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DER ROSSENDORFER FORSCHUNGSREAKTOR
– BETRIEB UND RÜCKBAU AUS SICHT DER EMISSIONSÜBERWACHUNG
B. Bauer1), A. Beutmann1), W. Boeßert2), K. Jansen2), M. Kaden1), J. Scheibke1), M. Walter2) 1) VKTA – Strahlenschutz, Entsorgung, Analytik, Dresden, Deutschland 2) vormals VKTA Dresden, Deutschland
FS-JAHRESTAGUNG HERINGSDORF AUF USEDOM, 25. – 30.09.2016
M. Kaden, FS-Tagung 2016, Heringsdorf auf Usedom
September 2016
Folie 2
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
ZUR HISTORIE
• Nach Freigabe der zivilen Kernforschung in Deutschland
durch den alliierten Kontrollrat: 18.04.1955: Abkommen zwischen der UdSSR und der DDR zur Lieferung eines 2 MW-Forschungsreaktors und eines 25 MeV-Zyklotrons
• 01.01.1956: das Zentralinstitut für Kernphysik (ZfK) - später: für Kernforschung - wird als größte Kernforschungseinrichtung der DDR mit vorläufigem Sitz in Dresden (später Forschungsstandort Rossendorf (FSR)) gegründet.
• 14.12.1957: Inbetriebnahme des Rossendorfer Forschungsreaktors (RFR) , erster Kernreaktor der DDR und zweiter deutscher Reaktor (FRM Garching: 31.10.1957)
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Folie 3
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
ZUR ANLAGE
• Heterogener, wassermoderierter und –gekühlter des sowjetischen Typs WWR-SM mit anfangs 2MW, später
10MW thermischer Leistung
• Spaltzone von 60 cm Ø x 60 cm Höhe, 130 Brennelemente (UO2 / Al-Matrix mit 36% angereichertem 235U), bei Zyklusbeginn ca. 4,7 kg
• 10 horizontale Strahlrohre für Neutronenexperimente, in der Spaltzone 39 Vertikalbestrahlungskanäle für ca. 45 dm³ Material
• Drei Handregler mit je 2 Borkarbid-Absorberstäben, ein automatischer Regelstab aus austenitischem Stahl
• Primärkreislauf mit vier Hauptumwälzpumpen, Wärmeübertragern und Notkühlsystem, Sekundärkreislauf mit zwei Trockenkühltürmen
• Abluftanlage mit separatem Filter- und Ventilationshaus, automatische Filterung bei Überschreitung von zulässigen Aktivitäts- konzentrationen, Fortluftkamin mit 42m Höhe
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Folie 4
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
ZUR BETRIEBSPHASE
• 1957 Inbetriebsetzung mit 2 MW Reaktorleistung • 1965 Leistungssteigerung auf 4 MW durch Einsatz aufgerauter Brennelemente für besseren Wärmeübergang
• 1970 Genehmigung zum 6 MW Dauerbetrieb (vergrößerter Reaktorkern)
• 1975 Zustimmung zum Dauerbetrieb mit 10 MW unter 18 Auflagen, darunter:
• RFR 2/75: monatliche Berichterstattungen (Auswurf radioaktiver Gase, Aerosole und Flüssigkeiten; Messungen der Umgebungsüberwachung und Meteorologie …)
• RFR 5/75: Gewährleistung der ständigen Erfassung der Radioaktivität der Abluft nach Edelgasen, Iod und Aerosolen sowie zentrale Registrierung dieser Werte … (und) meteorologischer Parameter…
• RFR 6/75: Ausarbeitung eines Umgebungsüberwachungsprogramme … die erst 1981 vollständig erfüllt werden konnten …
• 1987-1989 vollständige Rekonstruktion, u.a. neuer Reaktortank, Januar 1990 in Betrieb mit 10 MW
• 27.06.1991 Abschaltung, einen Tag später aufsichtliche Anordnung über die Einstellung des Betriebes… 1993 Beschluss der Sächsischen Staatsregierung: „Aufgrund des eingeschränkten Wertes … im Verhältnis zu den hohen Kosten für seine Wiederinbetriebnahme ist der RFR stillzulegen.“
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Folie 5
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
ZU STILLLEGUNG & RÜCKBAU
• 1994 Antrag auf Genehmigung zur Stilllegung und zum Abbau des RFR • 1998 Erste Genehmigung zur Stilllegung des RFR
• 2001…2018 Rückbau im Rahmen der dritten und vierten Genehmigung zur Stilllegung und Abbau des RFR
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Folie 6
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT I
1957 „Dosimetrische Luftprüfanlage“ (DLPA) mit
• 25-Liter-Durchfluss-Ionisationskammer zur Luftkontrolle im Fortluftschornstein, Aufzeichnung, • vorgeschaltetes Aerosolfilter • Strommessung mit Typ „KAKTUS“-Messgeräten …
