Der Atlas-Triebwagen wird abgebrannte Kernbrennstoffe durch die Vereinigten Staaten transportieren

Es wird erwartet, dass Kernkraftwerke bis 2060 mehr als 140.000 Tonnen abgebrannte Kernbrennstoffe produzieren. Jedes Jahr kommen 2.000 Tonnen radioaktive Schwermetalle zu dem wachsenden Bestand an Brennstoffen hinzu, die aus Kernreaktoren entfernt werden, unabhängig davon, ob sie in Betrieb oder außer Betrieb sind. In den kommenden Jahrzehnten wird das US-Energieministerium (DOE) dieses Material zu zukünftigen Lagereinrichtungen transportieren müssen.

Die vorhandene Menge abgebrannter Brennelemente (90.000 Tonnen) übersteigt bereits jetzt die derzeit verfügbaren Lagermöglichkeiten. In vielen der 75 Anlagen, die den SNF vor Ort beherbergen, haben Lagerfässer und Kühlbecken ihre maximale Kapazität erreicht. Es war nie vorgesehen, dass dieses Material langfristig an diesen Standorten verbleibt. Da die Bemühungen zur dauerhaften Speicherung jedoch seit Anfang der 2000er Jahre ins Stocken geraten sind, ist eine einst vorübergehende Lösung zum Status quo geworden, die das Energieministerium dazu zwingt, 10,6 Milliarden US-Dollar zu zahlen, um die Speicherkosten der Versorgungsunternehmen zu decken.

Doch Regulierungsbehörden und Gesetzgeber fangen endlich an, die Dinge in die Tat umzusetzen. Der Kongress wies das DOE kürzlich an, einen konsolidierten Zwischenlagerstandort für die Lagerung des SNF zu suchen, bis eine dauerhafte Lösung verfügbar ist, wahrscheinlich ein geologisches Endlager, das sich zwischen 300 und 1.000 Metern unter der Erde befindet. Allerdings wird dieses zukünftige Endlager frühestens in einem Jahrzehnt verfügbar sein.

In der Zwischenzeit stellt sich das DOE einer weiteren Herausforderung: der Modernisierung bestehender Triebwagen, um dem potenziellen Anstieg der SNF-Lieferungen gerecht zu werden. Das Ergebnis ist Atlas, ein Mehrwagensystem, das für den Transport von etwa 217 Tonnen SNF und hochradioaktivem Abfall zu zukünftigen Lager- und Entsorgungszielen ausgelegt ist.

Nach einem Jahrzehnt und 33 Millionen US-Dollar Entwicklungszeit hat die Association of American Railroads (AAR) kürzlich das 12-Achsen-System für den Betrieb auf allen großen Güterbahnstrecken in den Vereinigten Staaten zugelassen. Der Hauptwaggon von Atlas trägt einen SNF-Container, der von einer 7-Tonnen-Wiege und zwei 10-Tonnen-Endanschlägen gehalten wird. Zwei Pufferwagen sorgen für einen sicheren Abstand zwischen dem Hauptwagen und den beiden Lokomotiven, die den Zug antreiben, sowie ein Transportwagen mit Schienenbegleitfahrzeug (REV), der bewaffnetes Sicherheitspersonal zur Überwachung transportiert. Die US-Marine hat das Begleitfahrzeug mitentwickelt, um ihr eigenes Fahrzeug zu ersetzen[SC4] alternde REV-Flotte, die zur Begleitung von Marine-SNFs und klassifizierten Schiffskomponenten per Bahn eingesetzt wird. Atlas nutzt sowohl Mobilfunk- als auch Satellitenkommunikation und eine Mesh-Funkverbindung, um mit den Kabinen in Kontakt zu bleiben.

