Endlagerauslegung und -optimierung, Bericht zum ... - PTKA - KIT

zu 93 Gew.-% 235 U bzw. einen deutlich höheren Plutoniumanteil auf. Dies führt zu einer
gegenüber LWR-Brennstoffen wesentlich erhöhten Reaktivität und damit einhergehend
einer deutlich geringeren kleinsten kritischen Masse.
In der vorliegenden Arbeit wurden Brennstoffe aus den Forschungsreaktoren RFR
(Rossendorf) und FRM-II (Garching) betrachtet. Diese sind aufgrund ihrer hohen Anreicherung
auch abdeckend für die Brennstoffe des BER-II (Berlin) und FRMZ (Mainz)
sowie die Brennelemente aus dem Antrieb des früheren Nuklearschiffs „Otto Hahn“.
Als Endlagerbehälter wurden jeweils die gegenwärtigen Transport- und Zwischenlagerbehälter
CASTOR ® MTR2 unterstellt. Dabei konnte für die hier betrachteten Brennstoffe
außer dem FRM-II unter Berücksichtigung der Neutronenabsorption durch 35 Cl
Unterkritikalität für einzelne Behälter nachgewiesen werden. Dazu genügte die Abschätzung
der in salinarer Umgebung erforderlichen kleinsten kritischen Masse des jeweiligen
Brennstoffs im Vergleich zu der in einem einzelnen Behälter enthaltenen
Brennstoffmenge. Im Falle des Brennstoffs aus dem FRM-II übersteigt eine Behälterbeladung
die kleinste kritische Masse für diesen Brennstoff um ein Mehrfaches. Hier ist
zur Sicherstellung der Unterkritikalität eine entsprechende Konditionierung des Brennstoffs
erforderlich. Hierfür sind z. B. eine geeignete Verfüllung des Behälters oder die
Reduzierung der in einen Behälter verbrachten Brennstoffmasse durch Verringerung
der Anzahl der Brennelemente vorstellbar. Die Masse eines einzelnen FRM-II Brennelements
unterschreitet die für eine kritische Anordnung notwendige Mindestmasse in
salinarer Umgebung.
Weiterhin wurden Brennstoffe aus den Versuchs- und Prototyp-Kernkraftwerken
AVR/THTR und KNK-II betrachtet. Im Fall der AVR/THTR-Brennstoffe ist die Unterkritikalität
eines einzelnen Behälters aufgrund der enthaltenen Brennstoffmasse selbst ohne
Berücksichtigung der Absorptionswirkung des 35 Cl gegeben. Für den Brennstoff aus
der Anlage KNK-II ist der Kritikalitätsausschluss durch eine einfache Abschätzung nicht
möglich, da eine einzelne Behälterbeladung die kleinste kritische Masse dieses Materials
in salinarer Umgebung signifikant überschreitet. Hier werden, ähnlich zu dem
Brennstoff aus dem Forschungsreaktor FRM-II, geeignete Konditionierungsmaßnahmen
erforderlich.
Es gibt jedoch nach derzeitigem Kenntnisstand keine Hinweise, die die Sicherstellung
der Unterkritikalität von Brennstoffen aus Forschungs- und Prototypreaktoren in der
Nachverschlussphase bei geeigneter Konditionierung (z. B. Verdünnung, Vergiftung,
modifiziertes Behälterkonzept) grundsätzlich in Frage stellen.
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