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Dr. Jan van Aarle, Dr. Bernard Knecht, Dr. Auguste Zurkinden, Hauptabteilung für die Sicherheit der Kernanlagen, Sektion Transporte und Entsorgung, CH-5232 Villigen-HSK (Nachdruck des Artikels aus der Strahlenschutzpraxis 3/2003, Seite 38 ff)
1998 wurde bekannt, dass bei Transporten abgebrannter Brennelemente aus der Schweiz zu den Wiederaufarbeitungsanlagen in Frankreich und England häufig Überschreitungen der gefahrengutrechtlichen Kontaminationsgrenzwerte festgestellt wurden. Auch Transporte leerer Behälter in die Schweiz waren betroffen. Die zuständigen Behörden der betroffenen Länder forderten daraufhin eine Reihe von Massnahmen, um Überschreitungen der gefahrengutrechtlichen Grenzwerte möglichst zu vermeiden. In der Schweiz wurden technische, radiologische und organisatorische Massnahmen ergriffen. Zwischen August 1999 und Oktober 2002 wurden 37 Transporte abgebrannter Brennelemente sowie drei Transporte mit verglasten hochaktiven Abfällen aus der Wiederaufarbeitung durchgeführt, wobei bei keinem dieser Transporte Überschreitungen der gefahrengutrechtlichen Grenzwerte für Kontaminationen und Dosisleistung festgestellt wurden. Dies zeigt die Effektivität der ergriffenen Massnahmen sowie die erhöhte Aufmerksamkeit der Betreiber in Bezug auf Kontaminationen.
Historischer Überblick
Seit den frühen 1970er-Jahren werden regelmässig Transporte mit abgebrannten Brennelementen von den Schweizer Kernkraftwerken zu den Wiederaufarbeitungsanlagen der Cogema in Frankreich und der BNFL in England durchgeführt. Im April 1998 wurde die zuständige schweizerische Behörde, die HSK, durch die zuständige französische Behörde darüber unterrichtet, dass an der Umladestation in Valognes (F) häufig Überschreitungen der gefahrgutrechtlichen Kontaminationsgrenzwerte festgestellt wurden. Diese Kontaminationen befanden sich sowohl auf der Aussenseite der Transportbehälter, als auch an den Innenseiten der Bahnwagen. In einigen Fällen wurden die gesetzlichen Grenzwerte um mehrere Grössenordnungen überschritten. Betroffen waren nicht nur Transporte zwischen den französischen Kernkraftwerken und Cogema, sondern auch Transporte zwischen Deutschland und Frankreich sowie der Schweiz und Frankreich. Es wurde ferner klar, das Kontaminationen auch bei Transporten von und zu BNFL auftraten. Als Ergebnis dieser Feststellungen wurden alle Bewilligungen für Transporte abgebrannter Brennelemente von schweizerischen Kernkraftwerken ins Ausland durch das Bundesamt für Energie (BFE) aufgehoben.
Nach einer Bewertung der durch die Kernkraftwerksbetreiber vorgeschlagenen Verbesserungsmassnahmen sowie nach Gesprächen mit den zuständigen Behörden Frankreichs, Englands und Deutschlands veröffentlichte die HSK im März 1999 einen Bericht mit technischen, radiologischen und organisatorischen Massnahmen [1] mit dem Ziel, zukünftig die Einhaltung der Kontaminationsgrenzwerte sicherzustellen. Nachdem die geforderten Massnahmen durch die bei den Transporten beteiligten Unternehmen (Versender, Empfänger, Beförderer und Transportorganisator) umgesetzt wurden, erlaubte das BFE die Wiederaufnahme der Transporte und erteilte die erste Transportbewilligung im August 1999.
Zwischen August 1999 und Oktober 2002 wurden 37 Transporte abgebrannter Brennelemente (19 zu Cogema, 11 zu BNFL und 7 zum Zwilag), sowie drei Transporte mit verglasten hochaktiven Abfällen aus der französischen Wiederaufarbeitungsanlage in La Hague zum Zwilag durchgeführt. Alle diese Transporte erfolgten ohne Überschreitung der gefahrgutrechtlichen Kontaminationsgrenzwerte. Im Folgenden werden die durch die HSK geforderten technischen, radiologischen und organisatorischen Massnahmen beschrieben und die bei den Transporten gemachten Erfahrungen diskutiert.
Technische Massnahmen
Die durchgeführten Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass die festgestellten Kontaminationen hauptsächlich mit den Be- und Entladevorgängen in den Brennelementbecken der Kernkraftwerke und Wiederaufarbeitungsanlagen in Verbindung standen. Es war daher vor allem ein besserer Schutz der Behälteroberfläche während der Be-und Entladung der Behälter erforderlich.
