Partitionierung und Transmutation: Forschung – Entwicklung – gesellschaftliche Implikationen
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München
Utz
2014
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| Schriftenreihe: | Acatech-Studie
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INHALT
ZUSAMMENFASSUNG 15
EINLEITUNG 23
LITERATUR 25
1 RANDBEDINGUNGEN FUER DIE ANWENDUNG VON P&T IN DEUTSCHLAND 27
1.1 GESETZLICHER RAHMEN UND KERNKRAFTWERKE ZUR KOMMERZIELLEN
STROMERZEUGUNG IN DEUTSCHLAND 28
1.2 ABFALLAUFKOMMEN OHNE P&T 30
1.2.1 MENGENGERUEST DER ABGEBRANNTEN BRENNELEMENTE UND RADIOAKTIVEN
ABFAELLE IN DEUTSCHLAND 30
1.2.2 RADIONUKLIDINVENTAR 32
1.2.3 RADIOAKTIVITAET 36
1.2.4 WAERMEENTWICKLUNG 38
1.2.5 RADIOTOXIZITAET 39
1.3 ENDLAGERUNG 41
1.3.1 ANFORDERUNGEN AN DIE ENDLAGERUNG 42
1.3.2 SICHERHEITS- UND NACHWEISKONZEPT 43
1.3.3 ABFALLGEBINDETYPEN 46
1.3.4 ENDLAGERUNG
WAERMEENTWICKELNDER
RADIOAKTIVER ABFAELLE (WA-ABFAELLE
UND
ABGEBRANNTE
BRENNELEMENTE) IN SALZFORMATIONEN 46
1.4 PARTITIONIERUNG UND TRANSMUTATION 56
1.4.1 BESCHREIBUNG DES P&T-ANSATZES 56
1.4.2 NOTWENDIGE KERNTECHNISCHE EINRICHTUNGEN FUER DIE UMSETZUNG VON P&T
57
1.4.3 P&T-OPTIONEN IN INTERNATIONALEM RAHMEN 59
1.5 ZUSAMMENSTELLUNG UND BESCHREIBUNG NEUER/ANDERER ABFALLFORMEN IM
ZUSAMMENHANG MIT P&T 64
1.5.1 ABSCHAETZUNGEN DES ABFALLVOLUMENS FUER VERSCHIEDENE P&T-SZENARIEN 66
1.5.2 VERGLEICH DER SZENARIEN 70
1.6 MOEGLICHKEITEN UND GRENZEN VON P&T 70
1.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 74
LITERATUR 74
2 ANALYSE DER SZENARIEN 79
2.1 GRUNDLAGE FUER DIE AUSWAHL DER SZENARIEN UND KRITERIEN FUER IHREN
VERGLEICH 79
2.2 SZENARIO ABSTINENZ 80
2.3 SZENARIO FORSCHUNGSPARTIZIPATION 81
2.3.1 ANALYSE DER OPTIONEN FUER P&T 81
2.3.2 INDIKATOREN 83
2.4 SZENARIO MIT REGIONALER UMSETZUNG VON P&T - EUROPAEISCHE
SYSTEMPARTIZIPATION 83
2.4.1 EINLEITUNG 83
2.4.2 GRUNDLEGENDE ANNAHMEN IM REGIONALEN SZENARIO 86
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2.4.3 URSPRUENGLICHE INVENTARE 87
2.4.4 ERGEBNISSE 87
2.5 SZENARIO ANWENDUNG IN DEUTSCHLAND 91
2.5.1 AUSGANGSBEDINGUNGEN 91
2.5.2 TRANSMUTATION 91
2.5.3 TRANSMUTATIONSBRENNSTOFFE 92
2.5.4 BESTRAHLUNGSANLAGEN FUER DIE TRANSMUTATION 92
2.5.5 ANZAHL AN BESTRAHLUNGSANLAGEN UND DAUER DER TRANSMUTATION ALLER
TRANSURANE IN DEUTSCHLAND 93
2.5.6 WIEDERAUFARBEITUNG 96
2.5.7 ZUSAMMENFASSUNG 97
2.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 98
LITERATUR 101
3 TECHNOLOGISCHE ANFORDERUNGEN UND HERAUSFORDERUNGEN FUER P&T 105
3.1 EFFEKTIVE ABTRENNUNG DER AKTINIDEN AUS ABGEBRANNTEM BRENNSTOFF 105
