente für die Verlagerung von US-Kernbrennstoff in Trockenlager
Eine der weniger beachteten Tatsachen der Nuklearkatastrophe von Fukushima – bei der der Verlust von Kühlmittel in Lagerstätten für abgebrannte Brennelemente zu einer massiven Freisetzung von Strahlung führte – ist, dass ein Teil des Brennstoffs in der Anlage in sogenannten Trockenfässern gelagert wurde, und diese Fässer überlebten die Erdbeben und Tsunami vom 11. März intakt.
Trocken lagern: Lagerbehälter im Kernkraftwerk Diablo Canyon in Kalifornien. Credit: Nuclear Regulatory Commission
Diese Tatsache wird wahrscheinlich zu neuen Rufen führen, einige abgebrannte Brennelemente aus Wasserbecken an Reaktorstandorten in den Vereinigten Staaten – wo es dichter gepackt ist als der Brennstoff in den betroffenen japanischen Becken – und in Trockenfässer im Freien zu transportieren, sagen Experten.
Was wahrscheinlich sehr schnell passieren wird, ist, dass die [Nuclear Regulatory Commission] und die Versorgungsunternehmen zu einem Konsens kommen werden, dass der Transport von Brennstoff in Trockenlager beschleunigt werden muss, um so viel abgebrannte Brennstoffe wie möglich aus den Pools so schnell wie möglich zu entfernen, sagt Ron Ballinger , ein MIT-Atomingenieur. In Japan, sagt er, überstanden die trockenen Lagerbehälter das Erdbeben und den Tsunami ohne Probleme.
Bis jetzt haben die US-Regulierungsbehörden entschieden, dass es sicher ist, Kraftstoff in Pools aufzubewahren – und sogar zu, dass der Kraftstoff dichter verpackt wird. Die meisten US-Kernreaktoren haben luftgekühlte Trockenbehälter für einige Reaktorabfälle, aber im Allgemeinen liegt dies nur daran, dass die Becken nicht mehr passen. Ältere Abfälle, die einige Jahre in Pools abkühlen konnten, können in Trockenfässer umgefüllt werden.
In den USA gibt es mindestens 65.000 Tonnen Atommüll, mehr als in jeder anderen Nation, und diese Zahl wächst jedes Jahr um etwa 2.200 Tonnen.
Im Allgemeinen haben US-Reaktoren viel mehr Brennstoff in ihren Lagerstätten für abgebrannten Brennstoff als die Reaktoren in Fukushima, sagt Richard Lester , der das Department of Nuclear Science and Engineering am MIT leitet. Wenn ein Ereignis von Fukushima-Maßstab einen typischen Brennstoffpool eines US-Atomkraftwerks treffen würde, denke ich, würden Sie möglicherweise eine schlimmere Situation haben, einfach dadurch, dass es mehr Brennstoff gibt – viel mehr Brennstoff im Fall der Pools an der US-Reaktoren.
Abgebrannter Uran-Reaktorbrennstoff erzeugt große Wärmemengen, selbst nachdem er aus dem Kern eines Reaktors entfernt wurde. Aus diesem Grund müssen verbrauchte Ruten mehrere Jahre lang in tiefe Becken mit zirkulierendem Wasser eingetaucht werden, um sie ausreichend zu kühlen. Aber nach einigen Jahren werden Trockenfässer zu einer praktikablen Lagermöglichkeit. Die Fässer – in der Regel tonnenförmige Stahl- und Betonkonstruktionen, die 20 Fuß hoch sind und im Freien stehen – benötigen nur eine passive Luftkühlung.
Im Gegensatz dazu führt die Nähe der Brennstäbe in einem Becken zu einem Wärmestau, der eine kontinuierliche Wasserzirkulation erfordert. Wie Fukushima gezeigt hat, können Pumpen und ihre Backup-Systeme ausfallen, und Wasser in Becken für abgebrannte Brennelemente kann auslaufen oder verdampfen.
In den letzten drei Jahrzehnten haben Verzögerungen bei der Eröffnung eines dauerhaften Lagers für abgebrannte Brennelemente in den Vereinigten Staaten die U.S. Nuclear Regulatory Commission dazu veranlasst, die Umlagerung bestehender Becken für abgebrannte Brennelemente zuzulassen, um die Dichte der darin enthaltenen Stäbe zu erhöhen.
Von 84 aktuellen oder ehemaligen US-Reaktorstandorten mit abgebrannten Brennelementen – eine Zahl, die einige Standorte mit mehr als einem Kraftwerk umfasst – verfügen 63 bereits über Trockenbehälter, 10 beantragen deren Bau und 11 haben laut Nuclear . noch keine Pläne angekündigt Daten der Regulierungskommission.