Massnahmen bei der Anlieferung leerer Transportbehälter in die Schweiz
Wie in [2] nachgewiesen wurde, können Kontaminationen, die über eine Reihe von Transporten an einer Stelle fixiert sind, unter veränderten Bedingungen mobilisiert werden. Eine festgestellte Kontamination muss also nicht notwendigerweise vom letzten Transport des Behälters stammen. Darüber hinaus ist die Dekontamination von Transportbehältern, deren Wärmeabfuhrzone mit sogenannten Kühlstacheln besetzt ist, schwierig. Die Schweizer Kernkraftwerksbetreiber forderten daher, dass leere oder entladene Transportbehälter vor dem Versand in die Schweiz mit Hochdruckwasser gereinigt werden. Zusätzlich forderte die HSK, dass die Behälter während einer Transportkampagne, normalerweise mehrere aufeinanderfolgende Transporte zu einem schweizerischen Kernkraftwerk, nicht anderweitig eingesetzt werden dürfen ("exklusive Behälter"). Um der generellen Forderung nach erweiterten Messprogrammen Rechnung zu tragen, wurde die Zahl der Kontrollmessungen, welche bezüglich Kontamination und Dosisleistung bei der Ankunft bzw. vor der Abfahrt von Transportbehältern durchzuführen sind, deutlich erhöht.
Aus Sicht der HSK, führt die wiederholte Reinigung mit Wasser unter Druck zu nachhaltig gereinigten Transportbehältern und reduziert somit das Auftreten von Kontaminationen. Die Verwendung von exklusiven Behältern reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Behälter während einer Transportkampagne Kontaminationen aus anderen insbesondere ausländischen Kernkraftwerken einschleppt. Die erweiterten Messprogramme bezüglich Kontamination und Dosisleistung liefern eine verbesserte Übersicht über die radiologische Situation bei den Transportbehältern und den verwendeten Transportmitteln. Diese Massnahmen werden daher weitergeführt.
Bei der Ankunft leerer Behälter für Transporte abgebrannter Brennelement an der Schweizer Grenze (Bahn- oder Strassentransport) forderte die HSK Kontrollmessungen bezüglich Kontamination sowohl an den Aussenflächen als auch an den leicht zugänglichen Innenflächen der Beförderungsmittel. Diese Messungen dienten insbesondere dazu, der Bevölkerung und den beteiligten Bahnbeamten zu zeigen, dass die ankommenden Transporte frei von Kontaminationen in die Schweiz gelangen. Diese Grenzkontrollen erfolgten später auch bei der Anlieferung von verglasten hochaktiven Abfällen aus der Wiederaufarbeitung. Aufgrund der Tatsache, dass alle zwischen August 1999 und Oktober 2002 durchgeführten Transporte keine Kontaminationen oberhalb der gesetzlichen Grenzwerte aufwiesen, fordert die HSK diese Massnahme seit Januar 2003 nicht mehr, auch um damit unnötige Verzögerungen an der Grenze zu vermeiden.
Massnahmen bei der Beladung von Transportbehältern in der Schweiz
Die Analyse zum Auftreten der Kontaminationen zeigte, dass diese insbesondere auf einen mangelhaften Schutz der Behälteroberfläche während des Beiadens zurückzuführen waren, wenn sich der Behälter im Brennelementbecken befindet. Die HSK forderte daherfolgende Massnahmen im Zusammenhang mit dem Beladen der Behälter: Nuklidanalyse des Beckenwassers vor und nach der Beladung, Kontaminationsmessungen an der Innenseite der Schutzhemden, zusätzliche Abdeckung der Behälter sowie Messung und Aufzeichnung des Durchflusses und der Druckdifferenz des Wassers im Spalt zwischen der Behälteroberfläche und dem Schutzhemd.
Die Analyse des Beckenwassers vor und nach dem Beladen zeigte generell einen Anstieg der Aktivität, vorwiegend durch Korrosionsprodukte. Sie lieferte jedoch keine klaren Hinweise auf eingeschleppte Kontaminationen in das Beckenwasser. Immerhin garantiert die regelmässige Reinigung des Beckenwassers unter einen bestimmten Aktivitätsrichtwert optimale radiologische Bedingungen. Die Aktivitätsmessung nach der Beladung gibt Aufschluss über die radiologische Situation nach dem Herausheben des Behälters aus dem Brennelementbecken. Aufgrund des geringen Aufwandes werden diese Messungen weitergeführt.
