Sobald die ersten Kernkraftwerke das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben und außer Betrieb genommen werden müssen, werden noch nie dagewesene Probleme auftauchen, welche nach einzigartigen Lösungen verlangen. Gemäß Schätzungen sind in den nächsten 20 Jahren ca. 200 Betreiber von Reaktoren davon betroffen. Die meisten dieser Werke sind zusätzlich mit einer dicken Schicht Bioshields ausgestattet, um im Falle eines radioaktiven Lecks ausreichend Schutz zu bieten. Der kontrollierte Abbruch wird dadurch jedoch erheblich erschwert; Diamantschneidwerkzeuge bieten hier eine ideale Lösung für die Problematik.
Stilllegung mit Diamanten
Eine der schönsten Landschaften Großbritanniens wird im Verlauf der nächsten Jahre wieder mit Bäumen und grünen Wiesen bewachsen sein.
Dies zumindest ist das Ziel hinter der Stilllegung des gasgekühlten Reaktor Windscale (WAGR), des riesigen KKWs, dessen Erscheinung seit 1962 das Landschaftsbild von Sellafield in der englischen Grafschaft Cumbrian dominiert. In mancher Hinsicht ist es sinnvoll, daß dieser Reaktor, der schon immer ein Symbol für den Konflikt zwischen Befürwortern und Gegnern der Kernenergie war, den Auftakt einer ganzen Reihe von Stilllegungen bildet.
Er war der Vorgänger der neuen englischen AKW, welche den Einsatz von Uraniumdioxid-Stiften anstelle der bislang üblichen Uraniummetalverschlüsse mittels Aluminiumlegierung vorziehen. Im Vergleich zu den modernen Reaktoren mit einer Nutzleistung von bis zu 1.000 MW ist der WAGR mit seinen 33 MW längst ein Relikt und nicht mehr zeitgemäß. 1981 wurde er nach 18 Jahren ununterbrochenem Betrieb abgeschaltet.
In dieser Zeit diente er sowohl als Ort der ersten Tests bezüglich der Leistungsfähigkeit der nachfolgenden AKW als auch als Stromlieferant. Letzteres macht die Diskussion um die Stilllegung des WAGR so bedeutend; er wird der erste stillzulegende Reaktor in dieser Größenordnung sein, die bisherigen stillgelegten Reaktoren dienten jeweils lediglich zu Testzwecken und waren deshalb bedeutend kleiner.
Reaktorstilllegung, welche international verbreitet sind, können einfach ausgedrückt wie folgt beschrieben werden:
1. Stufe Die Brennstäbe werden entfernt und das Kontrollsystem heruntergefahren.
2. Stufe Sämtliche Räumlichkeiten außerhalb des mit Biohshield-Beton geschützten Bereiches, sowie der Kernreaktor, werden abgebaut oder für den Neugebrauch angepaßt.
3 Stufe Alle übrigen Komponenten und Strukturen werden inner- und außerhalb des Reaktors entfernt oder zerstört und dem Land für den uneingeschränkten Wiedergebrauch überlassen.
1981 entwarf die englische Atomenergiebehörde den 3-Stufenplan zur Stilllegung des WAGR; das „Grünfeldkonzept“. Dieser Plan bringt größte Probleme für Englands AKW mit sich, da viel von dem abgebauten Material „aktiviert“ wird statt einfach kontaminiert. Aktivierung bedeutet, daß die Zellkerne in ihrem Umgebungsmaterial, während der Atomspaltung des Urans, mit Streuneutronen bombardiert werden. Die Folge davon ist, daß Spurenelemente wie z.B. Kobalt im Stahl und Beton, die den eigentlichen Kern umgeben, selbst radioaktiv werden. Auf der anderen Seite weist verseuchtes Material radioaktive Verunreinigungen seiner Oberfläche auf, ohne selber wirklich aktiv zu sein. In der Regel ist die Verunreinigung bescheiden und kann als radioaktiver Abfall niedriger Stufe deklariert werden. Um die Sicherheit der Handhabung und der Lagerung des radioaktiven Abfalls zu gewährleisten, baut die englische AKW-Behörde ein in den WAGR integrierten Bereich für das Abfallmaterial. In diesen Räumlichkeiten wird das aktive Material gewogen, auf Ausmaß der Radioaktivität hin geprüft und in dafür vorgesehenen Betonboxen versiegelt. Diese „Boxen“, jede ein Würfelklotz mit 2 m Kantenlänge und 230 mm dicken Wänden, wird ca. 6 m³ Verbrauchsmaterial aufnehmen. Etwa 150 Boxen werden benötigt, um die geschätzten 700 Tonnen an aktivem oder leicht aktivem Abfallmaterial artgerecht unterzubringen.
Um vom Reaktorkern einen Zugang zum Lagerraum des Abfallmaterials zu erhalten, war es nötig, sich durch den äußeren, mit Bioshield-Beton verstärkten, Stahlbetonmantel zu schneiden. Zusätzlich mußten zwei der vier Wärmeaustauscher angehoben werden, um den Zugang zu erleichtern. Dafür wiederum mußte ein Loch in die darüber liegende extra-harte Betondecke geschnitten werden. Es wird erwartet, daß Diamantsägen und Stichbohrer für diese Arbeit zum Einsatz kommen werden. Ausgeführt wird sie von Thermic (UK) LTD Blackpool. Für diesen Job werden zweifellos bereits eine beträchtliche Summe an Diamantwerkzeugen benötigt werden, kann die Dicke der Bioshield Schicht doch bis zu 2,8 m betragen.