Verbrauchter Brennstoff: In den Vereinigten Staaten verfügen bereits 63 aktuelle und ehemalige Kernreaktorstandorte (einschließlich Kraftwerkskomplexe und Regierungseinrichtungen) über Trockenfasslager. Weitere 10 bewerben sich um den Bau, und 11 haben noch keine Pläne dafür angekündigt. Aber diese Fässer halten nur mit neu anfallendem Abfall Schritt. An den meisten Standorten sind die Flüssigkeitsbecken zum Aufbewahren und Kühlen von Brennstoffen noch voller Abfall, und in vielen Fällen sind diese Becken dichter gepackt als dies bei den havarierten Reaktoren von Fukushima der Fall ist.
Wenn es zu einem Unfall mit Kühlmittelverlust kommt, werden Sie große Probleme bekommen, insbesondere wenn diese hochdichten Racks und die Pools stark belastet sind - und noch mehr, wenn sich zufällig frisch abgelassener Kraftstoff im Pool befindet. sagt Allison Macfarlane , einem Geologen und außerordentlichen Professor für Umweltwissenschaften und -politik an der George Mason University, der einer von mehreren Co-Autoren eines Berichts aus dem Jahr 2003 war, der vor der Gefahr durch dichte Umlagerungen warnte. Viele dieser Becken befinden sich in den oberen Stockwerken des Kraftwerks, sodass durch Brüche oder Risse Wasser auslaufen kann. Bei einem Wasserverlust kann es zu einer viel größeren Radioaktivität als in Tschernobyl kommen, da sich im Becken viel mehr Brennstoff befindet als im Kern des Reaktors.
Letztes Jahr hat Präsident Obama Pläne zur Eröffnung des unterirdischen Treibstofflagers Yucca Mountain 90 Meilen nordwestlich von Las Vegas abgesagt und zum Kommission Alternativen zu finden. Die Kommission, die ihren Bericht im Juni veröffentlichen soll, hat zu Fukushima keine Angaben gemacht. Macfarlane, ein Kommissionsmitglied, sagt, sie könne die möglichen Vorschläge nicht diskutieren. Das Gremium soll jedoch am 13. Mai in Washington zu einer öffentlichen Sitzung zusammentreten.
Der Bericht 2003 sagte, dass bei einem Kühlmittelverlust in einem dicht gepackten Becken eine Luftkühlung nicht ausreichen würde. Die Temperaturen könnten innerhalb einer Stunde auf 600 °C ansteigen, was zum Bruch der Zirkonium-Brennstoffhülle führen würde, und dann auf 900 °C ansteigen, woraufhin die Hülle verbrennen würde, was zu riesigen Mengen an freigesetztem radioaktivem Material führen würde, heißt es in dem Bericht.
Der Bericht schlug eine sofortige Rückkehr zu Poolkonfigurationen mit geringerer Dichte vor, wobei mehr gekühlter Brennstoff in Trockenfässer gefüllt und an zentrale Standorte verbracht würde. In lockerer gepackten Becken, so der Bericht, könnte der Luftstrom allein ausreichen, um im Falle eines Kühlmittelverlustes einen Brand zu verhindern. Dies sei für nicht mehr als 7 Milliarden US-Dollar landesweit möglich, was zu einer Großhandelspreiserhöhung von 0,06 Cent pro aus dem Brennstoff erzeugter Kilowattstunde führen würde.
Diese Schritte wurden nicht durchgeführt. Eine nachfolgende Bericht des Nationalen Forschungsrats sagte auch, dass die Brandszenarien mehr Studien erfordern, und schlugen andere Maßnahmen vor, während dichte Konfigurationen intakt blieben. Es scheint machbar zu sein, die Wahrscheinlichkeit eines Feuers der Zirkoniumhülle zu verringern, indem man abgebrannte Brennelemente im Becken neu anordnet und Wassersprühsysteme vorsieht, die in der Lage sind, den Brennstoff zu kühlen, selbst wenn das Becken oder das darüber liegende Gebäude schwer beschädigt werden. sagte der Bericht. Eine Neuordnung des Brennstoffs und eine Reservekühlung von Pools werden implementiert, sagte ein Sprecher der Nuklearaufsichtskommission.
Hätte die US-Regierung ihre Verpflichtung von 1982 zur Eröffnung eines Lagers für abgebrannte Brennelemente eingehalten – und ihre darauffolgenden Verträge mit Versorgungsunternehmen, 1998 mit der Beseitigung des Brennstoffs zu beginnen – wäre der Druck auf die US-amerikanischen Lagerstätten für abgebrannte Brennelemente verringert worden, sagt Lester. Es gab Pläne, die beschrieben, wie das Energieministerium (DOE) den Treibstoff transportieren würde und welcher Treibstoff transportiert werden würde, sagt er. Ich denke, auf der Grundlage all dessen können wir sagen, dass die Becken nicht annähernd so voll sein würden, wie sie es jetzt sind.
Er sagt, es sei von entscheidender Bedeutung, im Rahmen eines umfassenden Plans für die Lagerung und Entsorgung von Abfällen mit der Einrichtung zentraler Standorte für die Lagerung von Trockenfässern zu beginnen, was Yucca Mountain nicht ausschließen sollte. Eine mögliche Nutzung der Site sei die vorübergehende Speicherung, sagt Lester.