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Rückholbarkeit bei der geologischen
Endlagerung radioaktiver Abfälle...
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• Nationale R&R Konzepte
• Technische Maßnahmen
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Mehrere Jahrzente nationaler und
internationaler R&R-Diskussion
• 70er Jahre
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• Nachhaltigkeit
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Internationale kerntechnische Standards
und Vereinbarungen
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Handlungsoptionen offen halten
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Potentielle technische Fehler
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Rückholbarkeit
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Rückholbarkeit von radioaktiven Abfällen. Hans G. Riotte, Ex-OECD

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Radioaktive Abfälle müssen sicher in einem geologischen Tiefenlager entsorgt werden. Bis zum Verschluss des Lagers müssen sie jedoch wieder zurückgeholt werden können. Im Rahmen des Technischen Forums Sicherheit TFS wurde die Rückholung der Abfälle zusammen mit internationalen Fachexperten diskutiert.

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  • Jahrestagung Kerntechnik 4-6 May 2010
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  • Rückholbarkeit von radioaktiven Abfällen. Hans G. Riotte, Ex-OECD

    1. 1. Überlegungen bei der OECD Nuclear Energy Agency (NEA) Rückholbarkeit bei der geologischen Endlagerung radioaktiver Abfälle Dr. Hans G. Riotte (vormals OECD Kernenergieagentur-NEA) TFS Fachsitzung ‘Rückholung’ Brugg (ENSI) 07 März 2013
    2. 2. OECD and NEA Membership 2 OECD onlyOECD only NEA onlyNEA only Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    3. 3. Inhalt • Hintergrund • Warum R&R … • … und warum nicht ? • Terminologie • Nationale R&R Konzepte • Technische Maßnahmen • Wieviel R&R ist genug R&R? • NEA - Reflexionen 3Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 3
    4. 4. Mehrere Jahrzente nationaler und internationaler R&R-Diskussion • 70er Jahre • US Academie of Science, report to Congress1969 • Ende 90er/ Anfang 2000 • IAEA Seminar Schweden 1999 (TECDOC1187) • EC Concerted Action • NEA summary report R&R 2001 • Kürzlich • IAEA Technological implications 2009 • EC ESDRED Projekt 2007-2010 • Reims Konferenz 2010 • ‘Ongoing’ • NEA RWMC Regulators Forum • Französische Nationaldebatte 4Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    5. 5. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R-Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug R&R? NEA - Reflexionen 5Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 5
    6. 6. Ethische Fragen / gesellschaftliche Werte • Nachhaltigkeit • Precautionary principle (Vorsorgeprinzip) • Bewahrung natürlicher Resourcen • Verursacherprinzip (polluter pays) • Those who has benefited should take care of the waste • Intra- und intergenerationelle Gerechtigkeit • No undue burden • Schutz zukünftiger Generationen • Handlungsspielräume zukünftiger Generationen • Future generations should have the option to make new decisions • « A generation should not compel future generations to its own laws » (Article 28, French Constitution, Year 1 (1793) 6Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 Remember that principle: No undo burden on next generations ?
    7. 7. Internationale kerntechnische Standards und Vereinbarungen • Leitgedanken: • Intergenerationelle Gerechtigkeit, Sicherheit zukünftiger Generationen (/ Umwelt) • Nicht: Optionen-Offenhaltung • IAEA Fundamental Safety Principles • Where effects could span generations, subsequent generations have to be adequately protected without any need for them to take significant protective actions. • Radioactive waste must be managed in such a way as to avoid imposing an undue burden on future generations 7Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    8. 8. Handlungsoptionen offen halten • Zukünftige Änderung politischer und sozio- ökonomischer Randbedingungen • Änderungen in der Energiepolitik (WAA, Nutzung in fortgeschrittenen Reaktoren) • Änderungen in der Risiko-Akzeptanz / akzeptiertes Sicherheitsstandards • Entwicklungen in der Standort-Nutzung • Technologische Entwicklungen • Verbesserte Methoden, das Gefahrenpotential der rad. Abfälle zu verringern (Separation, Transmutation) • Zukünftige Verfügbarkeit alternativer Abfallbehandlungs-, Verpackungs- und Endlagermethoden 8Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    9. 