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2023-10-27T18:07:13Z

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[[Datei:Reaktor.svg|mini|Schemagrafik eines [[Siedewasserreaktor]]s (Typ General Electric Mark I) 1, 27: [[Brennelement]]e im Abklingbecken (5) bzw. 1: im [[Reaktordruckbehälter]] (gelb); 26: Kran für Brennelementetransport]]
[[Datei:BalNPP fuel2.tif|mini|Brennelementelager in der Reaktorhalle des russischen [[Kernkraftwerk Balakowo|Kernkraftwerks Balakowo]]; Blick auf die Lücke in der Wand zwischen Reaktorbehälter und Abklingbecken. Im oberen Bereich ist in Hellblau die Brennelementwechselmaschine zu sehen.]]

'''Abklingbecken''' (auch ''Nasslager'', ''Brennelementbecken'' oder ''Brennelementelager'') sind mit [[Wasser]] gefüllte Becken in [[Kernkraftwerk]]en, in denen die im [[Kernreaktor]] verbrauchten (abgebrannten), anfänglich hochradioaktiven [[Brennelement]]e zum [[Abklingzeit|Abklingen]], das heißt zur Verminderung der restlichen Strahlungsaktivität und Temperatur ([[Nachzerfallswärme]]) bis zur Transportfähigkeit, mehrere Jahre gelagert und gekühlt werden können.<ref>[http://www.spektrum.de/lexikon/physik/abklingbecken/57 Abklingbecken] im Lexikon Physik / Spektrum der Wissenschaft</ref>

Abklingbecken liegen in der Regel in unmittelbarer Nähe des Reaktors, da die Brennelemente beim Transport vom Reaktorkern zum Abklingbecken dauernd gekühlt werden müssen. Auch aus [[Strahlenschutz]]gründen müssen die Brennelemente ständig von genügend Wasser umgeben sein. Die Mindestüberdeckung mit Wasser beträgt ca. zwei Meter.

== Abklingprozess ==
Die Brennelemente kommen mit einer durch die [[Zerfallswärme]] entstehenden Temperatur von über 100 °C aus dem Reaktor ins Abklingbecken. Da das als Kühlmittel benutzte Wasser als [[Moderator (Physik)|Moderator]] wirkt, müssen im Abklingbecken zusätzlich [[Neutronenabsorber]] vorhanden sein, um eine [[Kritikalität]] zu vermeiden.

Während der Lagerung zerfallen die bei der [[Kernspaltung]] im Reaktor gebildeten, größtenteils kurzlebigen [[Radionuklid]]e. Die dabei frei werdende Energie wird in Form von Wärme an das umgebende Wasser abgegeben und über [[Kühlmittelkreislauf|Kühlkreisläufe]] abgeführt. Dabei ist hier oft und gut das Phänomen des so genannten [[Tscherenkow-Strahlung|Tscherenkow-Lichts]] zu beobachten: eine bläuliche Leuchterscheinung, die beim Durchgang schneller Elektronen durch Wasser hervorgerufen wird. Unter normalen Umständen beträgt die Wassertemperatur im Abklingbecken weniger als 50 °C<ref name="USAInc-FCNS" /> (im Regelbetrieb unter 45 °C<ref>Sicherheitstechnische Regel des [[Kerntechnischer Ausschuss|Kerntechnischen Ausschusses]] {{Webarchiv |url=http://www.kta-gs.de/d/regeln/3300/3303n.pdf |wayback=20111108212304 |text=''KTA 3303: Wärmeabfuhrsysteme für Brennelementlagerbecken von Kernkraftwerken mit Leichtwasserreaktoren''}}, § 4.2.1.1</ref>). Dieses Wasser dient, zumindest in neueren [[Kernkraftwerk]]en, zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades dem Sekundärkreislauf als [[Economiser|Speisewasservorerwärmer]].