Die in den schweizerischen Kernkraftwerken verwendeten Schutzhemden für die Transportbehälter, schützen hauptsächlich die Wärmeabfuhrzone vor dem Kontakt mit dem Beckenwasser. Eine Kontamination auf der Innenseite des Schutzhemdes könnte auf die Wärmeabfuhrzone übertragen werden. Daher müssen die Innenseiten der Schutzhemden vor und nach dem Beladen kontrolliert werden. Diese Forderung bleibt für diejenigen Transportbehälter bestehen, bei denen ein Schutzhemd verwendet wird.
Zusätzlich wurde gefordert, dass Kopf und Boden des Behälters mit selbstklebender Folie abgedeckt werden, um einen möglichst vollständigen Schutz des Behälters zu erreichen. Die Erfahrungen zeigen, dass die zusätzlichen Abdeckungen am Kopf und am Boden des Behälters sehr effektiv dazu beitragen, um Kontaminationen zu vermeiden und um die Dekontamination des beladenen Behälters zu erleichtern. Die Forderung wird daher aufrechterhalten.
Für die Zeit, in der sich der Behälter im Brennelementbecken befindet, wird der Raum zwischen der Behälteraussenfläche und dem Schutzhemd ständig mit inaktivem Wasser durchspült. Eine Kontamination durch das Beckenwasser findet nicht statt, wenn der hydrostatische Überdruck im Raum zwischen Behälter und Schutzhemd aufrechterhalten wird. Die Möglichkeit einer Unterbrechung des Durchflusses besteht z. B. durch eine Verstopfung des Zulaufes, welche zu einem Verlust des Überdruckes im Zwischenraum und eventuell zu einer Kontamination des Behälters führen würde. Daher forderte die HSK, dass der Durchfluss und die Druckdifferenz kontinuierlich aufgezeichnet werden muss. Die HSK ist der Ansicht, dass die Druckdifferenz- und Durchflussüberwachung im Raum zwischen dem Behälter und dem Schutzhemd für diejenigen Behälter weitergeführt werden muss, bei denen die Wärmeabfuhrzone durch ein Schutzhemd geschützt wird.
Massnahmen vor dem Versand beladener Behälter aus Schweizer Kernkraftwerken
Im Zusammenhang mit dem Versand beladener Transportbehälter forderte die HSK folgende Massnahmen: Dampfreinigung des beladenen Behälters, ein erweitertes Messprogramm bezüglich Kontamination und Dosisleistung am Behälter und dem Beförderungsmittel sowie eine Kontrolle auf Kontamination an Behälter und Beförderungsmittel durch eine unabhängige Institution.
Nach dem Beladen wird der Behälter aus dem Brennelementbecken gehoben, getrocknet, gereinigt und auf Kontamination überprüft. Zur Verbesserung forderte die HSK eine zusätzliche Dampfreinigung mit konventionellen Geräten. Aktivitätsmessungen im aufgefangenen Kondenswasser zeigen regelmässig messbare Aktivitäten auch dann, wenn vor der Reinigung keine Kontamination messbar war. Diese Ergebnisse bestätigen, dass die Dampfreinigung erforderlich ist und weitergeführt werden muss.
Die Dokumentationen für die Transporte abgebrannter Brennelemente zur Wiederaufarbeitung bzw. zum Zwilag sowie für die Transporte verglaster hochaktiver Abfälle wurden weitgehend vereinheitlicht. Sie beinhalten die Protokolle des erweiterten Messprogramms bezüglich Kontamination und Dosisleistung am Behälter und am Beförderungsmittel. Die Zahl der Messpunkte ist heute ca. dreimal so hoch wie vor 1999. Um einen besseren Überblick über die radiologische Situation am Behälter bzw. am Beförderungsmittel zu erhalten, forderte die HSK, dass die effektiven Messwerte (nicht nur die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte) zu dokumentieren sind. Nach Ansicht der HSK ist die neue Transportdokumentation mit dem erweiterten Messprogramm geeignet, um Kontaminationen am Behälter und am Beförderungsmittel mit hoher Wahrscheinlichkeit festzustellen. Diese Massnahme wird daher auch zukünftig beibehalten.
Die unabhängige Kontaminationskontrolle an Behältern und Beförderungsmitteln wurde zuerst durch die französische Bahngesellschaft SNCF für alle Bahntransporte mit abgebrannten Brennelementen und verglasten hochaktiven Abfällen auf ihrem Schienennetz gefordert. Die HSK forderte zusätzlich auch unabhängige Kontrollen bei Transporten abgebrannter Brennelemente auf der Strasse und bei allen Inlandtransporten. Die HSK ist der Auffassung, dass diese unabhängigen Kontrollen signifikant zum Aufbau des Vertrauens in die sichere Abwicklung von Transporten abgebrannter Brennelemente und verglaster hochaktiver Abfälle beiträgt. Zukünftig wird daher auch diese Massnahme beibehalten.
