DIN 25472-2012 Criticality safety for final disposal of nuclear fuels to be discarded《核燃料丢弃的最终处置的临界安全性》.pdf

1、August 2012DEUTSCHE NORMNormenausschuss Materialprfung (NMP) im DINPreisgruppe 32DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS 27.120.30!$|r“1897992www.din.deDDIN 25472Kr

2、itikalittssicherheit bei der Endlagerung ausgedienterKernbrennstoffeCriticality safety for final disposal of nuclear fuels to be discardedLa sret criticit du stockage dfinitif des combustibles nuclaires etre ussAlleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 1

3、04 SeitenDIN 25472:2012-08 2 Inhalt Seite Vorwort 3 Einleitung .4 1 Anwendungsbereich .8 2 Normative Verweisungen 8 3 Begriffe und Symbole 9 3.1 Begriffe der Kritikalittssicherheit der Endlagerung ausgedienter Kernbrennstoffe 9 3.2 Begriffe aus Geologie, Geophysik, Chemie und Geochemie, Hydrologie u

4、nd Geohydrologie sowie Klimatologie . 16 3.3 Symbole . 18 4 Kritikalittssicherheit . 23 4.1 Grundstze 23 4.2 Auslegungsannahmen und Festlegungen . 32 4.3 Parameter und Randbedingungen der Kritikalittsanalyse eines Endlagers 41 5 Kontrollen der Beladung und der Aufstellung der Lagereinheiten . 44 5.1

5、 Allgemeine Anforderungen 44 5.2 Feststellung des Abbrandes 45 6 Dokumentation 45 Anhang A (informativ) Erluterungen zur Integralen Kritikalittssicherheitsauslegung“ (Erluterungen zu 4.1.2) . 46 A.1 Allgemeines . 46 A.2 Erluterungen zur Herleitung der Integralen Kritikalittssicherheitsauslegung aus

6、der Deterministischen Kritikalittssicherheitsauslegung . 46 A.3 Erluterungen zu den Grundlagen der Berechnung der Wahrscheinlichkeit des Eintretens von Kritikalitt in Kernbrennstoffanordnungen 50 A.4 Kurze Beschreibung von Methoden zur Berechnung oder Abschtzung der Eintrittswahrscheinlichkeit eines

7、 Ereignisses oder Ereignisablaufs 59 Anhang B (informativ) Erluterungen zur Anwendung der Integralen Kritikalittssicherheitsauslegung auf die Nachbetriebsphase und zu den erforderlichen Betrachtungszeitrumen (Erluterungen zu 4.1.3) 62 Anhang C (informativ) Darstellung dynamischer Regelkreise klimati

8、scher, geologischer, hydrologischer und zivilisatorischer Einflussfaktoren, die fr die Analyse nach 4.1.2.2 zu betrachtender Ereignisablufe sowie fr die Ausarbeitung nach 4.1.3 zu entwickelnder Szenarien von Interesse sein knnen (Erluterungen zu 4.3 d) und e) 66 Anhang D (informativ) Erluterungen in

9、 Anhang C gebrauchter Begriffe aus Geologie, Geophysik, Chemie und Geochemie, Hydrologie und Geohydrologie sowie Klimatologie 87 Literaturhinweise . 102 DIN 25472:2012-08 3 Vorwort Das vorliegende Dokument wurde vom Fachbereich 7 Kerntechnik im NMP, Arbeitsausschuss NA 062-07-45 AA Kritikalittssiche

10、rheit“ erarbeitet und erstellt. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Texte dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. Das DIN ist nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. DIN 25472:2012-08 4 Einleitung Dieses Dokument enthlt Anforder

11、ungen, die die Einhaltung der Sicherheit gegen potentielle Kritikalitt bei der Endlagerung ausgedienter Kernbrennstoffe sicherstellen: Fr die Betriebsphase eines Endlagers fr ausgediente Kernbrennstoffe stellen diese Anforderungen die Einhaltung der Kritikalittssicherheit beim Umgang mit den ausgedi

12、enten Kernbrennstoffen sowie bei der Lagerung dieser Stoffe sicher. Fr die Nachbetriebsphase eines Endlagers fr ausgediente Kernbrennstoffe stellen diese Anforderungen sicher, dass die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt und erforderlichenfalls die Folgen postulierter Kritikalittsexkursionen