Die Brennelemente verbleiben im Abklingbecken, bis ihre Radioaktivität und damit die entstehende [[Nachzerfallswärme]] so weit abgenommen hat, dass sie transportiert werden können. Begrenzend ist hierbei sowohl die [[Dosisleistung]] als auch die [[Wärmestrom|Wärmeleistung]], da es gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte für die äußere Dosisleistung und die Oberflächentemperatur bei den [[Transportbehälter (Kerntechnik)|Transportbehältern]] (wie etwa beim [[Castor (Kerntechnik)|CASTOR]]) gibt. Nach dem Abklingen werden die Brennstäbe in [[Zwischenlager (Kerntechnik)|Zwischenlager]] gebracht. [[Endlagerung|Endlager]] existieren bis heute nicht.

== Umlagerung der Brennelemente ==
[[Datei:Kernkraftwerk Emsland 2010-1.JPG|mini|Modell des deutschen [[Kernkraftwerk Emsland|Kernkraftwerks Emsland]], das Abklingbecken liegt rechts vom Reaktorbehälter, die Brennelemente darin in brauner Farbe; gut zu sehen ist der Schlitz in der Wand für den Transport der Brennelemente vom (wassergefluteten) Reaktorbehälter zum Abklingbecken]]
Zur Umlagerung von (abgebrannten) Brennelementen aus dem Reaktor werden zunächst der Beton-Deckel des [[Biologischer Schild|biologischen Schildes]] und bei Reaktoren, bei denen sich das Abklingbecken nicht im Containment befindet, der Deckel des [[Sicherheitsbehälter]]s (engl. ''Containment'', in der obigen Schemagrafik orange) geöffnet und zur Seite gelegt. Anschließend wird der [[Reaktordruckbehälter]] (RDB) bis zum Flansch gefüllt und drucklos gehalten. Dann wird der 40 bis 100 Tonnen schwere RDB-Deckel<ref>{{Webarchiv |url=http://www.areva-np.com/scripts/info/publigen/content/templates/show.asp?P=415&L=DE |wayback=20071026222145 |text=Reaktordruckbehälterdeckel}}</ref> (gelbe Kuppel oberhalb von Nr. 41 in der Schemagrafik) per Kran (Nr. 26 in der Abbildung) nach oben abgehoben. Der Reaktorkern ist somit von oben zugänglich. Nach dem Öffnen des RDB wird das Transportbecken, also der Bereich über dem Reaktordruckbehälter (gelb), mit Wasser geflutet bis der Wasserstand auf derselben Höhe ist wie der des Abklingbeckens. Wenn das der Fall ist, wird durch Entfernen der Lagerbeckenschleuse eine Verbindung zwischen RDB und Abklingbecken hergestellt. Die stark strahlenden Brennelemente sind durch die große Wasserüberdeckung ausreichend abgeschirmt.

Die Brennelemente können mit der Brennelementwechselmaschine (einem speziellen Kran auf einer Fahrbrücke oberhalb der Becken) durch die Lagerbeckenschleuse in der Wand des (im Normalbetriebs trockenen) Transportbeckens aus dem Reaktorbehälter in das benachbarte Abklingbecken gehoben werden. Dort lagern sie dann in einem Aufbewahrungsgestell (Abb., Nr. 27).

== Lagermengen ==
Die Kapazität umfasst aus betrieblichen Gründen und für Notfälle mindestens eine Reaktorfüllung Brennelemente, mittels Lagergestellen wird die Kapazität für weitere Lagermengen hergestellt (''konventionelle Lagerung'').

