(GRS-724) Verfolgung sicherheitstechnischer Fragestellungen von Fusionsanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie

Weltweit wird derzeit an unterschiedlichen Fusionsansätzen geforscht, mit dem Ziel, in Zukunft aus Kernfusion technisch nutzbare Energie zu gewinnen. Neben den auf dem Prinzip des magnetischen Einschlusses basierenden Konzepten wie Tokamaks, Stellaratoren, Anlagen mit magnetisierten Target und Reversed-Field-Pinch-Anlagen wird auch der Ansatz der Trägheitsfusion in verschiedenen Experimenten verfolgt. Letztere haben zwar in jüngster Zeit vermehrt öffentliche Beachtung gefunden, sind aber vermutlich auch noch weit von einer kommerziellen Nutzung entfernt.

Für die europäischen DEMO-Konzepte, einem weiteren Schritt nach ITER auf dem Weg zu einem zukünftigen Fusionskraftwerk nach dem Prinzip des magnetischen Einschlusses, wurden international zahlreiche sicherheitstechnische Untersuchungen durchgeführt. In diesem Bericht wird ein Überblick über die in den DEMO-Konzepten vorgesehenen Systeme und Maßnahmen zur Gewährleistung der grundlegenden und ausgewählten unterstützenden Sicherheitsfunktionen gegeben. Außerdem werden exemplarisch die Störfall-Szenarien Strömungsverlust (LOFA) des Divertors, Verlust der Hauptwärmesenke, Kühlmittelverlust außerhalb und innerhalb des Vakuumbehälters (Ex-vessel und In-vessel LOCA) sowie Verlust des Vakuums (LOVA) einschließlich der daraus resultierenden Freisetzungsmöglichkeiten beschrieben. Neben den Störfallszenarien werden auch das grundsätzlich in einer Anlage vom DEMO-Typ zu erwartende radioaktive Inventare aus Tritium, aktiviertem Staub und aktivierten Korrosionsprodukten sowie die betrieblichen Freisetzungspfade diskutiert.

Das Gefährdungspotential eines DEMO-Konzepts wird anhand eines Vergleichs der radiologischen Wirksamkeit des Inventars bei vollständiger Freisetzung mit dem entsprechenden Wert für ein Kernkraftwerk mit 4 GW thermischer Leistung und einer Einordnung nach IAEA-TECDOC-1344 abgeschätzt. Auch wenn beide Ansätze mit erheblichen Unsicherheiten behaftet sind, lässt sich daraus ableiten, dass Fusionsanlagen in Bezug auf das radiologische Risiko zwischen industriellen Anlagen bzw. medizinischen Einrichtungen und Kernkraftwerken rangieren.

Die international und insbesondere auf Ebene der Europäischen Union bereits vorhandenen Ansätze für den Regelwerksrahmen für Fusionskraftwerke werden in diesem Bericht vorgestellt. Für einen solchen kann zwar partiell auf bereits existierende Konzepte aus kerntechnischen Regelwerken zurückgegriffen werden, zusätzlich müssen jedoch auch fusionsspezifische Anforderungen entwickelt werden. Bisher konzentrieren sich die entsprechenden Entwicklungen auf Fusionsanlagen nach dem Prinzip des magnetischen Einschlusses.