Castor (Kerntechnik)

Ein CASTOR (engl. cask for storage and transport of radioactive material „Behälter zur Aufbewahrung und zum Transport radioaktiven Materials“) ist ein Spezialbehälter zur Lagerung und zum Transport hochradioaktiver Materialien, zum Beispiel von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken oder Abfallprodukten („Glaskokillen“) aus der Wiederaufarbeitung.

Verladung eines Castor-Behälters März 2001 in der Verladestation Dannenberg

Der Begriff ist ein Markenname der Gesellschaft für Nuklear-Service (GNS). Im allgemeinen deutschen Sprachgebrauch wird „Castor“ auch als Synonym bzw. Gattungsname für Brennelementbehälter oder Behälter für hochradioaktive Abfälle verwendet.

Aufbau

Der Transport- und Lagerbehälter hat eine Brutto-Gesamtmasse von 110 bis 125 Tonnen. Er besteht im Wesentlichen aus einem dickwandigen, zylindrischen Behälterkörper aus Sphäroguss der Normbezeichnung GJS-400-15C bzw. Schmiedestahl für die Tragzapfen und einem Doppeldeckel-Dichtsystem.[1] Die Dichtdeckel sind mit dem Behälterkörper verschraubt und mit langzeitbeständigen Metalldichtungen ausgerüstet. An der äußeren Mantelfläche befinden sich axiale oder radiale Kühlrippen zur passiven Wärmeabfuhr der Nachzerfallswärme. Zum Transport werden boden- und deckelseitig Stoßdämpfer zur Minderung von eventuellen unfallbedingten Stoßbelastungen angebracht.[2] Ein Castor kostet rund 1,5 Mio. Euro.[3]

Die Behälter sind entsprechend den Zwischenlagergenehmigungen für die Aufnahme von maximal 180 kg radioaktiver Substanzen mit einem Aktivitätsinventar von maximal 1,2·1018 Bq zugelassen. Die Behälter vom Typ Castor V/19 (DWR) und Castor V/52 (SWR) dürfen ein radioaktives Inventar bis zu einer maximalen Nachzerfallsleistung von 39 kW aufnehmen. Im Inneren bleibt die Temperatur der Brennstabhüllrohre unter 370 °C. Das Moderatormaterial in der Castor-Wand ist bis zu einer Temperatur von 160 °C ausgelegt; der Hallenboden, auf dem die Castoren stehen, ist bis 120 °C auszulegen und die Hallenwände bis 80 °C. Für die Ablufttemperatur oberhalb der Castoren wird von 55 °C ausgegangen.[4][5]

Varianten

Für Transport und Zwischenlagerung von abgebrannten Brennelementen werden meist die Typen CASTOR V/19 (für 19 Brennelemente aus Druckwasserreaktoren) oder CASTOR V/52 (für 52 Brennelemente aus Siedewasserreaktoren) verwendet. Beide Typen können etwa 10 Tonnen Ladung aufnehmen (davon maximal 0,18 t radioaktive Substanzen).

Bereits zurückgelieferte hochradioaktive Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung wurden bisher in Behältern vom Typ CASTOR HAW 20/28 CG transportiert und gelagert. Diese sind etwa 6 m lang, haben einen Durchmesser von rund 2,50 m und eine 45 cm dicke Wand. Beladene Behälter können eine Masse von bis zu 117 Tonnen haben.

Im Jahr 2008 kamen für den Transport der Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung in Frankreich Behälter vom Typ TN 85 zum Einsatz. Im Jahr 2010 wurden erstmals Behälter des neuen Typs CASTOR HAW28M eingesetzt. Diese Behälter können eine Wärmeleistung von 56 kW abführen.

Für die weitere Lagerung ist es (Stand 2003) vorgesehen, die Behälter wieder zu öffnen und den Abfall in Pollux-Behälter umzulagern.[6]

Sicherheit

Die Standort-Zwischenlager enthalten in ihren Genehmigungen für diese Behälter eine maximal zugelassene Oberflächenortsdosisleistung von 0,35 mSv/h, wobei davon maximal 0,25 mSv/h durch Neutronenstrahlung verursacht werden dürfen (d. h. ein einstündiger Aufenthalt unmittelbar neben dem Behälter führt zu einer Dosis von ca. 0,35 mSv, was rund einem Siebtel der normalen jährlichen Strahlenexposition der Bevölkerung von 2,5 mSv entspricht).