Radiologische Massnahmen
Als zusätzliche vertrauensbildende Massnahme bezüglich der Sicherheit der Transporte abgebrannter Brennelemente und verglaster hochaktiver Abfälle forderte die HSK in Übereinstimmung mit den Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) dass die Individualdosen der an den Transporten beteiligten Bahnarbeiter, die generell nicht als beruflich strahlenexponiert eingestuft sind, erfasst werden müssen. Die HSK forderte daher, dass alle Bahntransporte in der Schweiz durch qualifiziertes Strahlenschutzpersonal begleitet werden, um die Dosisleistung und Bestrahlungsdauer jedes beteiligten Bahnarbeiters zu erfassen und aufzuzeichnen.
Die Ergebnisse der 26 Bahntransporte, welche zwischen August 1999 und Oktober 2002 erfolgten, zeigen, dass die maximale Individualdosis der Bahnarbeiter 2 Mikrosievert pro Transport betrug. Die erfassten Daten zeigen, dass keine radiologische Gefährdung der an den Transporten beteiligten Bahnarbeiter vorliegt. Diese Massnahmen werden daher nicht weitergeführt.
Organisatorische Massnahmen
Die Analyse der Gründe für das Auftreten der Kontaminationen bei Transportbehältern und -fahrzeugen zeigte, dass während mehr als 10 Jahren regelmässig Kontaminationen auftraten, ohne dass etwas zur Verbesserung der Situation unternommen wurde. Dies war möglich, weil bei den Transporten radioaktiver Materialien keine Pflicht zur gegenseitigen Benachrichtigung in Fällen von Abweichungen in Bezug auf gesetzliche Grenzwerte bestand. Um diese Situation zu verbessern, entschied die HSK, dass alle Abweichungen bei Grenzwerten für Dosisleistung und Kontamination durch das betroffene Kernkraftwerk gemeldet werden müssen. Des Weiteren forderte die HSK die schweizerischen Kernkraftwerke auf, diese Forderung in ihre Qualitätssicherungsprogramme zu integrieren. Bei Transporten radioaktiver Materialien, die eine atomrechtliche Bewilligung benötigen, muss diese Bewilligung von allen am Transport beteiligten Unternehmen (Versender, Empfänger, Beförderer und Transportorganisator) beantragt werden. Die Bewilligung enthält klare Auflagen für die beteiligten Partner, um sicherzustellen, dass die verschiedenen Partner sich ihrer Verantwortlichkeiten bewusst sind.
Gute Erfahrungen mit diesen Massnahmen wurden nicht nur beim Transport abgebrannter Brennelemente zu den Wiederaufarbeitungsanlagen in Frankreich und England gemacht, sondern auch bei den Inlandtransporten mit abgebrannten Brennelementen und den Transporten von verglasten hochaktiven Abfällen zum Zwilag. Alle diese Transporte erfolgten in voller Übereinstimmung mit den gesetzlichen Anforderungen bezüglich Kontamination und Dosisleistung. Die Massnahmen werden daher weitergeführt.
Fazit
Zwischen August 1999 und Oktober 2002 führten die Schweizer Kernkraftwerke 37 Transporte mit abgebrannten Brennelementen zu den Wiederaufarbeitungsanlagen in Frankreich und England sowie dem Zwilag durch. Alle diese Transporte erfolgten in Übereinstimmung mit den gefahrgut-rechtlichen Grenzwerten für Kontamination und Dosisleistung. Zusätzlich wurden drei Transporte mit verglasten hochaktiven Abfällen aus der französischen Wiederaufarbeitungsanlage zum Zwilag durchgeführt. Auch bei diesen Transporten kam es zu keinerlei Abweichungen.
Diese Ergebnisse sind ermutigend und zeigen, dass die durch die HSK im März 1999 [1] geforderten Massnahmen nachhaltig zur Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte bezüglich Kontamination und Dosisleistung beitragen. Sie hat dies in ihrer Bilanz über die Transporte abgebrannter Brennelemente im Oktober 2002 dokumentiert [3] und damit die Basis für zukünftige Transporte festgelegt.
Literatur
[1] Stellungnahme zu den Kontaminationen beim Transport abgebrannter Brennelemente, HSK-AN-3504, March 1999
[2] Gutachterliche Stellungnahme zu aufgetretenen Kontaminationen bei der Beförderung von Behältern mit abgebrannten Brennelementen aus deutschen Kernkraftwerken, Bericht der Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit (GRS) mbH, 11. September 1998
[3] Bilanz über die Transporte abgebrannter Brennelemente, HSK-AN-4434, November 2002
Quelle
Dr. Jan van Aarle, Dr. Bernard Knecht, Dr. Auguste Zurkinden