Auf dem Wege der so genannten ''Kompaktlagerung'' wird die Lagerkapazität nochmals um ein Mehrfaches erweitert, hierbei wird durch den Einbau von [[Absorber (Physik)|Absorbermaterial]] in die Lagergestelle eine engere Belegung mit Brennelementen ermöglicht.<ref name="nux.4">{{Webarchiv |url=http://www.nux.ch/atom/documents/nux_4_Brennelemente_000.pdf |wayback=20050121194333 |text=nux.ch, nux-nummer 4, September 1978: ''Die Sache mit den Brennelementen im Bassin''}} (18. Mai 2011)</ref>

Angesichts fehlender Endlager und qualifizierter [[Castor (Kerntechnik)|Transportbehälter]] werden Abklingbecken über den betrieblich notwendigen Lagerbedarf der jeweiligen Kraftwerke hinaus als Zwischenlager für verbrauchte Brennelemente verwendet. So sind die deutschen Abklingbecken durchschnittlich zu 83 % gefüllt, das des [[Kernkraftwerk Isar|Kernkraftwerks Isar I]] sogar zu 91 %.<ref>{{Webarchiv |url=http://www.wdr.de/tv/monitor/sendungen/2011/0407/fukushima.php5 |wayback=20110410221444 |text=wdr.de, monitor, 7. April 2011, Markus Schmidt, Jan C. Schmitt: ''Außer Kontrolle: Die brisanten Interna zu Fukushima''}} (11. April 2011)</ref>

== Lagerzeit ==
G. Schmidt vom [[Öko-Institut]] in Darmstadt bezeichnete wegen der zur Lagerung notwendigen aktiven Kühl- und Reinigungssysteme mit der für sie benötigten Energie eine Dauer von maximal vier Jahren für die so genannte Nasslagerung als geeignet; diese bestätigte der Leiter für interne Kommunikation des [[Kernkraftwerk Grohnde|Kernkraftwerks Grohnde]].<ref>[http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1513804/ dradio.de, Deutschlandfunk, Forschung Aktuell, 26. Juli 2011, Julia Beißwenger: ''200 Meter im Castor: Das Akw Grohnde in Niedersachsen''] (31. Juli 2011)</ref>

Nach Angaben von [[Michael Sailer (Chemiker)|Michael Sailer]], dem ehemaligen Leiter der deutschen [[Reaktor-Sicherheitskommission]], lagern in den Abklingbecken deutscher Kernkraftwerke die Brennelemente ca. 5 Jahre, in denen des japanischen [[Kernkraftwerk Fukushima Daiichi|Kernkraftwerks Fukushima-Daiichi]] ca. 15 Jahre.<ref name="sailer-alternativlos">Michael Sailer im [http://alternativlos.org/14/ Podcast-Interview] vom 18. März 2011 (ab 1:22:20), abgerufen am 25. März 2011.</ref>

Mangels geeigneter Endlager werden zum Beispiel auch in den USA die dort vorgesehenen 5 Jahre deutlich überschritten.<ref>''Typically, waste must sit in pools at least five years before being moved to a cask or permanent storage, but much of the material in the pools of U.S. plants has been stored there far longer than that.'' {{Webarchiv |url=http://www.foxnews.com/us/2011/03/22/ap-impact-spent-fuel-storage-sites-packed/ |text=online |webciteID=5yI9UAiYA}}, Meldung von [[Associated Press]] vom 22. März 2011 auf [[Fox News Channel|Fox News]], abgerufen am 28. April 2011.</ref>

== Risiken ==
Im Nachhall der [[Nuklearkatastrophe von Fukushima]] erhob sich zur etwaigen Minimierung der Risiken von Kernkraftwerken der Vorschlag, Abklingbecken zukünftig räumlich von Reaktoranlagen zu trennen.

Bei der derzeit (2011) weltweit am weitesten fortgeschrittenen Planung eines möglichen Endlagers für Atommüll im schwedischen [[Kernkraftwerk Forsmark|Forsmark]] ist eine Vorgabe, abgebrannte Kernbrennstäbe möglichst wenig transportieren zu müssen.