9. Potentielle technische Fehler • Nichteinhaltung von Standards, Auflagen, etc. • Defizite in Auslegung, Bau, Betrieb des Endlagers; bei der Qualitätssicherung der Abfälle und Gebinde • Defizite in Genehmigungsverfahren • Sicherheitsdefizite auf Grund neuer Erkenntnis, z.B. • Neubewertung der Gebirgseigenschaften • Allgemeiner sicherheitstechnischer Fortschritt 9Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    10. 10. R&R als vertrauensbildende Maßnahme • Vertrauensverlust in technische Machbarkeit allgemein • wird durch lange Zeiträume und fehlende Erfahrung noch verstärkt • Berücksichtigung von R&R bei der Endlagerplanung fördert die öffentliche Akzeptanz • aber: kann auch als Ausdruck mangelnden Selbstvertrauens des Betreibers/der Aufsicht gedeutet werden • Einbeziehung von R&R oftmals Forderung der Öffentlichkeit (Beispiel Schweden) 10Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    11. 11. Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 11 11 Swedish population about retrievability 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1987 1988 1990 1992 1995 1998 2000 2004 2006 2008 Definitiv Åtkomlig KASAM; SOU 2010:6 Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    12. 12. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R-Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug ? NEA - Reflexionen 1212Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    13. 13. Argumente gegen R&R • Sorgen um betriebliche Sicherheit (konventionell, Strahlenschutz) • Höheres Risiko heute vs. unbestimmtes Risiko in ferner Zukunft • Sorgen um Langzeitsicherheit • Wegsamkeiten durch komplexere technische Barrieren, Verschluß • Nichtverbreitung, physischer Schutz • Geringere inhärente Proliferations-Resistenz • Gesellschaftliche Unruhen, Terrorismus 13Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    14. 14. Inhalt • Historie R&R • Warum R&R … • … und warum nicht ? Terminologie • Nationale R&R-Konzepte • Technische Maßnahmen • Wieviel R&R ist genug R&R? • NEA - Reflexionen 14Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 14
    15. 15. Terminologie ist wichtig … 15Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 Nach W. Blommaert, Reims Konf. 2010
    16. 16. R&R : Umkehrbarkeit & Rückholbarkeit • Reversibility (Umkehrbarkeit) bezeichnet die administrative und technische Flexibilität bei der Implementierung eines Endlager- Projektes, die es ermöglicht, geplante Projektschritte abzuändern oder schon umgesetzte Maßnahmen bis zu einem bestimmten Grad rückgängig zu machen. • Reversibility impliziert die nötigen Planungen und technischen Vorkehrungen, um eine Umkehr ohne unverhältnismäßigen Aufwand möglich zu machen. • Retrievability (Rückholung) bezeichnet die Fähigkeit, radioaktiven Abfall oder eingelagerte Abfallgebinde zurück zu holen.  Eine Strategie der Reversibility (Umkehrbarkeit) schließt ab bestimmten Projektphasen die Retrievability (Rückholung) mit ein. 16 Abschlußbericht des NEA R&R Projektes 2011 Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    17. 17. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R- Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug R&R? 17Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 17
    18. 18. Rechtliche Rahmenbedingungen • Regelungsdichte (Atomrecht/Normen) ist unterschiedlich • Detailliert/spezifisch auch auf Gesetzesebene, z.B. USA, FRA, SWI • Allgemein auf Gesetzesebene; detailliert auf unterer Rechtsebene (Verordnungen, Normen), z.B. UK, SPA, SWE, FIN • Probabilistische (Risikoanalyse) oder deterministische Normen 18Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    19. 19. Unterschiede in nationalen Konzepten (1) • R&R-Konzepte werden in allen EL-Programmen verfolgt; entweder • direkt auf Grund gesetzlicher oder untergesetzlicher Bestimmungen (Fra, Deu, Fin, Swi, USA), • indirekt, z.B. als Forderung, dass R&R nicht ausgeschlossen werden darf (Jpn, VK), oder • als explizite Betreiber-Politik (Be). • Kontext/Motivation für R&R • Sicherheitstechnische Überlegungen • R&R als Teil eines breiteren Entscheidungsprozesses mit Einbeziehung der Öffentlichkeit (Fra, Jpn) 19Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    20. 20. Unterschiede in nationalen Konzepten (2) • Gesetze und/oder Vorschriften fordern Rückholbarkeit für die Betriebsphase (bis zum Endlager-Verschluss) • Belgien, Deutschland, Japan, Schweiz, USA • Eine darüber hinaus gehende mögliche Rückholung auch in der Nach-Betriebsphase (nach Verschluss) wird in Vorschriften angesprochen in • Deutschland, Finnland, USA • In Frankreich soll der Zeitrahmen für R&R (und andere R&R-Festlegungen) nach einer nationalen Debatte (2013) durch Gesetz geregelt werden. 20Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    21. 21. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R-Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug R&R? NEA - Reflexionen 21Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 21