3.2 MEHRFACHREZYKLIERUNG VON AKTINIDEN 107
3.3 BRENNSTOFFE MIT HOHER AKTINIDENBELADUNG 109
3.4 SPEZIELLE BESTRAHLUNGSEINRICHTUNGEN ZUR TRANSMUTATION UND DEREN
EFFEKTIVITAET 111
3.5 HERSTELLUNG ENDLAGERGERECHTER PRODUKTE FUER DIE VERBLEIBENDEN ABFAELLE
114
3.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 115
LITERATUR 116
4 STAND DER GRUNDLAGEN-UND TECHNOLOGISCHEN FORSCHUNG 117
4.1 REAKTORSYSTEME FUER DIE
TRANSMUTATION 117
4.1.1 KRITISCHE REAKTOREN MIT FESTEM BRENNSTOFF 118
4.1.2 UNTERKRITISCHE, BESCHLEUNIGERGETRIEBENE SYSTEME MIT FESTEM
BRENNSTOFF 118
4.1.3 KRITISCHE REAKTOREN MIT FLUESSIGEM BRENNSTOFF 119
4.2 UEBERSICHT ZUM STAND VON WISSENSCHAFT UND TECHNIK IN DER GRUNDLAGEN-
UND TECHNOLOGISCHEN FORSCHUNG 120
4.2.1 KENNTNISSTAND DER TRENNCHEMIE 120
4.2.2 ENTWICKLUNG DER SICHERHEITSTECHNOLOGIE BEI DER PARTITIONIERUNG 123
4.2.3 ENTWICKLUNGEN DER BESCHLEUNIGERTECHNOLOGIE 123
4.2.4 STAND DER ENTWICKLUNG VON SPALLATIONSTARGETS 125
4.2.5 AKTUELLER STANDES DER ENTWICKLUNG VON TRANSMUTATIONSBRENNSTOFFEN
126
4.2.6 PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN UND KERNDESIGNS 128
4.2.7 REAKTORPHYSIK VON TRANSMUTATIONSANLAGEN (UNTERKRITISCH UND
KRITISCH) 131
4.2.8 STAND DER ENTWICKLUNG VON SIMULATIONSTOOLS 132
4.2.9 SAFETY APPROACH FUER TRANSMUTATIONSSYSTEME 134
4.2.10 ENTWICKLUNG DER WERKSTOFFKONZEPTE 135
4.2.11 STAND DER TECHNOLOGIEN FUER FLUESSIGMETALLSYSTEME 136
4.2.12 KONDITIONIERUNG VON ABFAELLEN 139
4.3 EXISTIERENDE BESTRAHLUNGSEINRICHTUNGEN MIT SCHNELLEM SPEKTRUM 140
4.4 ZUSAMMENSTELLUNG DER OFFENEN FRAGEN UND FORSCHUNGSLUECKEN IN DEN
EINZELNEN TEILBEREICHEN 142
4.4.1 THEMENKOMPLEX WIEDERAUFBEREITUNG UND KONDITIONIERUNG 142
4.4.2 THEMENKOMPLEX BESCHLEUNIGER UND SPALLATIONSTARGET 143
4.4.3 THEMENKOMPLEX REAKTOR 143
4.5 ENTWICKLUNG EINER STRATEGIE UND EINES FAHRPLANS ZUR SCHLIESSUNG DER
TECHNOLOGY GAPS 145
4.5.1 THEMENKOMPLEX PARTITIONIERUNG UND KONDITIONIERUNG 146
4.5.2 THEMENKOMPLEX BESCHLEUNIGER UND SPALLATIONSTARGET 146
4.5.3 THEMENKOMPLEX REAKTOR 146
4.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 148
LITERATUR 149
ANHANG ZU KAPITEL 4 154
5 DARSTELLUNG DER SICHERHEITSASPEKTE 155
5.1 BEWERTUNG DER VERFAHREN ZUR PARTITIONIERUNG HINSICHTLICH
ENERGETISCHER STABILITAET 155
5.2 KRITIKALITAETSASPEKTE BEI DER PARTITIONIERUNG 155
5.3 SICHERHEITSMERKMALE BESCHLEUNIGERGETRIEBENER UNTERKRITISCHER SYSTEME
158
5.3.1 KOPPLUNG MIT EINEM PROTONENBESCHLEUNIGER 158
5.3.2 UNTERKRITISCHER REAKTORKERN 158
5.3.3 SPALLATIONSTARGET 159
5.3.4 STRAHLSTABILITAETSEFFEKTE 159