=== Einwirkungen von außen ===
Bei Kernkraftwerken mit internen Abklingbecken befinden sich diese stets direkt neben dem Flutraum des Reaktors, um die Brennelementhandhabung zu erleichtern, und somit innerhalb des Reaktorgebäudes. Der Schutz gegen Einwirkungen von außen hängt damit von der Gebäudekonstruktion des Reaktorgebäudes ab, die in Deutschland seit Mitte der 1980er Jahre beispielsweise den Schutz gegen Flugzeugabsturz berücksichtigt. Bei [[Druckwasserreaktor]]en befindet sich das Becken innerhalb des [[Sicherheitsbehälter]]s.<ref>[http://www.wiwo.de/technologie/kernkraftwerke-nach-dem-aus-ist-noch-lange-nicht-schluss/5252322.html ''Nach dem Aus ist noch lange nicht Schluss'']. Von Wolfgang Kempkens, [[Wirtschaftswoche]], 16. März 2011.</ref>

=== Kühlung ===
[[Datei:Centrale nucleare di Caorso - Piscina Pila Nucleare.jpg|mini|Fast leerer Brennelementlagerkasten im Abklingbecken des italienischen [[Kernkraftwerk Caorso|Kernkraftwerks Caorso]]]]
Bei einem Leck oder Ausfall der Kühlung kann das Becken durch Auslaufen bzw. [[Verdampfung]] (teilweise) trockenlaufen. In diesem Fall können sich die dort gelagerten [[Brennelement]]e übermäßig erhitzen. Ist im Becken dabei noch Wasser vorhanden, kann bei ca. 800 °C das [[Zircaloy]] der Hüllrohre mit dem Wasser(-dampf) in einer exothermen Redox-Reaktion zu [[Zirconiumoxid]] und [[Wasserstoff]] reagieren und sich in kurzer Zeit ein explosives [[Knallgas]]gemisch bilden.

Bei kompletter Trockenlegung der Brennstäbe können diese in Brand geraten, was eine Zerstörung der Brennelemente zur Folge hat. Auch bei diesem Szenario wird Radioaktivität freigesetzt; zusätzlich werden mit dem entstehenden Rauch die verschiedenen in den verbrauchten Brennelementen vorhandenen Radionuklide in die Atmosphäre freigesetzt (Kamineffekt, siehe [[Katastrophe von Tschernobyl]]). Die einzige Gegenmaßnahme ist das rechtzeitige Nachfüllen kühlen Wassers, um den Wasserspiegel im Becken ausreichend hoch für die notwendige Kühlung zu halten. Da das Wasser neben der Kühlwirkung auch als Abschirmung für die [[ionisierende Strahlung]] der Brennelemente im Becken dient, ist im Falle eines zu niedrigen Wasserspiegels ein Auffüllen zusätzlich durch unter Umständen starke ionisierende Strahlung erschwert. Ebenfalls besteht die Gefahr, dass bei hoher Brennstofftemperatur durch die Wassernachspeisung die oben erwähnte Wasser-Zirkaloy-Reaktion gestartet wird.

In einer infolge der [[Nuklearkatastrophe von Fukushima]] erstellten Studie bewertet die schweizerische Atomaufsichtsbehörde [[Eidgenössisches Nuklearsicherheitsinspektorat|Ensi]] die Sicherheitslage für die Kühlmöglichkeiten der ''Brennelementlager'', sprich der ''Abklingbecken'', in den Kernkraftwerken [[Kernkraftwerk Beznau|Beznau]] I und II sowie [[Kernkraftwerk Leibstadt|Leibstadt]] am [[Hochrhein]] als „nicht ausreichend“.<ref>[http://www.badische-zeitung.de/kreis-waldshut/atomaufsicht-uebt-kritik--45000213.html badische-zeitung.de, ''Lokales, Kreis Waldshut'', 7. Mai 2011, bz: Atomaufsicht übt Kritik] (7. Mai 2011)</ref> Es wurden Nachrüstmaßnahmen angeordnet.<ref>{{Webarchiv|url=http://static.ensi.ch/1320054384/fukushima_lessons-learned.pdf |wayback=20150209180516 |text=''Lessons Fukushima 11032011. Lessons Learned und Prüfpunkte aus den kerntechnischen Unfällen in Fukushima'' |archiv-bot=2023-06-04 21:50:42 InternetArchiveBot }} (PDF; 3,1 MB). Bericht der [[ENSI]] vom 29. Oktober 2011, S. 8.</ref>

