TWI: AKW-Rückbau

Lasermaterialbearbeitung beim Rückbau von Atomkraftwerken (AKW)


Andrew Woloszyn stellt in diesem englischsprachigen Video vom Oktober 2018  anhand des Fallbeispiels zum Laserschneiden mit Schlangenarmrobotern vor, wie das TWI eine Brücke zwischen Equipment-Herstellern und Anwendern schlägt.

Andrew Woloszyn

2:32 min, © TWI Ltd, 16. Oktober 2018 


Atomausstieg

Der Atomausstieg ist aufwendig und langwierig: Um beim Abbau von Kernkraftwerken den radioaktiv kontaminierten Schrott zu entsorgen, muss dieser zunächst in transportfähige und raumsparend einzulagernde Einzelteile zerlegt werden. Da das mit dem manuell geführten Schneidbrenner nicht unproblematisch ist, wird nach ferngesteuerten Lösungen gesucht. Das Laserschneiden bietet hier ein einzigartiges Potential, das am TWI seit vielen Jahren untersucht und entwickelt wird.

 

Der Rückbau der Atommeiler ist die Aufgabe der großen Energieversorger, die dafür beim Verkauf von Atomstrom Rücklagen gebildet haben. Nach dem endgültigen Abschalten eines Atomkraftwerks können die Betreiber bei der Atomaufsichtsbehörde des jeweiligen Bundeslandes den Antrag auf Rückbau stellen. Parallel dazu werden die Brennelemente aus dem Reaktorkern entfernt und für vier bis fünf Jahre in einem Abklingbecken zwischengelagert. Anschließend werden die Rohre und Pumpen durchgespült, um sie soweit wie möglich von anhaftenden radioaktiven Partikeln zu befreien.

 

Radioaktiv kontaminierter Metallschrott wird erst zerschnitten und anschließend meist zusammengepresst, bevor er in einem Zwischenlager aufbewahrt werden kann. Ab 2022 soll Schacht Konrad dann für die Endlagerung genutzt werden.  Für die weiteren Schritte gibt es zwei Alternativen:

  • Direkter Rückbau
  • Sicherer Einschluss mit späterem Rückbau

In Abhängigkeit von der Art und Größe des Atomkraftwerks und von der gewählten Rückbaustrategie fallen bei Leistungsreaktoren typischerweise 0,7 bis 1,5 Milliarden Euro pro Kraftwerk an. Die Gesamtkosten für den Rückbau aller deutschen Reaktoren werden auf rund 50 Milliarden Euro geschätzt. 

Quelle (Spiegel vom 14. Mai 2014) >

Rückblick

Der Einsatz von Lasern im Rückbau von Atomkraftwerken wurde am TWI seit 2009 intensiv untersucht. Die Forschungs- und Entwicklungsergebnisse wurden anfangs nur den industriellen Mitgliedern zur Verfügung gestellt. Folgende Videos geben einen Einblick in die durchgeführten Arbeiten:

 

Nukleare Dekommissionierung durch Laserschneiden

13:28 min, © TWI Ltd, 13. März 2012 

John Dadson und Brian Smith stellten in diesem 13 Minuten langen Video bereits im März 2012 den Einsatz von Larn zum Zerbröseln von Beton und Zerschneiden von Edelstahlrohren vor.   


Beim Laserschneiden von Rohren in der industriellen Fertigung rotiert normalerweise das Rohr unter dem Laserkopf. Beim Rückbau von Atomkraftwerken soll der Laser aber fest eingebaute Rohrleitungen zerschneiden, so dass meist ein Roboter zur Strahlführung eingesetzt werden muss. Wegen der schlechten Zugänglichkeit ist oft nur ein einseitiger Zugang möglich.

 

Bei den ab 2009 durchführten Entwicklungsarbeiten wurde ein 5 kW Ytterbium Faserlaser mit hoher Strahlqualität auf einen Punkt 90 mm unterhalb des Strahlführungskopfes fokussiert und über einen handelsüblichen Knickarmroboter gehandhabt. Damit wurde bei einseitigem Zugang das Laserschneiden von Rohren bis 170 mm Durchmesser untersucht:

 

  • Rohre mit 60 mm Durchmesser konnten mit einem einzelnen Schnitt abgelängt werden.
  • Bei Rohren mit 100 mm waren zwei Schnitte erforderlich.
  • Bei Rohren mit 150 mm Durchmesser war sogar ein sehr kurzer dritter Schnitt erforderlich.
  • Das Schneiden mit zwei Schnitten mit hoher Schneidgeschwindigkeit ging schneller, als das einseitige Schneide Schneiden mit der dafür erforderlichen langsamen Schneidgeschwindigkeit.
  • Durch die große Tiefenschärfe des fokussierten Lasers konnten ø25 mm Rohre in unterschiedlichen Abständen vom Strahlkopf bearbeitet werden, ohne die Parameter umzustellen.
  • Auch konzentrisch angeordnete Rohre konnten mit zwei Schnitten abgelängt werden. 

Das Zerbröseln (Scabbeling) von Beton mit einem defokussierten Laser funktioniert über die Ausdehnung von osmotisch und kapillar eingelagertem Wasser sowie durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der zementförmigen Bindemittel und der als Gesteinskörnung vorliegenden Zuschlagstoffen.

 

  • Die Betonpartikel und -stäube konnten über ein eine automatische Absaugung entsorgt werden.
  • Mit einem 5 kW Laser konnte bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 100 mm/min und einer Überlappung von 50 % ein 22 mm tiefer Graben ausgehoben werden.
  • Um eine 1 m² große Betonplatte 10 mm tief abzutragen, war eine Bearbeitungszeit von 110 min erforderlich. 

Größenreduzierung durch Laserschneiden. 

November 2012

Größenreduzierung durch Laserschneiden

Zeitraffer, 3:10 min, © TWI Ltd, 7. November 2012 


Handbedientes Laserschneiden zur Stilllegung von kerntechnischen Anlagen. 

Mai 2013

Handbedientes Laserschneiden

3:57 min, © TWI Ltd, 17. Mai 2013


Unterwasser-Laserschneiden von rostfreiem Edelstahl

September 2014

Unterwasser-Laserschneiden

2:22 min, © TWI Ltd, 2. September 2014 


Zerlegung von Magnox-Abklingbehältern am 10. April 2014 auf dem Hinkley-Point-A-Gelände.

Juni 2015

Zerlegung von Magnox-Abklingbehältern im Zeitraffer

1:44 min, © TWI Ltd, 23. Juni 2015


Laserschneiden mit einem ferngesteuerten Brokk-Fahrzeug.

November 2016

Laserschneiden mit Brokk-Fahrzeug

0:30 min, © TWI Ltd, 22. November 2016 


Laserschneiden mit einem Schlangenarmroboter.

November 2016

Schlangenarmroboter schneidet Stahl mit Laser

0:30 min, © TWI Ltd, 22. November 2016 


Laserschneiden mit einem an der Wand kletterndem Roboter.

November 2016

Laserschneiden mit Kletterroboter

0:30 min, © TWI Ltd, 22. November 2016 


Weitere Informationen

Für Unternehmen in Süddeutschland, Österreich und der Schweiz stellt AluStir auf Anfrage gerne weitere Informationen zum Thema Rückbau von Atomkraftwerken zur Verfügung. Bitte kontaktieren Sie uns per Telefon (+49 6024 636 0123) oder E-Mail (stephan.kallee@alustir.com).