Die Sicherheit und Eignung von Castor- und anderen Lagerungs- und Transportbehältern für radioaktives Material wird regelmäßig auch auf dem internationalen Symposium PATRAM diskutiert.

Sicherheitsbestimmungen in Deutschland

Rechtliche Grundlage
Zwei mit einer blauen Plane verpackte unbeladene Castor-Behälter im Bahnhof Biblis für Brennelemente aus dem Kernkraftwerk Biblis.

Das Atomgesetz regelt in Deutschland u. a. den Umgang mit Kernbrennstoffen und damit auch den Umgang mit abgebrannten Brennelementen. Gemäß § 4 AtG bedürfen deren Beförderung und gemäß § 6 AtG deren Aufbewahrung einer Genehmigung durch das Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung (BASE). Die gefahrgutrechtliche Zulassung der Transport- und Lagerbehälter nach Verkehrsrecht erfolgt ebenfalls durch das BASE.[7] Als Gutachter beauftragt das BASE die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). Im Rahmen des Zulassungsverfahrens sind von den Herstellern Versuchsergebnisse und Nachweise zu erbringen.

Typ-B-Verpackungen

Castor-Behälter sind so genannte Typ-B-Verpackungen und erfüllen darüber hinaus die Annahmebedingungen der Brennelemente-Zwischenlager in Deutschland. Typ-B-Verpackungen müssen allen beim normalen Transport und bei eventuellen schweren Transportunfällen auftretenden mechanischen und thermischen Belastungen standhalten. Ihre Sicherheitsfunktionen dürfen auch bei einem schweren Unfall nicht wesentlich beeinträchtigt werden, so dass keine radioaktiven Stoffe aus der Verpackung in die Umwelt gelangen können. Die Anforderungen an die Castorbehälter entsprechen in Deutschland den Empfehlungen der Internationalen Atomenergieorganisation (IAEO). Behälter müssten danach folgenden Unfallszenarien widerstehen:[2]

  1. Aufprall aus 9 m Höhe auf ein unnachgiebiges Fundament
  2. Aufprall aus 1 m Höhe auf einen 15 cm dicken Stahldorn
  3. Feuer (30 Minuten bei 800 °C)
  4. Druck von 20 m Wassertiefe über acht Stunden
  5. Druck von 200 m Wassertiefe über eine Stunde (nach IAEO-Empfehlungen ergänzend)

Zum Nachweis genügt die rechnerische Beweisführung oder der Test eines (maßstäblichen) Modells. Die ersten drei Unfallszenarien könnten nacheinander am selben Modell durchgeführt werden. Der Behälter muss nicht völlig unbeschädigt bleiben, sondern die abschirmende Wirkung des Behälters darf sich durch die Belastung maximal um den Faktor 100 verschlechtern (auf 10 mSv/h (Millisievert pro Stunde in 1 m Entfernung)). Der Fall aus 9 m Höhe führt dazu, dass die Geschwindigkeit der Behälter beim Auftreffen auf die Oberfläche etwa 48 km/h beträgt.

Zusätzlich zu den vorgeschriebenen Tests werden weitere durchgeführt. So zum Beispiel:

  • Sturz eines Behälters von einer Autobahnbrücke aus 40 m Höhe,
  • Sturz eines auf −40 °C heruntergekühlten Behälters aus 9 m Höhe,
  • Explosion eines Flüssiggastankwagens mit 5 t Propan direkt neben einem Behälter,
  • Feuertest mit 1200 °C für 30 min,
  • Abwurf eines maßstabsgetreuen Behälters von einem Hubschrauber aus 800 m Höhe,
  • direkter Anprall eines Personenzuges mit 130 km/h an die Längsseite eines Behälters,
  • Beschuss eines Behälters mit einer 1000 kg schweren Nachbildung einer Flugzeugturbinenwelle mit 292 m/s (1050 km/h).