=== Undichtigkeiten ===
Auch in Abklingbecken können sich Unfälle ereignen und Radioaktivität, zum Beispiel über entweichendes Kühlwasser, freigesetzt werden. So wird beim Becken des amerikanischen [[Kernkraftwerk Indian Point|Kernkraftwerks Indian Point]] derzeit beobachtet, dass unter den Grenzwerten liegende Mengen von [[Tritium]], [[Cäsium]] und [[Strontium]] ins Grundwasser gelangen und von dort weiter in den [[Hudson River]] verschleppt werden.<ref name="USNRC-FAQ-IPGL" />

Sollte das Kühlwasser durch ein größeres Leck relativ schnell entweichen und sollten Notfallmaßnahmen zur Nachspeisung des Wassers etwa mittels Tanklöschfahrzeugen nicht rechtzeitig funktionieren, so droht bei starker Entleerung des Beckens ein sogenannter [[Metallbrand|Zirkoniumbrand]], d. h. die Zirkon-Hüllrohre der Brennelemente reagieren nach ihrer Aufheizung heftig mit Sauerstoff. Neue Experimente mit einzelnen Brennstäben haben ergeben, dass es nach einer durchschnittlichen Zeitdauer nach Entnahme aus dem Reaktor rund 12 Stunden dauert, bis eine Entzündung auftritt. Wurden die Brennelemente allerdings erst vor kurzer Zeit dem Reaktor entnommen (die [[Nachzerfallswärme]] ist so noch höher), kann sich diese Zeitdauer bis zur Entzündung jedoch erheblich verkürzen.<ref>[[ENSI]]: ''Erfahrungs- und Forschungsbericht 2011/„OECD-SFP-Project“''</ref>

=== Wasserstoffbildung ===
Im Normalbetrieb kann sich durch [[Radiolyse]] in der Nähe der eingelagerten Brennelemente das Wasser in [[Wasserstoff]] und [[Sauerstoff]] spalten. Damit sich keine größeren Ansammlungen dieser beiden Gase ([[Knallgas]]) unter dem Dach des Abklingbeckens sammeln können, muss die Luft von dort kontinuierlich abgesaugt werden, da ansonsten gegebenenfalls nach einiger Zeit [[Explosion]]sgefahr besteht.

== Siehe auch ==
* [[Abklinganlage]]
* [[Zwischenlager (Kerntechnik)]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="USAInc-FCNS">
{{Internetquelle |url=http://www.usainc.org/members/index.html?organization_id=47198 |titel=Fort Calhoun Nuclear Station |titelerg=Used Fuel Storage |hrsg=Utilities Service Alliance (USA) |abruf=2011-03-24 |sprache=en}}
</ref>
<ref name="USNRC-FAQ-IPGL">
{{Internetquelle |url=http://www.nrc.gov/info-finder/reactor/ip/ip-groundwater-leakage/faq.html |titel=Frequently Asked Questions About Indian Point Groundwater Leakage |titelerg=What are the levels of radioactive contamination seen from the monitoring wells? |hrsg=U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) |abruf=2011-03-24 |sprache=en}}
</ref>
</references>

[[Kategorie:Zwischenlager für radioaktiven Abfall| Abklingbecken]]
[[Kategorie:Kernbrennstofftechnik]]
[[Kategorie:Reaktortechnik]]
[[Kategorie:Radioaktiver Abfall]]

Abklingbecken - Versionsgeschichte

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