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Folie 7
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT II
1965 erste Änderung der DLPA
• Schwingkondensatorelektrometerverstärker • Verlagerung der Anzeigen in die Reaktorwarte • Registrierung der Fortluftaktivitätskonzentration • Neue Gasprobenentnahmestelle zur
Berücksichtigung des schrauben- förmigen Fortluftstromes
1975 Erweiterung mit neuen eigenständigen Messeinrichtungen • Aerosolradiometer mit eigener Entnahmestelle im Fortluftkamin • Szintillationsmesskanal zu separaten Gasaktivitätskonzentrationsmessung im Fortluftkamin • Iodsammler (Aktivkohle) vom Typ „KALINA“ …
ab 1976 konnte damit der Meldepflicht für Emissionswerte entsprochen werden
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Folie 8
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT III
1987 Ergänzung der DLPA durch die Stationäre Fortluftkontrollanlage – Eigenentwicklung
• neue Probeentnahmeeinrichtung (8-fach-Spinne) 3,5 m unter OK Fortluftkamin
• Anordnung mit Aerosolfilter, Iod-Faserfiltern (AgNO3-getr. Kieselgel), und DIK 1L; das Iod-Messfilter wurde kontinuierlich mittels NaI-Szintillationssonde gemessen, die Analyse erfolgte seriell über 100 Kanäle
• Iod-131 und Edelgase (summarisch kontinuierlich)
• Aerosole (Laboranalyse)
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Folie 9
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT IV
1993 Neukonzipierung gemäß REI und KTA im Rahmen des „Radiological Environmental Monitoring System“ (REMSY), Ausrüstung:
• Aerosolmonitor • Aerosolsammler mit 200mm-Glasfaserfilter • Iodsammler mit AC6120/DSM11 • H-3/C-14-Sammler
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Folie 10
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT V
• 2001 Einstellung der Radioiod-Überwachung,
vorher noch diskutiert: I-129-Überwachung, aber nach INTERATOM-Gutachten zu geringe Erzeugung – keine radiologische Relevanz
• 2006 Einstellung der Tritium-/C14-Überwachung nach Leerung der Lagerbecken
• 2012 Einstellung der Fortluftüberwachung infolge des Rückbaufortschritts, Demontage Fortluftkamin
• 2012/2013 nochmals temporäre Fortluftüberwachung mit extra errichtetem 10m-Kamin beim Rückbau des Filter- und Ventilatorhauses nur mittels Aerosolsammler
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Folie 11
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT – ABLEITUNGEN WÄHREND DER BETRIEBSPHASE
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Folie 12
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT – ABLEITUNGEN WÄHREND DER RÜCKBAUPHASE
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Folie 13
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONSÜBERWACHUNG FORTLUFT – ABLEITUNGEN CO-60, CS-137 & AM-241 WÄHREND DES RÜCKBAUS
Remobilisierung durch hohe Staubfracht
Abbau Auskleidung, Einbauten Heiße Kammern
Abbau Auskleidung Lagerbecken AB2
Beräumung Heiße Kammern 3
Rückbau 1. Kühlkreislauf
Demontage Reaktorbehälter
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Folie 14
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONEN MIT FORTLUFT IV – GAMMASPEKTROMETRIE, CO-60-, CS-137- UND AM-241; ABLEITUNGEN IN BQ • Starke Streuung der Werte in den Jahren 2002-2005 Freisetzung unterschiedlicher Quellterme • geringere Streuung der Werte ab 2008 Remobilisierung bereits abgelagerter Radionuklide • relative Zunahme von Am-241 (Nachbildung aus Pu-241,
längere Halbwertszeit, aber auch zusätzlicher Quellterm …)
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Folie 15
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
EMISSIONEN MIT FORTLUFT V – PLUTONIUMISOTOPE; ABLEITUNGEN IN BQ • starke Korrelation Pu-238, Pu-239/240 es dominiert ein Pu-Quellterm • weniger Pu-241, Pu-239/240-Korrelation bei niedrigen Aktivitäten Messunsicherheiten bei Pu-241 mittels LSC bei niedrigen Aktivitäten?