    22. 22. R&R Management-Strategien • Vor-Betriebsphase • Entwicklung eines Rückholplans • Mögliche Rückholung bei der Auslegung berücksichtigen • Demonstration von Rückholungstechniken • Betriebsphase • Offenhalten von Einlagerungshohlräumen und Zugangswegen • Aufrechterhaltung der bergmännischen Infrastruktur (z.B. Bewetterung) • Vorhalten von Gerät (z.B. Einlagerungsmaschinen) • Nach-Betriebsphase • Informationserhalt zu Endlager und Abfällen; Know-how Erhalt (Personal); F&E 22Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    23. 23. R&R begünstigende technische Maßnahmen • Technische Maßnahmen zur Unterstützung von R&R • Abfallgebinde, • Einlagerungshohlräume, • Auslegung Grubengebäude • Maßnahmen in Abhängigkeit vom Wirtsgestein (Streckenausbau, Wasser-/Lösungszutritt). Rückholung durch bergmännisches Maßnahmen (Auffahren neuer Strecken, etc.) evt. schwierig, aber prinzipiell möglich. 23Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    24. 24. Randbedingungen für R&R Maßnahmen • Kosten • Zeiterfordernis • Risiko- und Gefährdungspotential • Schwierigkeit durch Alterung/Degradation von Abfallform und Abfallgebinde • Mögliches Rückholvolumen • Notwendige ‘downstream’ Prozesse (Umverpacken, Konditionierung, Lagerung) 24Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    25. 25. Retrievability & Reversibility – Outcome from the ESDRED Project The Andra mechanical system was successfully tested on surface and was also able to retrieveThe Andra mechanical system was successfully tested on surface and was also able to retrieve the canister emplaced in the disposal cell Retrieval tests with a distorted casing Pushing Robot system for horizontal emplacement in Clay 11E TR ADRI 10 0002 Reims 2010 / Reversibility & Retrievability Conference / 14-17 December 2010 F&E : Rückholung bei horizontaler Einlagerung 25Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    26. 26. Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 Study2: Softening bentonite buffer In order to soften the bentonite buffer, saline water is applied into the buffer. A Japanese R&D organization, RWMC, is currently working on collecting fundamental data by small scale tests Supply saline water 1時間0 時間 24時間 water NaCl 2wt% NaCl 4wt% 0 hour 1 hour 24 hours 1/14 size test Bentonite behavior test in different solution Strategy 1 Quelle: H. Tsuchi, Reims RR 2010 26
    27. 27. Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 Study3: Special container to isolate overpack from buffer Special container to isolate the overpack from buffer was considered. 1000 Bentonite buffer Backfill in upper part of pit Overpack Special container Issues to be resolved: (1) Special container must withstand the swelling pressure from buffer. (2) Top lid of the special container must be designed to be set and removed by remote handling system. Further study is needed to evaluate the feasibility of this design. Top lid Strategy 2 Quelle: H. Tsuchi, Reims RR 2010 27
    28. 28. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R-Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug R&R? 28Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 28
    29. 29. R-scale 29Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    30. 30. Rückholbarkeit in der Nachbetriebsphase • Das Gewicht sollte von ”maximaler Flexibilität für die Zukunft” auf ”maximale Sicherheit” verlegt werden (”safety first!”). • Diese Sichtweise spricht für eine ”Vor-Verschluss” Rückholbarkeit. • Weitgehende Vorkehrungen für die Rückholbarkeit in der Nach-Betriebsphase sind problematischer. • Wenn alle Abfallgebinde eingelagert sind, ist ein effektives und resolutes Verschliessen des Endlagers erforderlich. • Eine Art ”safeguards” Kontrolle bleibt notwendig, wenn eine Rückholung von Abfällen (Kernbrennstoffen) praktisch möglich ist (auch wenn dies teuer und nur durch Grubenbau möglichwäre). 30Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 (Nach KASAM 2010:6)
    31. 31. Inhalt Historie R&R Warum R&R … … und warum nicht ? Terminologie Nationale R&R-Konzepte Technische Maßnahmen Wieviel R&R ist genug R&R? NEA - Reflexionen 31Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013 31
