Forschung für die sichere Zwischenlagerung

Die trockene Zwischenlagerung von hochradioaktiven Abfällen ist in Deutschland derzeit auf 40 Jahre befristet. Für diesen Zeitraum sind die erforderlichen Sicherheitsnachweise erbracht und in den Genehmigungsverfahren durch unabhängige Sachverständige bestätigt worden. Entsprechend der zeitlichen Befristung läuft die erste Aufbewahrungsgenehmigung 2034 für das von der BGZ betriebene Zwischenlager Gorleben aus.

Da das Endlager für hochradioaktive Abfälle gemäß der auf dem Standortauswahlgesetz basierenden Planung nicht vor Mitte dieses Jahrhunderts seinen Betrieb aufnehmen wird, bereitet sich die BGZ schon heute auf die daraus folgende Notwendigkeit einer verlängerten Zwischenlagerung vor. Für die Verlängerung der Aufbewahrung ist in öffentlichen Genehmigungsverfahren die Sicherheit der Zwischenlagerung über 40 Jahre hinaus nach dem dann geltenden Stand von Wissenschaft und Technik nachzuweisen.

Die zur Bewertung der Sicherheit erforderlichen wissenschaftlichen Grundlagen gewinnt die BGZ unter anderem durch ihre Beteiligung an nationalen und internationalen Forschungsprojekten, im Austausch mit externen Sachverständigen und in der konkreten internationalen Zusammenarbeit. An den folgenden Forschungsprogrammen mit Bezug zur sicheren Zwischenlagerung radioaktiver Abfälle ist die BGZ beteiligt.

Mit einer Kooperation im Rahmen des Masterstudiengangs Nuclear Applications machen sich die FH Aachen und die BGZ zudem gemeinsam für den Kompetenzerhalt in der kerntechnischen Entsor­gung stark. Das Vertiefungsfeld Nuclear Waste Management bietet Masterstudierenden die Möglichkeit, sich auf diesem Gebiet zu spezi­alisieren.

Forschungsaktivitäten der Nuclear Energy Agency

Die BGZ ist in diversen Forschungsaktivitäten der Nuclear Energy Agency der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD-NEA) involviert. Im Rahmen des Nuclear Science Committee (NSC), das sich aus international ausgewiesenen wissenschaftlichen Expert*innen der OECD-Mitgliedsländer zusammensetzt, wird das wissenschaftliche Programm entwickelt und in Arbeits- und Expert*innengruppen umgesetzt. Dabei findet ein enger Austausch mit der NEA Data Bank statt. Letztere ist das internationale Referenzzentrum für Rechenprogramme und nukleare- sowie thermochemische Datenbanken. Konkret ist die BGZ u.a. involviert in der Arbeitsgruppe zur Kritikalitätssicherheit (Working Party on Nuclear Criticality Safety, WPNCS) und der Arbeiten an der Datenbank SFCOMPO 2.0 (Spent Fuel Isotopic Composition). Ebenfalls von der OECD-NEA koordiniert wird das unten beschriebenen Studsvik Cladding Integrity Project.

Weitere Informationen zur OECD-NEA finden Sie hier.

Studsvik Cladding Integrity Project

Foto: Studsvik

Unter dem Namen Studsvik Cladding Integrity Project (SCIP) hat die Nuclear Energy Agency (NEA) der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) ein Gemeinschaftsprojekt aufgelegt, welches von der Studsvik Nuklear AB in Schweden ausgeführt wird.

In mehreren Arbeitspunkten des aktuellen Forschungsprogrammes SCIP IV wird das Verhalten des Brennstoffs sowie der Brennstabhüllrohre während der Zwischenlagerung experimentell sowie theoretisch untersucht. Schwerpunkte der Untersuchungen sind z. B. das Wasserstoffverhalten in Brennstabhüllrohren unter Bedingungen der längerfristigen trockenen Zwischenlagerung oder die Wechselwirkung von Brennstoff und Hüllrohr. Die BGZ ist in die Planung und Auswertung der Experimente involviert.

Myonen-Tomographie beladener Behälter

Im Rahmen des Forschungsprojekts MuTomCa (Muon Tomography for Shielded Casks), an dem die BGZ gemeinsam mit dem italienischen Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), der Europäischen Atomgemeinschaft (EURATOM) und dem Forschungszentrum Jülich beteiligt ist, soll durch den Einsatz der Myonen-Tomographie eine Methode zur Analyse des Inventars von Brennelementbehältern im Rahmen der Spaltmaterialüberwachung (Safeguards) entwickelt werden.