13、 hinreichend begrenzt werden. Diese Anforderungen gelten unabhngig vom Standort eines Endlagers fr ausgediente Kernbrennstoffe und unabhngig vom Endlagerwirtsgestein. Entsprechend den gestellten Anforderungen wird die Einhaltung der Kritikalittssicherheit in der Betriebsphase eines Endlagers durch d

14、ie Einhaltung von Sicherheitsprinzipien in der Kritikalittssicherheits-auslegung der Anlagen, Einrichtungen und Komponenten gewhrleistet, die dem Umgang mit den ausgedienten Kernbrennstoffen sowie der Lagerung dieser Stoffe dienen. Die Einhaltung der Sicherheits-prinzipien wird durch Anwendung von S

15、icherheitsmanahmen gewhrleistet, deren Einhaltung durch ein Sicherheitsmanagement, das Kontrollen und Prfungen der fr die Kritikalittssicherheit relevanten Parameter vorsieht, sichergestellt wird. Das grundlegende Sicherheitsprinzip ist durch das sogenannte Einzelfallkriterium“ definiert. Dieses Kri

16、terium fordert, dass bei Eintreten eines einzelnen, im bestimmungsgemen Betrieb einer Anlage, Einrichtung oder Komponente, die den oben genannten Zwecken dient, nicht zu erwartenden Ereignisablaufs die Kritikalitts-sicherheit gewhrleistet bleiben muss. Bei einer Abweichung von diesem Kriterium sind,

17、 nach DIN 25403-1:2007-06, 5.1.1, die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt und die Folgen eines entsprechend postulierten Kritikalittsereignisses zu bercksichtigen. In dem hier vorliegenden Dokument ist festgelegt, dass eine Abweichung vom Einzelfallkriterium vorliegt, wenn die Eintrittswahrs

18、cheinlichkeit von Kritikalitt grer als 106ist. Erluterungen zu dieser Festlegung sind in Anhang A gegeben. Die Definition des Einzelfallkriteriums bezieht sich nur auf den Betrieb von Anlagen, Einrichtungen und Komponenten, die dem Umgang mit Kernbrennstoffen auerhalb der Spaltzone von Kernreaktoren

19、 dienen. Mit dem endgltigen Verschluss eines Endlagers endet dessen Betriebsphase. Damit endet auch das Sicherheitsmanagement, so dass die Verfgbarkeit und Zuverlssigkeit von Sicherheitsmanahmen nicht mehr gewhrleistet werden knnen. Ein in der Nachbetriebsphase hypothetisch mglicher Ereignisablauf,

20、d. h. eine auf wissenschaftlich fundierten Annahmen beruhende Sequenz von Ereignissen, deren mglicher Eintritt auf der Basis des vorhandenen Wissens nicht widerlegbar ist, kann nicht mehr mit Begriffen wie bestimmungsgemer Betrieb“ oder Strfall“ in Zusammenhang gebracht, sondern nur noch als Szenari

21、o“ definiert werden. Das Einzelfallkriterium ist somit auf die Nachbetriebsphase eines Endlagers nicht anwendbar. Um bei der Kritikalittssicherheitsauslegung eines Endlagers hinsichtlich der Sicherheitsprinzipien einen konsistenten bergang von der Betriebsphase in die Nachbetriebsphase zu gewhrleist

22、en, wird im vorliegenden Dokument die Nichtanwendbarkeit des Einzelfallkriteriums auf die Nachbetriebsphase einer Nichtanwendung dieses Kriteriums auf die Betriebsphase in folgender Hinsicht gleichgestellt: Fr die in der Nachbetriebsphase hypothetisch mglichen Ereignisablufe sind jeweils die Eintrit

23、tswahrscheinlichkeit und erforderlichenfalls die Auswirkung von Kritikalitt zu ermitteln. DIN 25472:2012-08 5 Beim Nachweis, dass in der Nachbetriebsphase eines Endlagers fr ausgediente Kernbrennstoffe die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt und erforderlichenfalls die Folgen einer postulier

24、ten Kritikalitt hinreichend begrenzt sind, interessieren nur solche Szenarien, die zu einer Reaktivittserhhung der eingelagerten ausgedienten Kernbrennstoffe fhren. In dem vorliegenden Dokument wird dementsprechend gefordert, solche Szenarien unter Bercksichtigung der natrlichen Randbedingungen eine

