Untersuchungen zu neutroneninduzierten Effekten am Standort Gorleben
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- Hertha Stein
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1 Untersuchungen zu neutroneninduzierten Effekten am Standort Gorleben Dr. Max Würtemberger GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbh Fachworkshop des Niedersächsischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Klimaschutz Der Castor als Neutronenquelle 3. November 2016, Hannover
2 Inhalt Einführung Der CASTOR -Behälter Direktstrahlung Voruntersuchungen Neutroneninduzierte Effekte Aktivierungen Sekundäre γ Strahlung Effektive Dosis für die Bevölkerung NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 2
3 Der CASTOR -Behälter Schutzziele: Umschließung, Abschirmung, Kritikalität, Wärmeabfuhr Behälter für den Transport und die Zwischenlagerung von abgebrannten Brennelementen und Abfällen aus der Wiederaufarbeitung NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 3
4 Der CASTOR -Behälter Doppeldeckelsystem: Dichte Umschließung Radialkühlrippen: Wärmeabfuhr -Strahlung Dickwandiger Gussbehälter: Abschirmung -, -, -Strahlung Polyethylenstäbe/-platten: Moderator für n-strahlung n-strahlung Die vom radioaktiven Inventar ausgehende ionisierende Strahlung ist außerhalb des Behälters messbar NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 4
5 Strahlung aus dem TBL Neutronen, kosmisch Gamma, sekundär Neutronen-Skyshine Gamma, kosmisch Gamma, primär Neutronen, direkt Gamma, terrestrisch NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 5
6 Dosisleistung außerhalb des TBL ODL in 1 m Höhe [µsv/h] 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, Entfernung vom TBL [m] Gesamt-Gamma-Strahlung Gesamt-Neutronen-Strahlung Natürliche Gamma-Strahlung Natürliche Neutronen-Strahlung Netto-Dosis am Zaun NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 6
7 Dosis aus primärer Direkt- und Streustrahlung Die Messergebnisse der Jahresdosis am Werkszaun werden von unabhängigen Institutionen jährlich bestätigt. NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 7
8 Neutronenstrahlung in Abhängigkeit vom Abstand zum TBL 0,14 Neutronenstrahlung [msv/a] 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 Brutto-Neutronenstrahlung Netto-Neutronenstrahlung vom TBL Natürliche (kosmische) Neutronenstrahlung Abstand vom TBL [m] TBL NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 8
9 Jahresdosis aus primärer Direkt- und Streustrahlung 2011/2012 Zweifel an Einhaltung des Genehmigungswertes von Grenzwerten am Werkszaun. Gemeinsame Messungen und Veranstaltungen mit BI zur Bewertung der primären Direktstrahlung. GNS und BI erzielten übereinstimmende Ergebnisse und Bewertungen: Der Genehmigungswert wird zuverlässig unterschritten. NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 9
10 Mögliche neutroneninduzierte Aktivierungen Luft n-strahlung Partikel z. B. Blütenstaub, Staub Untersuchungen zu neutroneninduzierten Effekten NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 10
11 Neutroneninduzierte Aktivierung der Hallenluft Monte-Carlo-Rechnungen zur Aktivierung der Hallenluft des TBL-G MCNP-Rechnungen: durch Neutroneneinfangreaktionen gebildete Nuklide der Hallenluft: Wesentliche Aktivierungsprodukte: H-3, C-14 und Ar-41: Nuklid Aktivität [Bq/a] H-3 (β) Be-10 (β) C-14 (β) Cl-36 (β, ε) Ar-37 (ε) Ar-39 (β) 2 Ar-41 (β, γ) Nuklid H-3 (H 2 O) C-14 (CO 2 ) C-14 (Blütenstaub) Ar-41 n-einfangreaktion N-14 + n H-3 + C-12 H-2 + n H-3 C-13 + n C-14 N-15 + n C-14 + d N-14 + n C-14 + p O-17 + n C-14 + α Ar-40 + n Ar-41 Aufgrund der MCNP-Rechnungen wurden drei wesentliche Aktivierungsprodukte identifiziert, die im Folgenden weiter untersucht wurden. NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 11