Da Myonen – die ihren Ursprung in der kosmischen Strahlung haben – in der Lage sind, die dicke Wandung von Brennelementbehältern zu durchdringen, kann deren Inhalt mit dieser Methode „durchleuchtet“ werden, sodass Rückschlüsse auf das Inventar möglich sind, ohne den Behälter zu öffnen. Im Rahmen eines Feldversuches in einem Brennelemente-Zwischenlager der BGZ soll die Eignung dieser Methode zur Verifizierung des Behälterinventars praktisch untersucht werden.

INFN system for muon tomography realized by the INFN Padova group; © Courtesy of INFN Padova group

Extended Storage Collaboration Program

Das Extended Storage Collaboration Program (ESCP) besteht aus einer Vielzahl von internationalen Institutionen und Organisationen, die vom Electric Power Research Institute (EPRI) koordiniert werden.

In mehreren Arbeitsgruppen werden aktuelle Fragen zur trockenen Zwischenlagerung bestrahlter Brennelemente und die assoziierte internationale Forschung erörtert und konkrete Forschungsprojekte geplant und durchgeführt. So wurde zum Beispiel ein mit bestrahlten Brennelementen beladener Behälter mit zusätzlichen Messinstrumenten im Inneren versehen und detailliert untersucht. Die BGZ ist in allen für Deutschland relevanten Komitees und Forschungsaktivitäten direkt involviert. Aktuell z.B. in dem Rechenbenchmark zur verlässlichen theoretischen Bestimmung des Temperaturfeldes des zuvor beladenen und vermessenen Behälters.

SpizWurZ

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Verbundvorhaben SpizWurZ (Spannungsinduzierte Wasserstoffumlagerung in Brennstabhüllrohren während der längerfristigen Zwischenlagerung) wird das Wasserstoffverhalten in Brennstabhüllrohren experimentell und theoretisch unter Bedingungen der längerfristigen Zwischenlagerung untersucht.

Das von der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) koordinierte Vorhaben wird im Verbund mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) durchgeführt. Die Forschungsarbeiten umfassen experimentelle Untersuchungen an bestrahlten Brennstoffen, Langzeituntersuchungen an mit Wasserstoff versetzten, unbestrahlten Hüllrohrmaterialien sowie die detailliertere Untersuchung von einzelnen Hüllrohrmaterialproben. Die Arbeiten werden von Simulationen und theoretischen Modellierungen unterstützt und begleitet. Die BGZ ist in die Arbeiten durch die Rolle eines Beobachters eingebunden.

Vertiefungsfeld Nuclear Waste Management für Masterstudierende: Kompetenzerhalt für die kerntechnische Entsorgung

Campus Jülich der FH Aachen. Foto: FH Aachen/Thilo Vogel

Campus Jülich der FH Aachen © FH Aachen/Thilo Vogel

„Auch nach dem Abschalten der letzten deutschen Atomkraftwerke muss eine auf nukleare Sicherheit ausgerichtete Kompetenz- und Nachwuchsentwicklung erhalten werden.“ Diese Feststellung aus dem Positionspapier des Bundesumweltministeriums zur Vollendung des Atomausstiegs füllen die FH Aachen und die BGZ seit dem Sommersemester 2021 gemeinsam mit Leben.

Masterstudierende mit technischem oder naturwissenschaftlichem Hintergrund haben am Standort Jülich der FH Aachen die Möglichkeit, sich mit ihrem Abschluss auf den sicheren Betrieb von Zwischen- und Endlagern für radioaktive Abfälle zu spezialisieren. Angeboten wird das Vertiefungsfeld Nuclear Waste Management im Rahmen des Masterstudiengangs Nuclear Applications. Dieser wurde bereits mehrfach als eines der weltweit besten Studienangebote auf diesem Gebiet ausgezeichnet.

National und international erfahrene Expert*innen der BGZ geben ihr Know-how in Vorlesungen und Seminaren an die Studierenden weiter. Mit dem Masterabschluss im Vertiefungsfeld sind die Absolvent*innen in der Lage, Technik und Abläufe in der Zwischen- und Endlagerung radioaktiver Abfälle zu bewerten. Sie analysieren und konzipieren Prozesse wie beispielsweise zum Alterungsmanagement. Das Vertiefungsfeld vermittelt Kenntnisse der internationalen wie nationalen Rechtsnormen, die unter anderem für die zu führenden Genehmigungsverfahren relevant sind. Darüber hinaus trainieren die Studierenden auch Metakompetenzen, die später im Beruf für die Wahrnehmung von Führungsaufgaben gefragt sind.

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