25、s Endlagers und ihrer mglichen zeitlichen nderungen sowie unter Bercksichtigung der Auslegung der technischen Barrieren und deren mglicher Degradation zu entwickeln und zu untersuchen. In dem vorliegenden Dokument werden keine zu untersuchenden Szenarien festgelegt. Eine solche Festlegung ist schon

26、deshalb nicht mglich, da die im Dokument festgelegten Anforderungen unabhngig vom Endlagerstandort und den dort gegebenen natrlichen Randbedingungen gelten mssen, weil sie Anforderungen an die Sicherheit gegen Kritikalitt sind. Andererseits sind die Randbedingungen und Einflussfaktoren, die bei der

27、Entwicklung von Szenarien fr einen einmal gewhlten Endlagerstandort fr den Nachweis, dass das an diesem Standort errichtete Endlager die Anforderungen dieses Dokuments erfllt, von Bedeutung sein werden, natrlich zu benennen. Daher sind in Anhang C entsprechende klimatische, geologische und zivilisat

28、orische Randbedingungen und Einfluss-faktoren in Form von Regelkreisen aufgefhrt, um ihre wechselseitigen Abhngigkeiten und dynamischen Beeinflussungen darzustellen. Dabei sind sehr langzeitliche Entwicklungen dieser Randbedingungen und Einflussfaktoren bercksichtigt, da die zum Nachweis, dass ein E

29、ndlager den Anforderungen dieses Dokuments gengt, zu betrachtenden Untersuchungszeitrume durch die Menge und die nuklearen Zerfallseigenschaften der in den einzulagernden ausgedienten Kernbrennstoffen enthaltenen Radionuklide entscheidend mitbestimmt werden. Die fr neutronisch voneinander isolierte

30、Kernbrennstoffeinheiten zu betrachtenden Untersuchungszeitrume sind je nach den in diesen Einheiten vorhandenen Nuklidinventaren individuell bestimmt. Der Endpunkt des fr ein gegebenes Nuklidinventar erforderlichen Untersuchungszeitraums ist dann erreicht, wenn das Nuklidinventar sich so verndert ha

31、t, dass unter den in Rechnung zu stellenden Entwicklungen die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt nicht grer als ein bestimmter Wert ist, der sich aus folgenden Manahmen zur Minimierung des Gesamtrisikos aller mit einem Endlager in dessen Betriebs- und Nachbetriebsphase verbundenen Vorgnge u

32、nd mglichen oder nicht ausschliebaren Ereignisablufe ergibt: Da eine durch ein Szenario S beschriebene Situation per definitionem als hypothetisch mglich gesetzt ist, diese Situation sich daher nach ihren kritikalittsrelevanten Merkmalen parametrisieren lsst, wird die Bestimmung der Wahrscheinlichke

33、it, dass Kritikalitt unter der Bedingung eintritt, dass das Szenario S vorliegt, im Allgemeinen problemlos mglich sein. Ungleich schwieriger wird die Abschtzung der Eintrittswahrscheinlichkeit des Szenarios S sein; und sie wird um so schwieriger sein, je grer die Zeitspanne zwischen dem endgltigen V

34、erschluss des Endlagers und dem Eintreten des Szenarios S ist. Ab einer von S abhngigen Zeitspanne wird es nicht mehr mglich sein, die Eintrittswahrscheinlichkeit von S sinnvoll abzuschtzen. Ist diese Wahrscheinlichkeit nicht mehr sinnvoll abschtzbar, so ist sie, wie auch sonst in der Kritikalittssi

35、cherheitsauslegung blich, auf den Wert 1 zu setzen. Um nicht die Zunahme der Unsicherheit der Abschtzung der Eintrittswahrscheinlichkeit von S mit zunehmender Zeit nach dem endgltigen Verschluss eines Endlagers und die schlieliche Wahl des Wertes 1 fr diese Wahrscheinlichkeit durch eine Erhhung von

36、Risiken, die mit Umladevorgngen, Handhabungs- und Aufbereitungsprozessen sowie Transporten zur Vorbereitung und Durchfhrung der Einlagerung in ein Endlager whrend der Betriebsphase verbunden sind, kompensieren zu mssen, enthlt vorliegendes Dokument folgende Festlegungen: Es wird ein kontinuierlicher

37、 Anstieg der Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt nach einer im vor-liegenden Dokument definierten, in Anhang B nher begrndeten Relation von 106zum Zeitpunkt des endgltigen Verschlusses eines Endlagers auf 104zu dem Zeitpunkt zugelassen, zu dem fr die Eintrittswahrscheinlichkeit von S der Wer