Der Hersteller gibt an, dass die Behälter durch diese Tests keine Beeinträchtigungen der Sicherheitsfunktionen erlitten hätten und druckdicht geblieben seien.[8]

Kritik an der Sicherheit

Testverfahren

Kritiker bezweifeln die Aussagefähigkeit der Versuche, Testreihen und Hochrechnungen zur Sicherheit der verschiedenen Castor-Behälter oder entsprechender Behälter. Für frühere Tests wurden leere Behälter verwendet, sie waren daher etwas leichter als im Anwendungsfall. Zwischenzeitlich kommen bei Fallversuchen nachgebildete Inventare zum Einsatz, die in ihren Abmessungen und mechanischen Eigenschaften dem Original-Inventar entsprechen. Viele Versuche wurden mit verkleinerten Modellen im Maßstab 1:2 durchgeführt, deren Statik annähernd den Originalen entspricht. Kritiker vergleichen dies mit einem Crashtest von Autos, bei dem sich niemand auf Miniaturversuche verlassen würde.

Schließlich wurde lange Zeit auf verschiedene Tests völlig verzichtet und stattdessen alleine auf theoretische Berechnungen zurückgegriffen. Nachdem im Juli 2002 von unabhängigen Beobachtern Rechenfehler bei der Beurteilung des Sturzes auf Betonboden benannt wurden, fanden neue Berechnungen statt, die bis Dezember 2005 unter Verschluss waren.

Die Genehmigung wird nur für neu entwickelte Behälter beantragt. Für Variationen von einmal getesteten Behältern werden standardmäßig keine neuen Genehmigungsverfahren durchgeführt, zum Beispiel wenn ein anderer Einsatzkorb verwendet oder ein völlig anderer Stoßdämpfer (Endkappe) verwendet wird.

Weitere Szenarien

Neben dieser allgemeinen Skepsis gibt es auch konkrete Kritik an dem vorgeschriebenen Testverfahren.

  • Der Hitzetest deckt einige Szenarien nicht realistisch ab, wenn etwa größere Mengen brennbaren Materials an einem Unfall beteiligt sind. Bei einem Zusammenstoß mit einem Tanklastzug, insbesondere in einem Tunnel, ist es wahrscheinlich, dass Temperaturen über den vorgesehenen 800 °C entstehen und das Feuer länger als eine halbe Stunde andauert. (Beispiel: 1999 dauerte der durch einen brennenden LKW im Mont-Blanc-Tunnel ausgelöste Brand über 50 Stunden).

Terroranschläge

Unter Sicherung wird der erforderliche Schutz gegen Störmaßnahmen oder sonstige Einwirkungen Dritter (SEWD) verstanden. Als SEWD werden insbesondere auch terroristisch motivierte Taten in Betracht gezogen. In die generellen Anforderungen an die Sicherung, die vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit festgelegt werden, fließen unter anderem die Analysen der Sicherheitsbehörden ein. Gemäß § 4 Atomgesetz ist die Genehmigung für die Beförderung von Kernbrennstoffen zu erteilen, „wenn der erforderliche Schutz gegen Störmaßnahmen oder sonstige Einwirkungen Dritter [SEWD] gewährleistet ist“ (§ 4 AtG, Abs. 2, 5).[9] Bei der Genehmigung von Transporten für Kernbrennstoffe prüft das Bundesamt für kerntechnische Entsorgungssicherheit als zuständige Genehmigungsbehörde, ob die vorgegebenen Anforderungen durch Sicherungsmaßnahmen erfüllt sind.

Rechtsprechung

Gerichte sahen in diesen Argumenten niemals einen Grund, die Sicherheit der eingesetzten Behälter zu bezweifeln. Die Kritiker scheiterten in allen Gerichtsverfahren. Die Richter folgten regelmäßig den Argumenten der Gutachter der Genehmigungsbehörden und bestätigten die rechtliche Zulässigkeit der Zwischenlagerung oder die Verwendung der eingesetzten Behälter.

