Filteraufwand beim Reaktorrückbau durch Laserstrahlschneiden reduzieren

Erfolgreicher Test im Unterwassertechnik Hannover, bei vier Metern Wassertiefe konnten die Wissenschaftler Edelstahlbleche erfolgreich durchtrennen. (Foto: LZH)

Immer mehr Atomkraftwerke erreichen ihre maximale Lebensdauer oder werden durch den Atomausstieg stillgelegt. Um bei Demontagearbeiten den zusätzlichen Aufwand der Wasserfilterung beim direkten Rückbau zu reduzieren, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ein laserbasiertes Schneidverfahren entwickelt und validiert. Mit diesem gelangen beim Zerschneiden der Reaktorbehältereinbauten bis zu 95 Prozent weniger radioaktiv kontaminierte Sekundärabfälle ins Wasser.

Beim direkten Rückbau werden die Reaktorkomponenten an Ort und Stelle im Kühlwasser zerlegt. Für diesen Ansatz hat sich die Gruppe Unterwassertechnik des LZH eine bestimmte Eigenschaft des Laserstrahlschneidens zu Nutze gemacht: die Schmelze aus der Fuge bleibt beim Schneiden am Blech haften. Bei konventionellen Verfahren, wie dem Wasserstrahlschneiden oder dem Schneiden mit Sägeblättern, geht Material aus der Fuge und prozessabhängig gegebenenfalls auch zusätzlich Abrasivmittel ins Kühlwasser über. Das Wasser muss dann aufwendig von diesen Sekundärabfällen gereinigt werden.

Parameter optimiert:
95 Prozent weniger Sekundärabfall im Wasser

Durch geschicktes Anpassen der Parameter wie Laserleistung, Gasdruck und Schneidgeschwindigkeit, konnten die Forschenden den Gewichtsverlust beim Schneiden von Edelstahlblechen bis zu 95 Prozent verringern. Entsprechend weniger Sekundärabfälle gehen ins Wasser über. Der Prozess funktioniert ähnlich bei Zirkoniumlegierungen, ein ebenfalls übliches Material für Reaktorkomponenten.

Erfolgreiche Tests im Unterwassertechnikum Hannover
Im Unterwassertechnikum Hannover der Leibniz Universität Hannover gelang es der Gruppe in einer Wassertiefe von vier Metern erfolgreich drei und fünfzehn Millimeter dicke Edelstahlbleche zu schneiden. Dafür haben sie eine Laseroptik entwickelt und gebaut, die darauf optimiert ist, Kraftwerkskomponenten unter Wasser zu zerlegen. Die Versuche führten sie mit einem mobilen Scheibenlaser der Laser on Demand GmbH, einer LZH-Ausgründung, durch. Im Rahmen der Validierung konnte die Gruppe Unterwassertechnik des LZH zusammen mit dem Partner Orano GmbH, Nürnberg, den Prozess vom Labormaßstab auf Industrie-nahe Konditionen heben, entsprechend dem Technology Readiness Level 6.

Über AZULa
Das Projekt „Automatisierte Zerlegung von Reaktordruckbehältereinbauten mit Hilfe von Unterwasser-Lasertechnik“ (AZULa) wurde gemeinsam mit der Orano GmbH durchgeführt. Gefördert wurde AZULa vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 15S9408 durch den Projektträger Gesellschaft für Anlagen- und Reaktorsicherheit gGmbH (GRS).

Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)

Als unabhängiges gemeinnütziges Forschungsinstitut steht das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) für innovative Forschung, Entwicklung und Beratung. Das durch das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Arbeit, Verkehr und Digitalisierung geförderte LZH widmet sich der selbstlosen Förderung der angewandten Forschung auf dem Gebiet der Photonik und Lasertechnologie. 1986 gegründet arbeiten inzwischen fast 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter am LZH.

Der Fokus des LZH liegt auf den Bereichen Optische Komponenten und Systeme, Optische Produktionstechnologien und Biomedizinische Photonik. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Naturwissenschaftlern und Maschinenbauern ermöglicht innovative Ansätze für Herausforderungen verschiedenster Bereiche: von der Komponentenentwicklung für spezifische Lasersysteme bis hin zu Prozessentwicklungen für die unterschiedlichsten Laseranwendungen, zum Beispiel für die Medizintechnik oder den Leichtbau im Automobilsektor. 18 Ausgründungen sind bis heute aus dem LZH hervorgegangen. Das LZH schafft so einen starken Transfer zwischen grundlagenorientierter Wissenschaft, anwendungsnaher Forschung und Industrie.

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