5.3.5 ABSCHALTSYSTEM UND BESCHLEUNIGERLEISTUNGSUEBERHOEHUNG 159
5.3.6 INERTE BRENNSTOFFE UND DYNAMISCHES VERHALTEN VON ADS 160
5.3.7 AKTIVIERUNG UND STRAHLENSCHAEDEN 160
5.3.8 INDUZIERTE RADIOAKTIVITAET 161
5.3.9 ABSCHIRMUNG UND QUELLTERM 161
5.3.10 BETRIEBSVERHALTEN UND SICHERHEITSPARAMETER 162
5.3.11 NATIONALE UND INTERNATIONALE PROJEKTE ZUR ERSTELLUNG UND
UMSETZUNG NUKLEARER REGELWERKE 163
5.4 SICHERHEITSTECHNISCHE ANFORDERUNGEN AN THERMOMECHANISCHE UND
CHEMISCHE STABILITAET DES BRENNSTOFFS 164
5.5 GRUNDLEGENDE STOERFALLBETRACHTUNGEN UND DISKUSSION VON STOERFALLLASTEN
FUER STRUKTUREN UND BRENNSTOFF
VON TRANSMUTATIONSANLAGEN 164
5.5.1 STOERFALLUNTERSUCHUNG VON TRANSMUTATIONSSYSTEMEN 165
5.5.2 BEWERTUNG DER INHAERENTEN SICHERHEITSEIGENSCHAFTEN VON
TRANSMUTATIONSSYSTEMEN
(SICHERHEITSEBENE 1 UND 2 DES DID-KONZEPTS) 165
5.5.3 AUSLEGUNGSSTOERFAELLE UND DEREN HAUPTPHAENOMENE (SICHERHEITSEBENE 3
DES DID-KONZEPTS) 165
5.5.4 AUSLEGUNGSUEBERSCHREITENDE STOERFAELLE (SICHERHEITSEBENE 4 UND 5 DES
DID-KONZEPTS) 167
5.5.5 VERSAGENSMECHANISMEN FUER SICHERHEITSBARRIEREN 168
5.5.6 NOTWENDIGE ABSCHIRMUNG ZUM SCHUTZ VOR STRAHLUNG 168
5.5.7 SICHERHEITSKRITERIEN 168
5.5.8 NOTWENDIGE F&E-ARBEITEN ZUR VERBESSERUNG DER METHODEN ZUM
SICHERHEITSNACHWEIS 169
5.5.9 SICHERHEITSASPEKTE VON TRANSMUTATIONSSYSTEMEN 170
5.6 AUSWIRKUNG VON P&T AUF ENDLAGERKONZEPTE UND LANGZEITSICHERHEIT VON
ENDLAGERN 172
5.6.1 AUSWIRKUNGEN VON P&T AUF DIE AUSGANGSSITUATION 173
5.6.2 EINZULAGERNDE INVENTARE EINSCHLIESSLICH DER SEKUNDAERABFAELLE AUS
REZYKLIERUNG UND TRANSMUTATION 173
5.6.3 ENDLAGERKONZEPT MIT P&T 175
5.6.4 LANGZEITSICHERHEIT MIT P&T 176
5.6.5 FAZIT 181
5.6.6 F&E-BEDARF AUS SICHT VON ENDLAGERUNG
UND LANGZEITSICHERHEITSANALYSE 182
5.7 SICHERHEITSCHARAKTERISTIK ABGESCHALTETER TRANSMUTATIONSANLAGEN 183
5.7.1 NEUTRONENSPEKTRUM UND AKTIVIERUNG 183
5.7.2 RAD'TOTOXIZITAETDESTARGETMATERIALS 184
5.7.3 NACHZERFALLSWAERME 185
5.8 SCHLUSSFOLGERUNGEN 187
LITERATUR 188
6 INTERNATIONALE PROJEKTE 195
6.1 INTERNATIONALE PROJEKTE IM RAHMEN EUROPAEISCHER FORSCHUNGSPROGRAMME
195
6.1.1 ENTWICKLUNG EINER P&T-ROADMAP 195
6.1.2 PARTITIONIERUNG UND BRENNSTOFFHERSTELLUNG 195
6.1.3 TRANSMUTATION, INSBESONDERE MYRRHA 196
6.1.4 MULTINATIONAL DESIGN EVALUATION PROGRAMME (MDEP) 197
6.2 SUSTAINABLE NUCLEAR ENERGY TECHNOLOGY PLATFORM (SNETP) 197
6.3 EUROPEAN SUSTAINABLE NUCLEAR INDUSTRIAL INITIATIVE (ESNII) 198
6.4 EUROPEAN STRATEGY FORUM ON RESEARCH
INFRASTRUCTURES (ESFRI) 198
6.5 INTERNATIONALE PROJEKTE AUSSERHALB EUROPAS MIT BEZUG ZU P&T 198
6.5.1 USA 199
6.5.2 JAPAN 201
6.5.3 RUSSLAND 201
