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Donnerstag, 21. Februar 2019

Kerntechnik

Erst dekontaminieren, dann demontieren

Von Eckart Pasche | 24. Mai 2018 | Ausgabe 21

Die Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der Reaktorkühlkreislauf vor der Demontage stark dekontaminieren lässt.

w - Siempelkamp BU
Foto: Siempelkamp NIS

Versuchsanlage für die neue Dekontaminationstechnik ASDOC (Advanced System Decontamination by Oxidizing Chemistry) im Technikum der Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft.

Nach dem deutschen Ausstieg aus der kommerziellen Nutzung der Kernenergie müssen die Kernkraftwerksblöcke zurückgebaut werden. Um das dabei eingesetzte Personal der geringstmöglichen Strahlenbelastung auszusetzen und die Mengen radioaktiven Abfalls zu minimieren, hat die Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft mbh ein chemisches Dekontaminationsverfahren entwickelt.

Siempelkamp

Der Ansatz: Die Ingenieure aus Alzenau wollen Komponenten des Reaktorsystems weitgehend dekontaminieren – bevor es rückgebaut wird. So entsteht weniger Abfall, das Abfallvolumen sinkt, dessen Grad an radioaktiver Belastung ist geringer. Das wiederum ist eine gute Voraussetzung, um die Kosten für den Rückbau der kerntechnischen Anlagen zu senken und das einzulagernde Abfallvolumen zu minieren. Am Ende kann der Steuerzahler profitieren.

Das Verfahren Advanced System Decontamination by Oxidizing Chemistry (ASDOC) ermöglicht die effektive und umfassende Reduktion der Dosisleistung im Kernkraftwerk unter Nutzung des vorhandenen Betriebsmediums und kraftwerkseigener Betriebssysteme.

„Ziel einer Systemdekontamination des gesamten Primärkreislaufs und der Hilfssysteme ist es, die Ortsdosisleistung beim Leistungsbetrieb, im Nachbetrieb und beim Abbau zu minimieren“, sagt Aldo Weber, Geschäftsführer der Siempelkamp NIS Ingenieurgesellschaft mbh.

Während des Leistungsbetriebs eines Kernkraftwerks bilden sich bei Betriebstemperaturen oberhalb von 180 °C auf den Innenflächen der vom Kühlwasser durchflossenen Rohrleitungen und Komponenten oxidische Schutzschichten. In deren Oxidmatrix werden Radionuklide eingebaut.

Das Ziel des ASDOC-Verfahrens ist es, diese Oxidschicht chemisch aufzulösen und in Lösung zu halten, um die dort mit eingebundenen Radionuklide entfernen zu können. Durch Zugabe speziell abgestimmter chemischer Additive in den Reaktorkühlkreislauf wird die an den inneren Systemoberflächen anhaftende radioaktive Kontamination abgelöst und diese anschließend mithilfe von Ionentauschern aus dem System entfernt.

Wichtig: Der Primärkreis wird nicht geöffnet, und das Kühlwasser wird nicht über externe Einrichtungen geführt, was die Gefahr einer Leckage ausschließt. Das mit dem späteren Rückbau beschäftigte Personal wird damit keiner relevanten Strahlung ausgesetzt.

Erstes Pilotprojekt: Als Referenz und zur Qualifizierung des ASDOC-Verfahrens wurde eine Teildekontamination des Volumenregelsystems im Kernkraftwerk Biblis erfolgreich durchgeführt. Der Prozess nutzt bekannte und frei zugängliche Chemikalien in stark reduzierten Konzentrationen und mit modifizierter Einsatzlogistik. Die eingesetzten Chemikalienkonzentrate werden über das kraftwerkseigene Chemikaliendosiersystem dem Primärkreislauf zugeführt und in diesem umgewälzt.

Das Betreiberpersonal des Kraftwerks steuert dabei die zur Dekontamination benötigten Kraftwerkssysteme wie im gewöhnlichen Anlagenbetrieb von der Kraftwerkswarte aus. Die erforderlichen Parameter wie Dosierabläufe, Durchsätze und Temperatur geben Mitarbeiter von Siempelkamp NIS vor.

Während der Dekontamination aus den Oxidschichten herausgelöste Ionen werden über die Ionentauscher des Primärkreislaufs aus der Prozesslösung entfernt.

Der chemische Prozess beginnt mit der pH-Stabilisierung mit Methylsulfonsäure (MSA). Es folgen die Oxidation mit Permangansäure, die Reinigung der Anionentauscher, die Reduktion mit Oxalsäure und die Reinigung der Kationentauscher.

Die Anzahl der Zyklen bestimmt den Dekontaminationsfaktor. Der Dekontaminationsablauf ist in mehrere Zyklen gegliedert, wodurch der Abtrag der Oxidschichten exakt zu kontrollieren ist. Eine Wiederholung ist beliebig möglich, bis das gewünschte Dekontaminisierungsergebnis erreicht ist. So kann die Aktivitätsbelegung von Metalloberflächen bis zum Freigabegrenzwert abgesenkt werden. Das senkt entsprechend die Menge des anfallenden, radioaktiv kontaminierten Abfalls aus dem Rückbauprozess.

Der ASDOC-Prozess kann jederzeit unterbrochen und wieder angefahren werden, ohne dass es zur Ausfällung chemischer Verbindungen kommen kann. Ein unbeabsichtigter Angriff des Grundmetalls und eine damit verbundene Erhöhung des Abfalls werden somit verhindert.

Wichtig ist hierbei, dass es nicht zu einer sicherheitsrelevanten Bildung von Wasserstoff kommt. Nach Angaben von Siempelkamp lag im aktuellen Projekt die Wasserstoffbildung durchgängig unterhalb der Nachweisgrenze.

Im Referenzprojekt, so berichtet Siempelkamp, sei nach 13 Zyklen innerhalb von 40 Tagen ein gemittelter Dekontaminationsfaktor von 90,2 erreicht worden. Das heißt, dass 99 % des Aktivitätsinventars durch das ASDOC-Verfahren ausgetragen wurden.

Die Entwicklungsphase sei langwierig gewesen, machte Geschäftsführer Aldo Weber deutlich. „Die Entwicklung des Verfahrens war sehr aufwendig und eine hohe technisch-wissenschaftliche Herausforderung – wir mussten einige Rückschlage hinnehmen, bis wir die Anwendbarkeit erfolgreich demonstrieren konnten“, sagte er bei der Vorstellung des Verfahrens.