Ferngesteuerte Operationen:
Zu einem späteren Zeitpunkt des Abbruchprozesses wird der Druckkessel zerschnitten werden; dieser beinhaltet den nuklearen Kern. Diese Kuppel, mit einer Höhe von 16 m und einem Durchmesser von bis zu 6,5 m muß von einem speziell dafür angefertigten Arm aufgeschnitten und der gesamte Inhalt entfernt werden. Mittels Fernsteuerung wird dieser hochgezogen und direkt in den Lagerraum befördert. Als letztes wird der mit Bioshield verstärkte Beton abgebrochen. Manche der aktiven Teile befinden sich in der Nähe vom Kern. So ist denn wahrscheinlich, daß ab dieser Stufe ein hydraulischer Meißel eingesetzt wird, um diesen aktiven Betonstahl wegzumeißeln und um ihn nachfolgend mittels Schweißbrennern zu zerschneiden. Das übrige verstärkte Betonmaterial läßt sich auf konventionellere Weise zerstören.
Der letzte Arbeitsvorgang und die Bearbeitung via vollautomatischen Maschinen werden erst vorgenommen werden können, wenn die beträchtlichen Entwicklungsarbeiten vollständig abgeschlossen sind. Gemäß gegenwärtigen Schätzungen belaufen sich die Kosten für die Stilllegung des WAGR auf 50 Mio. GBP. Dies scheint nicht übertrieben, da bei einem Pionierunternehmen wie diesem keine Risiken eingegangen werden dürfen.
Außer dem Demonstrieren, wie Kernreaktoren möglichst effizient abgerissen und stillgelegt werden können, werden die Ergebnisse auch einen Einfluß auf die zukünftige Bauweise von Kernreaktoren ausüben. Bei den bestehenden Reaktoren hatte man es unterlassen, die Stilllegung zu berücksichtigen; dementsprechend schwierig fällt jetzt der Abbau der Werke. Besonders problematisch wirkt sich der Einsatz von strahlungsempfindlichen Materialien aus. Beim WAGR ist weniger als die Hälfte der geschätzten 1.800 Tonnen Abrißmaterial Stahl, doch beinhaltet dieser 97% der totalen Radioaktivität. Insbesondere Edelstahl erweist sich nachträglich als völlige Fehlwahl, gerade mal 5% vom aktivierten Material beinhalten 75% der totalen Radioaktivität. Doch aus den Fehlern der Vergangenheit hat man gelernt, und die resultierenden Erkenntnisse fließen in alle Aspekte des gesamten Stilllegungsprozess, auch in den Einsatzbereich der Diamantschneidwerkzeuge. Bis vor kurzer Zeit entwickelte Marcrist eine gewaltige fernsteuerbare Flur- und Wandsäge- fähig, in einem einzigen Durchgang eine Tiefe von 1 Meter in verstärkten Beton zu schneiden. Die Maschine, welche speziell für den Einsatz in Bioshield-Beton entwickelt worden ist, besteht aus einer 2.5 m Diamantsägescheibe, befestigt an einer konventionellen Mauersägeschiene.
Es wurden einige dieser Systeme erfolgreich vertrieben, obwohl jüngere Entwicklungen im Bereich des Diamanteintauchsägens vielseitigere Anwendungen in diesem bestimmten Gebiet zulassen. Tatsächlich werden viele verschiedene Methoden im Bereich der Außerbetriebnahme eingesetzt. Im Fall von Windscale beruht die Erstellung die Zugangsöffnung zum Abfalllageraum auf konventionellen Diamantsägen, Stichbohrungen und hydraulischem Herausbrechen.
Über beide herauszuhebenden Wärmeaustauscher wurde ein Loch von 5 m Durchmesser in die Decke geschnitten. Diese bestand aus einer 600 mm Stahlbetonplatte am Ende eines 300 mm tiefen Stahlträgers. Mit Diamantsägen und hydraulischem Herausbrechen wurde die Stahlbetonplatte entfernt.
Gitterrost
Eine ferngelenkte Marcrist Mauersäge benötigte 12 Schnitte für jede Öffnung eines Gittermusters.
Vierzig Löcher mit einem Durchmesser von je 200 mm wurden entkernt und die Platte mittels Marcrist’s hydraulische Trenneinrichtung in Blöcke von etwa 600 mm Quadratfläche zerlegt. Die ersten Schnitte wurden mit einer Ø 900 mm Scheibe vorgenommen und mittels Ø 1400 mm Scheibe die volle Tiefe von 600 mm erreicht. Mehr als 100 m² wurden mit diesen beiden Marcrist Diamantscheiben zersägt. Die Betonausfüllung zwischen der RSJ wurde mit einem Preßlufthammer herausgebrochen und der Stahl mit einem Schweißbrenner zerschnitten.
Manche der Zugangsöffnungen befanden sich im einigen dickeren Bereich des Bioshields. (z.T. bis zu 2 m dick). An diesen Stellen wurde mit Stich-Bohrern gearbeitet, gewöhnlich mit Marcrist Diamantkernbohrern Ø 100 mm.
In Zukunft werden sich andere Techniken als besser geeignet erweisen. Besonders die Diamantschnursäge hat ihre Vorzüge eindrücklich unter Beweis gestellt, wenn es darum geht, selbst dicksten Bioshield-Beton zu durchschneiden. Marcrist hat auch spezielle Trockenschneidsägen und Bohrmeißel entwickelt, die eine wichtige Rolle spielen werden, wenn es darum geht, mit möglichst wenig Flüssigkeitszusatz zu schneiden, um dem Problem der Verstrahlung gerecht zu werden. Alles in allem wurden die richtigen Konsequenzen aus Windscale gezogen. Diese haben einen unschätzbaren Wert für die nächsten 20 Jahre, wenn weitere 200 Kernkraftwerke zur Stilllegung bereit sein werden.