Rückbau des Forschungsreaktors Diorit kurz vor dem Abschluss

1. Geschichte

In den 50er-Jahren wurde auf Initiative von Prof. Paul Scherrer der schwerwassermoderierte Natururan-Forschungsreaktor Diorit mit einer Leistung von 20 MW aufgebaut. Nach einigen Jahren Laufzeit ist er in den Jahren 1970-1972, bei gleichzeitiger Leistungserhöhung auf 30 MW, umgebaut worden. Im Jahr 1977 wurde er definitiv abgeschaltet und stillgelegt. Ein erstes Konzept für den vollständigen Rückbau des Diorit wurde 1980 erarbeitet. Damals wurde die Einteilung in die Phasen 0, 1A, 1B, 2A und 2B (siehe Kap. 3) vorgenommen. Nach Erhalten der Freigabe durch die Hauptabteilung für die Sicherheit der Kernanlagen (HSK) für die Phasen 0 und 1A und der Bewilligung für die Phase 1B (BEW; Schweizerisches Bundesamt für Energiewirtschaft) wurde 1982 mit den Rückbauarbeiten begonnen, aber im gleichen Jahr wegen finanzieller Engpässe auch wieder eingestellt. Mit der Fusion des Eidgenössischen Instituts für Reaktorforschung (EIR) und des Schweizerischen Instituts für Nuklearforschung (SIN) zum heutigen Paul Scherrer Institut (PSI) im Jahre 1988 erhielt der Rückbau indirekt neuen Auftrieb und das PSI beschloss, den Diorit vollständig rückzubauen.

2. Rückbauphilosophie
Mit der gewählten Rückbauphilosophie "Von oben nach unten und von innen nach aussen" wollte man das bestehende Containment bis zum Ausbau aller grossen Aktivitäten zu Abschirmzwecken ausnützen. Dies hat sich bis heute bewährt.

3. Rückbauphasen
In den ersten Rückbauphasen sind alle inaktiven, unkontaminierten und nicht mehr benötigten Anlagenteile, sowie das aktivierte und kontaminierte Reservematerial entfernt bzw. konditioniert und zwischengelagert worden. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Umfang der Rückbauphasen und den Status der Rückbauarbeiten.

3.1 Phase 2B mit 14 Rückbauschritten
1994 hat das PSI begonnen, in der Phase 2B in 14 Rückbauschritten die aktivierten Reaktorstrukturen des Diorit rückzubauen. Dies betraf die Demontage der zentralen Einbauten und des eigentlichen Reaktorblocks. Zum heutigen Zeitpunkt sind die letzten Rückbauschritte in Arbeit.

3.2 Rückbauschritte

1. Ausbau der vertikalen Einschübe
2. Ausbau der Reaktorkammern
3. Ausbau der horizontalen Strahlrohrverschlüsse
4. Rohrtrennen im Tank I & II inkl. Wasserschild
5. Ausbau und Zerlegung der oberen Abschirmung
6. Ausbau vom Reaktortank II und Zerlegung von Tank I & II
7. Ausbau und Zerlegung der unteren Abschirmung
8. Ausbau und Zerlegung der obere Trägerplatten
9. Ausbau und Granulierung des Reaktorgraphits
10. Ausbau und Zerlegung der unteren Trägerplatten bis Dez. 2003
11. Ausbau und Zerlegung des thermischen Schildes bis Dez. 2003
12. Ausbau und Zerlegung des biologischen Schildes bis Dez. 2003
13. Ausbau und Zerlegung des Fundamentringes bis Dez. 2003
14. Ausbau und Zerlegung des inaktiven Betons ab Jan. 2004

4. Rückbaupfade/Zerlegemethoden/Verfahren
In der Phase 2B, dies betrifft die Demontage der zentralen Einbauten und des eigentlichen Reaktorblocks, wurden Einrichtungen aufgebaut, um einerseits die diversen Anlagenteile zu zerlegen und im Volumen zu reduzieren und andererseits das aktivierte Material in geeigneten Gebinden für ein Endlager vorzubereiten. Folgende Pfade und Einrichtungen wurden erstellt:

• Ein Aluminiumpfad, mit Zerlegeeinrichtungen für die zwei aus Aluminium bestehenden Reaktortanks, die Boralabschirmungen und den Wasserschild wie: Rohrtrennwerkzeug, Kreissäge, Schmelzofen und Kraneinrichtungen.
• Ein Stahl-/Grauguss- und Colemanitbetonpfad, mit diamantbestückten Werkzeugen, wie einer Seilsäge, einer Kernbohr- und einer Kreissägeeinrichtung für die vorwiegend aus Stahl-/Grauguss und Colemanitbeton bestehenden zentralen Einbauten. Innerhalb dieses Pfades wurde speziell für die Arbeitsschritte 8 bis 13 ein Aufbau auf dem Reaktor errichtet. Bild 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Reaktor während des Rückbauschrittes 9. In diesem aus 500 mm dicken Betonelementen bestehenden, massiven Aufbau, der auch eine umlaufende (360°) Kraneinrichtung enthält, wurde an drei Kettenzügen eine Arbeitsplattform für die Aufnahme der verschiedenen Trennwerkzeuge gehängt. Der den Reaktor nach oben verschliessende, nur schwach an der Unterseite aktivierte Drehdeckel wurde abgehoben und im Abklinglager deponiert. Auf der Arbeitsplattform konnten nun die diversen Zerlegeeinrichtungen aufgebaut und aus dem Kommandoraum fernbedient und audiovisuell überwacht bzw. gesteuert werden.

Über diese beiden Rückbaupfade, sowie über den Einsatz von diamantbestückten Werkzeugen ist bereits in früheren Veröffentlichungen von F. Leibundgut und H. Pauli [1], [5] eingehend berichtet worden. Für jeden Rückbauschritt wurden zu Händen der Sicherheitsbehörde (HSK) Freigabeanträge mit detaillierten Strahlenschutzplanungen eingereicht.
Die untenstehende Tabelle zeigt die Zerlege-Techniken und Verfahren, die angewandt wurden.

5. Substitution von grobkörnigem Sand durch gemahlenen aktiven Reaktorgraphit
Der chemisch inerte Reaktorgraphit des zylindrischen und horizontalen Reflektors stellte in bezug auf die gespeicherte Wigner-Energie keine wesentlichen Probleme dar. Die ca. 45 Tonnen Graphit, die in Blöcken von 20 bis 40 kg vorlagen, wurden in einem eigens dafür entwickelten 2-stu-figen Schredder nass gemahlen und in 200-Liter-Fässern verpackt zwischengelagert. Zu einem späteren Zeitpunkt wird dieser auf eine Korngrösse von 5 mm gemahlene Reaktorgraphit anstelle von grobkörnigem Sand (Substitution) zusammen mit Zement als Verfestigungsmaterial zu einer festen Abfallmatrix in den 16-Tonnen-Betonkleincontai-nern endkonditioniert. Mit der Substitution von grobkörnigem Sand durch den gemahlenen Reaktorgraphit konnte die Abfallmenge um ca. 10 Container verringert werden, was einer Einsparung von ca. EUR 1 Mio. entspricht. Dieses Verfahren ist durch das PSI, G. Tress [7], im Jahr 2000 patentiert und von H.-F. Beer [6] an der WM'02 in Tucson (AZ) 2002 veröffentlicht worden.

6. Endkonditionierung in 16-Tonnen Beton-Kleincontainer
Die ausgebauten und zerlegten, aktivierten und/oder kontaminierten Anlagenteile mit einer Dosisleistung > 0.5 (mSv/h werden alle in 16-Tonnen Beton-Kleincontainer eingefüllt und mit der spezifizierten Graphit-Zement-Mörtelmatrix vergossen. Wir rechnen mit über 45 endkonditionierten 16-Tonnen Beton-Kleincontainern für eine Endlagerung. Leicht aktivierte Teile mit Dosisleistungen > 0.5 (mSv/h werden in einem Abklinglager deponiert um später frei gemessen werden zu können.