Transporte von Castor-Behältern nach und in Deutschland
Transport von Castor-Behältern

Castor-Behälter werden großteils mit einem Güterzug transportiert. Straßentransporte erfolgen in der Regel dort, wo keine Bahnanlagen existieren, etwa auf den letzten Kilometern zwischen dem Verladekran bei Dannenberg (Elbe) und dem Brennelemente-Zwischenlager Gorleben. In Deutschland wurden aufgrund des Atomausstiegs Transporte der abgebrannten Brennelemente aus den Kernkraftwerken zu den Wiederaufarbeitungsanlagen am 30. Juni 2005 eingestellt; stattdessen dienen die Castor-Behälter als Zwischenlager, die sich oft bei den jeweiligen Kraftwerkstandorten befinden. Die in der Wiederaufarbeitungsanlage La Hague befindlichen Brennelemente aus deutschen Kernkraftwerken wurden bis November 2011 in das Zwischenlager Gorleben transportiert.[10] In den Jahren 2014 bis 2017 sollen die Brennelemente aus der WAA Sellafield folgen.[11] In Deutschland herrscht in einigen Teilen der Bevölkerung großer Widerstand gegen den Transport von hochradioaktiven Abfällen. Die größten Proteste verursachen regelmäßig die Rücktransporte des radioaktiven Abfalls aus der Wiederaufarbeitungsanlage von La Hague in Frankreich in das Zwischenlager Gorleben. An Demonstrationen und Sitzblockaden beteiligen sich regelmäßig "mehrere Dutzende bis (2000)" tausend(e) Aktivisten bzw. Menschen.[12] Vor Ort im Landkreis Lüchow-Dannenberg gibt es eine stark verankerte Protesttradition mit ausgebildeter Infrastruktur. Auch entlang der Transportstrecke in Deutschland kommt es regelmäßig zu Protesten und Blockaden.

Die Kritik der Gegner richtet sich nicht generell gegen den Rücktransport des radioaktiven Abfalls aus deutschen Kernkraftwerken nach Deutschland. Dies zeigt auch die Beteiligung französischer Umweltaktivisten an den Blockaden entlang der Transportstrecke und im Wendland. Die Proteste wenden sich allgemein gegen die fortgesetzte Produktion von weiterem radioaktiven Abfall in den laufenden Kernkraftwerken und ganz speziell gegen den Endlagerstandort Gorleben, der als ungeeignet und gefährlich angesehen wird. Nicht nur die lokale Bevölkerung befürchtet, dass durch die Transporte ins Brennelemente-Zwischenlager Gorleben die politische Entscheidung für das Endlager gefestigt wird. Dagegen verkürzen Brennelemente-Zwischenlager an den Kraftwerksstandorten die Transporte in die Zwischenlagerung und sind keine Vorentscheidung für einen bestimmten Endlager-Standort.

Gestiegener Castor-Bedarf infolge des Ausstiegsbeschlusses 2011

2011 beschloss die deutsche Bundesregierung nach der Nuklearkatastrophe von Fukushima einen Atomausstieg. Acht der 17 deutschen Kernreaktoren wurden umgehend abgeschaltet, die restlichen Anlagen abgestuft bis spätestens 2022. Die Betreiber der Atomkraftwerke können mit dem Rückbau frühestens dann beginnen, wenn die Brennstäbe aus den Reaktoren entfernt und in Castoren eingelagert sind.[13] Um den durch den Atomausstieg gestiegenen Bedarf an Behältern bedienen zu können, hat die Herstellerfirma GNS ihre Produktionskapazität erhöht.[14] Die notwendigen aktualisierten Zulassungen verfügen die Behälter seit 2010 (CASTOR V/19) bzw. 2014 (CASTOR V/52).[15]

Behältertypen

Behälter vom Typ CASTOR
Technische Daten CASTOR V/19 CASTOR V/52 CASTOR Ia/Ib CASTOR Ic CASTOR IIa CASTOR 440/84 CASTOR HAW20/28CG CASTOR HAW28M
Abfallherkunft Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor WWER-440 Wiederaufbereitungsanlage Wiederaufbereitungsanlage
Brennelementmenge 19 BE 52 BE 4 BE 16 BE 9 BE 84 BE 28 Glaskokillen 28 Glaskokillen
Länge [mm] 5.862 5.451 4.55 5.00 6.01 4.080 5.933 6.122
Breite [mm] 2.436 2.436 2.436 2.436 2.480 2.660 2.480 2.430
Masse [t] 125,6 123,4 75/60 80 116 116 112 114