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Folie 16
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EMISSIONEN MIT FORTLUFT VII – URAN-ISOTOPE; ABLEITUNGEN IN BQ • Nachweis von U-235 (Kernbrennstoff ca. 36 % U-235) selten , keine Korrelation U-Pu • Aktivitätsverhältnis U-234/U-238 ~1, Ableitung U-238 & U-234 insbesondere nach 2008 Uran-Nuklide nicht aus Kernbrennstoff Uran-Nuklide aus Rückbau Beton-Strukturen (Reaktor, Heiße Kammern) bilanzierte Ableitung: natürlicher Urangehalt im Beton
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Folie 17
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
DISKUSSION VON EMISSIONEN I – VERGLEICH ABSCHÄTZUNG & BILANZ
Nuklid Abschätzung NIS 1996
Bilanzierte Ableitungen 2001–2010
Verhältnis Bilanz / Abschätzung
[Bq] [Bq]
Cs-137 7,1E+04 2,4E+06 34
Co-60 1, 9E+05 1,7E+05 0,9
Sr-90 4,9E+04 8,6E+05 17
Pu-241 – 7,2E+05 –
Am-241 – 9,6E+04 –
Pu-238 2,4E+01 1,5E+04 600
Pu-239/240 2,4E+01 2,2E+04 910
U-234 4,9E+02 1,0E+04 21
U-235 6,1E+00 9,5E+01 15
U-238 2,5E+02 5,8E+03 23
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Folie 18
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
DISKUSSION VON EMISSIONEN II – FAZIT RÜCKBAU-EMISSIONEN (MIT FORTLUFT) • Die Ableitungen am Anfang des Rückbaus entstanden durch die unmittelbar
durchgeführten Arbeiten, es wurden spezifische Nuklidvektoren beobachtet
• Spätere Ableitungen entstanden durch Remobilisierung bereits abgelagerter schwebstoffgebundener Radionuklide mit relativ konstantem Nuklidvektor
• Ableitungen wurden durch Zwischenfälle während des Rückbaus dominiert, was insbesondere als Kontamination vorliegende Radionuklide betrifft
• Ableitungen von Aktivierungsprodukten können wahrscheinlich plausibel abgeschätzt werden
• Ableitungen von Radionukliden, die als Kontamination vorliegen, wurden bei der rechnerischen Abschätzung unterschätzt
• Abschätzung von Ableitungen von Am-241 wird durch die anspruchsvolle Analytik des Mutternuklides Pu-241 (Beta-Strahler 20 keV, Halbwertszeit 14,4 a) erschwert
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Folie 19
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
DER FORSCHUNGSSTANDORT 2016 – AM RFR FAST GRÜNE WIESE!
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Folie 20
Der Rossendorfer Forschungsreaktor – Betrieb und Rückbau aus Sicht der Emissionsüberwachung
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!
2035: ERSTER STROM AUS KERNFUSION !
HEUTE NACHMITTAG: EXKURSION U.A. ZUM STELLARATOR „WENDELSTEIN 7X“ Quellen: • Jahresberichte Zentralinstitut für Kernforschung & VKTA • Hieronymus et al.: Beiträge zur Geschichte des Rossendorfer Forschungsreaktors, 2007 • W. Boeßert & K. Jansen: persönliche Mitteilungen, 2014/2016
IN MEMORIAM RFR 1957…1991