38、t 1 zu setzen ist. Dementsprechend wird fr Zeiten nach dem Zeitpunkt, ab dem fr die Eintrittswahrscheinlichkeit von S der Wert 1 zu whlen ist, ein Kritikalittsereignis unter dem Szenario S als unwahrscheinliches Ereignis“ klassifiziert, wenn die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt nicht grer

39、 als 104ist. Fr Zeiten zwischen dem endgltigen Verschluss des Endlagers und dem Zeitpunkt, ab dem fr die Ein-trittswahrscheinlichkeit von S der Wert 1 zu whlen ist, darf das Endlager unter dem Szenario S nicht die sich fr die Eintrittswahrscheinlichkeit von Kritikalitt nach der oben erwhnten Relatio

40、n ergebende Grenze berschreiten. DIN 25472:2012-08 6 Die in Anhang C aufgefhrten klimatischen und geologischen sowie zivilisatorischen Einflussfaktoren und Randbedingungen enthalten Elemente, die zur Entwicklung der relevanten Szenarien fr den Nachweis, dass fr einen einmal gewhlten Endlagerstandort

41、 den in diesem Dokument an die Nachbetriebsphase gestellten Anforderungen gengt wird, erforderlich sind. Die Entwicklung der relevanten Szenarien fr diesen Nachweis erfordert die konzertierte Zusammenarbeit vieler Fachdisziplinen, z. B. die Kooperation zwischen Kern- und Neutronenphysikern, Klimatol

42、ogen, Geologen, Geophysikern, Geochemikern und Materialwissenschaftlern. Solch eine konzertierte Kooperation ist auch erforderlich, um der Tatsache zu gengen, dass die hinsichtlich Kritikalitt relevanten Szenarien nicht deckungsgleich sein mssen mit Szenarien, die hinsichtlich anderer Aspekte, z. B.

43、 radiologischer Aspekte von Interesse sind. Dies ist schon deshalb offensichtlich, weil die Nuklidstze, die fr die Kritikalitt von Interesse sind, verschieden von den Nuklidstzen sind, die hinsichtlich anderer Aspekte zu bercksichtigen sind. Zudem erfordert die Ausfhrung von Kritikalittsberechnungen

44、 im Allgemeinen erheblich hhere Detaillierungsgrade bei der Abbildung der zu untersuchenden Kernbrennstoffkonfigurationen in Rechen-modellen, als es bei Untersuchungen sonstiger sicherheitstechnischer Aspekte eines Endlagers blich ist. Die Durchfhrung einer Kritikalittsanalyse einer durch ein Szenar

45、io beschriebenen Situation erfordert es, den Zustand und die rumliche Anordnung der an dieser Situation beteiligten Materialien detailliert in einem Rechenmodell zu beschreiben, d. h. diese Situation als fest gegebene Konfiguration darzustellen. Diese Situation ist damit als gegeben gesetzt. Die Fra

46、ge, ob sie mglich ist, ist somit in der Kritikalittsanalyse allein eine Frage nach ihrer Eintrittswahrscheinlichkeit, und die Frage, wie unsicher das Eintreten dieser Situation ist, ist daher eine Frage der Unsicherheit der Quantifizierung der Eintrittswahrscheinlichkeit dieser Situation. Diese Frag

47、en knnen im Allgemeinen nicht von der Kritikalittsanalyse beantwortet werden. Ihre Beantwortung erfordert die oben angesprochene konzertierte Zusammenarbeit vieler Fachdisziplinen. Zusammenfassend ergeben sich folgende Feststellungen und Schlussfolgerungen: Dieses Dokument enthlt Anforderungen, dere

48、n Einhaltung die Sicherheit gegen potentielle Kritikalitt bei der Endlagerung ausgedienter Kernbrennstoffe gewhrleistet. Diese Anforderungen gelten unabhngig vom Standort eines Endlagers fr ausgediente Kernbrennstoffe und unabhngig vom Endlagerwirtsgestein. In dem vorliegenden Dokument werden daher

49、keine zu untersuchenden Szenarien festgelegt. Fr die bei der Kritikalittssicherheitsauslegung eines Endlagers zu erfllenden Sicherheitskriterien wird ein konsistenter bergang von der Betriebsphase in die Nachbetriebsphase des Lagers gewhrleistet. Ein fr die Nachbetriebsphase eines Endlagers erforderlicher Untersuchungszeitraum zum Nachweis der S