    32. 32. Endlager: nur für Abfall • Es gibt eine grundsätzliche Übereinstimmung zwischen den verschiedenen nationalen Endlagerprogrammen, dass radioaktive Materialien nur dann in ein Endlager verbracht werden sollten, wenn politisch-regulatorische Entscheidungen sichergestellt haben, dass das radioaktive Material auch wirklich als Abfall anzusehen ist und nicht als potentieller zukünftiger Rohstoff. • Endlagerung impliziert dass a priori keine Intention zur Rückholung besteht, sonst: (Langzeit-)Zwischenlagerung. 32Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    33. 33. Reversibilität • Reversibilität in der Planung und technischen Umsetzung eines Endlagerprojektes setzt eine bestimmte Management- Kultur voraus. Während der Auslegung und Durchführung des Projektes sollte sich der Betreiber laufend Fragen stellen wie: • Kann diese oder jene Aktion oder Entscheidung rückgängig gemacht werden? • Schaffen wir unnötige Erschwernisse für eine eventuelle Rückholung ? • Die Fähigkeit zur Rückholung darf nicht zu übereilten Entscheidungen führen; die passive Sicherheit muss gewährleistet sein. 33Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    34. 34. Rückholbarkeit • Radioaktiver Abfall in zu diesem Zweck bergmännisch erstellten geologischen Endlagern ist generell immer rückholbar. • Die technischen Herausforderungen für eine Rückholung steigen während der verschiedenen Projektphasen eines Endlagers jedoch graduell an. • Rückholbarkeit ist programme-spezifisch; es gibt kein “one size fits all”. • Die Art und der Grad der Rückholbarkeit muß • für jede bestimmte nationale Situation in einem breiten gesellschaftlichen Rahmen diskutiert werden; • gegenüber anderen Überlegungen ausbalanciert sein: Begrenzung des Risikos für zukünftige Generationen, passive Sicherheit, Kosten und Verfügbarkeit von Technologien. 34Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    35. 35. Der Weg ist das Ziel … Umkehr und Rückholung sind nicht das Ziel, aber Umkehrbarkeit und Rückholbarkeit sind ein Teil des Weges ! 35Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    36. 36. Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit! www.oecd-nea.org/rwm/rr 36Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    37. 37. Repository life phases and examples of major decision points 37 S it in g D e c is io n C o n s t ru c tio n D e c is io n D e c is io n o n P a rt ia l B a c k fillin g D e c is io n o n F o llo w -u p P r o v is io n s D e c is io n o n F o llo w -u p P r o v is io n s D e cisio n to B e gin D isp o sa l D e cisio n t o En d Em p la cin g W a ste D e cisio n o n Fin a l Clo su re O p e r a t io n a l p h a s eP r e - o p e r a tio n a l p h a s e P o s t - o p e r a tio n a l p h a s e W a s t e e m p la c e m e n t U n d e r g r o u n d o b s e r v a tio n R e p o s it o r y c lo s u r e I n s titu t io n a l o v e r s ig h t D is t a n t f u tu r e R e p o s it o r y lif e p h a s e s a n d e x a m p le s o f m a jo r d e c is io n p o in t s T h e t h ic k n e s s o f th e r e d lin e s r e p r e s e n t s t h e a m o u n t o f h u m a n a c tiv ity r e la te d to th e r e p o s ito r y Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    38. 38. Rückholung begünstigende Auslegungsmerkale (2) • Waste container • Container longevity • Corrosion resistance • Size and weight • Mechanical provisions to enable container retrieval (machinery, grips) • Emplacement cell • Size and capacity of the emplacement cell • Use of relatively easily removable buffer (waste container/cell) • Orientation of the waste container within the emplacement cell • Implementation of rock support / lining • Orientation of the emplacement cell in relation to rock stress • Application of a sealing plug 38Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    39. 39. Rückholung begünstigende Auslegungsmerkale (2) • Repository access/layout • Preference of horizontal or relatively short vertical emplacement cells against deep boreholes • Well maintained rock support, access ramps and/or shafts • Application of barriers to prevent/minimise groundwater ingress • Maintenance of ventilation • Host rock • Implementation and maintenance of rock support for host rock types that are not self supporting (clay, salt) 39Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    40. 40. • (NAS, 1969) : “Other things being equal, those technological projects or developments should be favored that leave maximum room for maneuver in the future. The reversibility of an action should thus be counted as a major benefit; its irreversibility, a major cost.” 40Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013
    41. 41. An alternative to the NAS-statement (SOU 2010:6) • Shifting the weight from maximal manoeuverability in the future to maximal long term safety (”safety first!”) • Such a shift speaks in favour of pre-closure reversability • Extensive facilitation of post-closure retrievability is more problematic • Once all of the waste-canisters are deposited, an effective and resolute closure of the repository is required. • Some kind of safeguards-control necessary if retrievaibility of waste is practically possible (albeit costly, through an ordinary mining operation). • « A generation should not compel future generations to its own laws » (Article 28, French Constitution, Year 1 (1793)) 41Riotte; TFS, Brugg (ENSI) 07.03.2013

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