12 Probenahme der Hallenluft im TBL-G Stichpunkt-Messungen zur Aktivierung der Hallenluft des TBL-G H3/C-14-Probenahme oberhalb von CASTOR -Behältern von einer Hebebühne aus mittels Molekularsieb- und Waschflaschenabsorption Messung mit LSC-Verfahren Probenahme mittels Luft-Druckflasche (180 bar) In-situ-Gammaspektrometrie- Messung bzgl. Ar-41 innerhalb einer Bleiabschirmung NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 12
13 Probenahme von Staub Untersuchende Institution Uni Erlangen, Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) ETH Zürich, Beschleuniger-Massenspektrometrie (AMS) Ergebnisse wie Proben aus / 2010 wie Proben aus 1956 / 2007 C-14-Gehalt wie im Hausstaub NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 13
14 Aktivität der Hallenluft MCNP-Rechnungen und Messungen zur Aktivierung der TBL-G-Hallenluft ergaben folgende Ergebnisse: Aktivität pro Jahr [Bq/a] Aktivierungsprodukt MCNP-Rechnung Probenahme/Messung H-3 (H 2 O) < NWG C-14 (CO 2 ) (ohne Abzug Nulleffekt) C-14 (Staub) Ar-41 (Edelgas) < NWG Zur Berechnung der effektiven Dosis werden jeweils die konservativsten Werte verwendet. NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 14
15 Expositionspfade Externe Strahlenexposition Strahleneinwirkung erfolgt von außen durch ionisierende Strahlung (hierzu zählt auch -, -Submersion) Interne Strahlenexposition Strahleneinwirkung erfolgt durch Inkorporation von Radionukliden Inkorporationspfade sind: Einatmen (Inhalation) Aufnahme mit der Nahrung (Ingestion) Aufnahme über Wunden oder Resorption durch die Haut NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 15
16 Dosis durch neutroneninduzierte Aktivierungsprodukte Berechnung der Expositionen aus der Ableitung der Aktivierungsprodukte gemäß AVV zu 47 StrlSchV über die Pfade: Inhalation (H-3, C-14) Ingestion (H-3, C-14) Betasubmersion (C-14, Ar-41) Gammasubmersion (Ar-41) und Summierung. Neutroneninduzierter Effekt Dosis [msv/a] H-3-Aktivierung C-14-Aktivierung Ar-41-Aktivierung Gesetzlicher Grenzwert für die Bevölkerung: 1,0 [msv/a] NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 16
17 Dosis aus sekundärer Gammastrahlung Die sekundäre Gammastrahlung ist abhängig von den Atomen, die am Bezugspunkt von Neutronen getroffen werden. Dies kann nur fallweise bestimmt werden. Deshalb liefern Rechenergebnisse allein nur Trendaussagen, hier: Bildhafte Darstellung der MCNP- Rechenergebnisse der sekundären Gammastrahlung NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 17
18 Messung der sekundären Gammastrahlung Gammaspektrometrische Messung der sekundären Gammastrahlung in einem Messzelt Die Dosis am Werkszaun aus sekundärer Gammastrahlung beträgt msv/a. Gesetzlicher Grenzwert für die Bevölkerung: 1,0 [msv/a] NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 18
19 Zusammenfassung Neutroneninduzierter Effekt Dosis [msv/a] H-3-Aktivierung C-14-Aktivierung << Ar-41-Aktivierung sekundäre γ-strahlung Genehmigungswert am Werkszaun: 0,3 [msv/a] Gesetzlicher Grenzwert für die Bevölkerung: 1,0 [msv/a] Durch Neutronen verursachte Aktivierung führt zu nicht messbaren Werten der Aktivitätskonzentration in der Lagerhalle. Die daraus resultierenden maximalen Expositionen in der Umgebung liegen weit unterhalb von 0,2 % der primären Strahlung. Der Anteil der durch Neutronen verursachten sekundären Gammastrahlung liegt unter 2 % der Zaundosis. NMU Fachworkshop Der Castor als Neutronenquelle / / Dr. Würtemberger / 19
20 Untersuchungen zu neutroneninduzierten Effekten am Standort Gorleben Dr. Max Würtemberger GNS Gesellschaft für Nuklear-Service mbh Fachworkshop des Niedersächsischen Ministeriums für Umwelt, Energie und Klimaschutz Der Castor als Neutronenquelle 3. November 2016, Hannover
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