7. Strahlenschutzaspekte
Die nachfolgende Tabelle 3 gibt einen Überblick über die bis heute vom Rückbaupersonal akkumulierten Jahresdosen in der Phase 2B.
Ziel für den gesamten Rückbau des Reaktors Diorit ist eine Kollektivdosis von höchstens 150 Personen-mSv. Für beruflich strahlenexponierte Personen gilt nach der schweizerischen Strahlenschutzverordnung (StSV) ein Grenzwert von > 20 mSv/ Jahr.

8. Umnutzung der Anlagen
Zum heutigen Zeitpunkt lässt der Stand der Rückbauarbeiten darauf schliessen, dass die Rückbauschritte 1 bis 14 (alle aktiven Einrichtungen ausgebaut, zerlegt und in 16-Tonnen Betonkleincontainer eingefüllt) bis Ende 2003 abgeschlossen werden können. Mit der zum heutigen Zeitpunkt geplanten Betoniereinrichtung werden in den nächsten Jahren die 16-Tonnen Betonkleincontainer mit der vom PSI spezifizierten und weltweit, patentierten Graphitzementmörtelmatrix [7] endkonditioniert, um später in einem noch zu bestimmenden Endlager, "für die Ewigkeit" eingelagert werden zu können. In einer nächsten Phase wird dann für den Diorit bei der HSK ein Gesuch für die Umnutzung der Anlagen beantragt. Die für den Rückbau des Diorit erstellten Einrichtungen sollen in Zukunft auf für andere Rückbauarbeiten eingesetzt werden können.

9. Finanzieller Aufwand
Die veranschlagten Kosten für die Erstellung der Rückbaueinrichtungen im Diorit sowie das temporär eingestellte Rückbaupersonal liegen zurzeit bei ca. CHF 8,5 Mio. Die Kosten für die Endlagerung sowie die Kosten für das PSI-eigene Projektpersonal sind darin nicht enthalten.
Die Kosten für das Zerlegen des inaktiven Reaktors dürfen nicht vernachlässigt werden, sind doch relativ viele kleinere und grössere Brocken Stück für Stück frei zu messen, um als inaktives Material abgegeben werden zu können. Diese zurzeit sich in der Planung befindende Phase 3 wird unsere zukünftige Aufgabe sein.

10. Ausblick
Das PSI hat für den Rückbau des Forschungsrektors Diorit, soweit wie möglich, auf internes Know-how zurückgegriffen. Einerseits konnten so direkt Kenntnisse von älteren Mitarbeitern genutzt werden, die beim Auf- und Umbau des Diorit dabei waren, heute aber in anderen Projekten des Instituts tätig sind, andererseits bleibt dadurch das gewonnene Fachwissen vollumfänglich im PSI, was im Hinblick auf andere Rückbauarbeiten sehr sinnvoll ist.

Literaturverzeichnis
[1] F. Leibundgut, "Stillegung und Rückbau des Forschungsreaktors Diorit", V. Stillegungskolloquium Hannover 1997
[2] G. Tress, H.-F. Beer, "Konditionierung und Entsorgung der radioaktiven Abfälle aus den stillgelegten Forschungsreaktoren Diorit und SAPHIR", V. Stillegungskolloquium Hannover 1997
[3] H.K Tönshoff, Th. Friemuth, H. Hillmann-Apmann "New Applications for Wire Sawing: Cut-ting of Steel Components", Kontec'99
[4] F. Leibundgut, "Decomissining and Dismant-ling of the Diorit Research Reactor", Proceedings of the 7th International Conference on "Radioactive Waste Management and Environmental Reme-diation" Nagoya, Japan 1999
[5] H. Pauli, Fritz Leibundgut, "Rückbau des Forschungsreaktors Diorit unter Einsatz von diamantbestückten Werkzeugen", VI. Stillegungskolloquium Hannover 2000
[6] H.-F. Beer, L Doehring, H. Pauli, "Optimised Conditioningof activated Reactor Graphite" WM 02 Tucson,AZ2002
[7] G. Tress, L. Doehring, Internationales Patent Nr. WO 0077793, Veröffentlichungsdatum 21.12. 2000