Ähnliche Behälter anderer Hersteller

Die hier aufgelisteten Behälter anderer Bauart der Hersteller „Excellox“ (Großbritannien) und „TN“ (eine Handelsmarke von Cogema Logistics[16], Frankreich) werden zur Vollständigkeit hier aufgeführt. Für sie gelten dieselben Grundprinzipien. Der Begriff Castor ist Synonym für alle Behälter zum Transport radioaktiver Stoffe (siehe auch Gattungsname).

Technische Daten Excellox Excellox 3/3A/sB Excellox 4 TN 12/2 TN 13/2 TN 17/2 TN 24[17] TN 85
Abfallherkunft Wiederaufbereitungsanlage Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor Siedewasserreaktor Druckwasserreaktor Wiederaufbereitungsanlage
Brennelementmenge 6 Glaskokillen 14 BE 15 BE 32 BE 12 BE 17 BE 24–37 BE 28 Glaskokillen
Länge [mm] – – – – –
Breite [mm] – – – – –
Masse [t] – – – – –

Literatur
Commons: Castor (Kerntechnik) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Daten

Kritik

Einzelnachweise
  1. Wolfgang Steinwarz, Roland Hüggenberg, Prof. Ernst P. Warnke: CASTOR®, ein High-tech-Produkt aus duktilem Gusseisen. (PDF, 15 MB) Siempelkamp Nukleartechnik GmbH, abgerufen am 10. Januar 2020.
  2. BMUB: Sicherheitsanforderungen beim Transport von radioaktiven Stoffen (Memento vom 5. April 2014 im Webarchiv archive.today)
  3. Castor: Spitzentechnik aus Krefeld. In: wz-newsline.de. 8. November 2010, abgerufen am 8. November 2010.
  4. BfS: 5. Änderungsgenehmigung zur Aufbewahrung von Kernbrennstoffen im Standort-Zwischenlager in Biblis der RWE Power AG. (PDF; 295 KB) In: bfe.bund.de. 22. September 2015, archiviert vom Original am 15. Januar 2020; abgerufen am 7. August 2023.
  5. BfS: 5. Änderungsgenehmigung zur Aufbewahrung von Kernbrennstoffen im Standort-Zwischenlager in Philippsburg der EnBW Kernkraft GmbH. (PDF; 471 KB) In: bfe.bund.de. 24. Februar 2016, archiviert vom Original am 15. Januar 2020; abgerufen am 7. August 2023.
  6. zeit.de: Die Legende vom Salzstock. - Ratlos in Gorleben: Wo ist der Castor wirklich? Die Geschichte einer Selbsttäuschung
  7. Fachinfo: Zulassungsverfahren. Bundesamt für die Sicherheit der nuklearen Entsorgung, abgerufen am 19. Dezember 2023.
  8. – GNS
  9. Atomgesetz - § 4 Beförderung von Kernbrennstoffen
  10. Frankfurter Rundschau: Castoren vor letzter Etappe nach Gorleben, 28. November 2011
  11. greenpeace.de: Aktuelle Castortransporte – ein Überblick (Memento vom 29. Januar 2011 im Internet Archive)
  12. SZ, vom 25. November 2011
  13. Verschleppt, versäumt, verzögert. - Nur zäh kommt der Rückbau der Kernkraftwerke voran. Nun soll es am Schacht Konrad liegen. Atomgegner wittern eine gezielte Verschleppung, Die Zeit, 14. März 2012
  14. Kein Engpass bei CASTOR®-Behältern - GNS. Abgerufen am 19. Juni 2019.
  15. CASTOR® V/52 erhält verkehrsrechtliche Zulassung - GNS. Abgerufen am 19. Juni 2019.
  16. Meldung zur Umfirmierung von Transnucléaire in Cogema Logistics
  17. THE TN 24 DUAL PURPOSE CASK FAMILY FOR SPENT FUEL: FACTUAL EXPERIENCE AND TRENDS FOR FUTURE DEVELOPMENT (englisch)
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