6.5.4 SONSTIGE LAENDER 202
6.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 202
LITERATUR 203
ANHANG ZU KAPITEL 6 205
7 KOMPETENZEN IN DEUTSCHLAND 215
7.1 AKTUELLE SITUATION IN DEUTSCHLAND 215
7.2 UMFRAGE ZUR VORHANDENEN KOMPETENZ IN DEUTSCHLAND 216
7.3 FORSCHUNGS-UND HOCHSCHULEINRICHTUNGEN 216
7.3.1 PARTITIONIERUNG 217
7.3.2 TRANSMUTATION - REAKTORTECHNIK 217
7.3.3 TRANSMUTATION - BESCHLEUNIGERTECHNIK UND SPALLATIONSTARGET 217
7.3.4 NUKLEARE DATEN - COMPUTER-CODES 218
7.4 UNTERNEHMEN IN DEUTSCHLAND MIT KERNTECHNISCHEM KNOW-HOW 218
7.5 MOEGLICHE KONSEQUENZEN DES KOMPETENZVERLUSTES UND OPTIONEN ZUM
KOMPETENZERHALT 219
7.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 219
LITERATUR 220
ANHANG ZU KAPITEL 7 221
8 GESELLSCHAFTLICHE CHANCEN UND RISIKEN VON P&T-VERFAHREN 225
8.1 DIE GESELLSCHAFTLICHE DIMENSION VON P&T ALS KERNTECHNISCHES
VERFAHREN 225
8.2 POTENZIELLE CHANCEN UND RISIKEN
VON P&T 228
8.2.1 POTENZIELLE CHANCEN VON P&T 228
8.2.2 POTENZIELLE RISIKEN VON P&T 229
8.3. GESELLSCHAFTLICHE ENTWICKLUNGSPFADE UND DESKRIPTORENAUSWAHL 230
8.3.1 GESELLSCHAFTLICHE ENTWICKLUNGSPFADE 230
8.3.2 AUSWAHL DER DESKRIPTOREN 231
8.4 CHANCEN-RISIKO-ABSCHAETZUNG DER P&T-FORSCHUNG BEZIEHUNGSWEISE
-ANWENDUNG 232
8.4.1 METHODE ZUR CHANCEN-RISIKO-ABSCHAETZUNG: DAS GRUPPENDELPHI 232
8.4.2 ERGEBNISSE DES GRUPPENDELPHIS 233
8.4.3 ERGEBNISSE DER LEITFADEN-INTERVIEWS MIT VERTRETERN VON
UMWELTSCHUTZGRUPPEN UND
BUERGERBEWEGUNGEN ZU CHANCEN UND RISIKEN VON P&T 242
8.4.4 ZUSAMMENFASSENDE ERGEBNISSE DER OEKONOMISCHEN, OEKOLOGISCHEN UND
JURISTISCHEN GUTACHTEN ZU P&T 248
8.5 MOEGLICHE ZUKUENFTIGE ENTWICKLUNG VON P&T 255
8.5.1 POTENZIELLE GESELLSCHAFTLICHE ENTWICKLUNGSPFADE ZU P&T IN
DEUTSCHLAND 255
8.5.2 AUS DEN SZENARIEN ABGELEITETE THESEN ZUR ANWENDUNG VON P&T IN
DEUTSCHLAND UND IM
EUROPAEISCHEN AUSLAND UNTER DEUTSCHER BETEILIGUNG 260
8.6 SCHLUSSFOLGERUNGEN 266
LITERATUR 268
ANHANG 1 ZU KAPITEL 8: DESKRIPTOREN-LISTE NACH DEM GESI-PT-WORKSHOP IN
BERLIN AM 15.11.2012 272
ANHANG 2 ZU KAPITEL 8: FINALE DESKRIPTOREN-LISTE ZUR
SZENARIOKONSTRUKTION 275
ANHANG 3 ZU KAPITEL 8: AGENDA DES DESKRIPTOREN-WORKSHOPS AM 15.11.2012
IN BERLIN 279
ANHANG 4 ZU KAPITEL 8: FRAGEBOGEN DER SCHRIFTLICHEN DELPHI-BEFRAGUNG
SEITE 1 (OHNE SICHERHEITSURTEILE) 280
ANHANG 5 ZU KAPITEL 8: AGENDA DES CRUPPENDELPHIS AM 15.03.2013 IN
STUTTGART 284
ANHANG 6 ZU KAPITEL 8: LEITFADEN DER TELEFONINTERVIEWS MIT UMWELTSCHUTZ-
UND BUERGERBEWEGUNGSGRUPPEN 285
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
287 |
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