Die Ingenieure haben die letzten Tests auf dem Atlas im September 2023 auf einer 2.700 Kilometer langen Reise von Colorado nach Idaho abgeschlossen. Energieministerium der Vereinigten Staaten

In der Vergangenheit haben Lastkraftwagen und Züge Tausende von Lieferungen gebrauchten Kernbrennstoffs zwischen DOE-Forschungsstandorten, Kraftwerksreaktoren und der New Mexico Waste Isolation Pilot Plant, dem einzigen tiefen geologischen Endlager des Landes für waffenerzeugte Abfälle, transportiert. Während die gesetzliche Gewichtsbeschränkung für LKWs bei 36 Tonnen liegt, können per Bahn SNF-Fässer mit hoher Kapazität und kontaminierte Erde von Aufräumarbeiten effizient in einer einzigen Ladung befördert werden. Das fortschrittliche Echtzeitüberwachungssystem von Atlas baut auf diesen Fähigkeiten auf.

Der Atlas kommt zu einem Zeitpunkt, an dem die Kernkraft nach wie vor einen wichtigen Beitrag zur sauberen Energie in den Vereinigten Staaten leistet und Wind und Sonne überholte und im vergangenen Jahr 18,6 % des Stroms des Landes erzeugte, genug, um mehr als 70 Millionen Haushalte mit Strom zu versorgen. Trotz ihrer großen Kapazität produzieren Kernreaktoren relativ wenig Abfall. Die jährliche Produktion von SNF entspricht weniger als der Hälfte eines olympischen Schwimmbeckens.

Sobald der Brennstoff in einem Reaktor erschöpft ist, tauchen die Anlagenbetreiber die Brennelemente in 12 Meter tiefe Betonbecken, die mit Stahl ausgekleidet sind, um die Strahlung zu isolieren. Sobald der abgebrannte Kernbrennstoff mindestens fünf Jahre lang abgekühlt ist, wird er in Stahlbehälter überführt, die durch eine äußere Schicht aus Beton, Stahl oder beidem geschützt sind. Diese Trockencontainer können 40 Jahre lang vor Ort bleiben.

Abgebrannter Kernbrennstoff wird in den gesamten Vereinigten Staaten gelagert, wobei ein Großteil davon Tausende von Kilometern von bestehenden und zukünftigen Lagerstätten entfernt liegt.Amt für Rechenschaftspflicht der Regierung der Vereinigten Staaten

In den 1980er Jahren verpflichtete das Atommüllgesetz das DOE, mit der dauerhaften Lagerung von SNF in einem unterirdischen Endlager am Yucca Mountain, Nevada, zu beginnen. Doch der gesellschaftliche und politische Widerstand machte diesem hart umkämpften Projekt letztlich ein Ende. Die regulatorische Komplexität einer dauerhaften Speicherlösung bleibt ein entscheidendes Hindernis für das SNF-Management, insbesondere angesichts der Unsicherheit über die Sicherheit der langfristigen Trockenlagerung. Da sich das Energieministerium noch im Anfangsstadium der Einrichtung einer vorläufigen Bundeseinrichtung befindet, wird der SNF wahrscheinlich bis Ende der 2030er-Jahre in den Anlagen bleiben.

Laut DOE hat die Atlas-Entwicklung aufgrund der Komplexität des AAR-Standards S-2043, dem strengsten Standard für Güterwagen, die hochradioaktive Abfälle und radioaktive Abfälle mit hoher Aktivität in Nordamerika transportieren, zehn Jahre gedauert. Atlas verfügt über eine Reihe von Sensoren, die 11 vom S-2043-Standard geforderte Leistungsparameter überwachen, wie Rollbedingungen, Geschwindigkeit, Schwankung und Bremsen. Das integrierte Sicherheitsüberwachungssystem umfasst Mechanismen zur Verhinderung von Entgleisungen aufgrund von Geräteausfällen oder -verschlechterungen.

Das DOE stellte sich den Atlas zunächst als achtachsigen Triebwagen vor. Während der Entwurfsphase deuteten Computermodelle darauf hin, dass die Leistung des Zuges möglicherweise nicht alle Anforderungen des S-2043-Standards erfüllt. Etwa zur gleichen Zeit bescheinigte die Nuclear Regulatory Commission (NRC) einem neuen 190-Tonnen-Container, dass er für die Achslasten eines kleineren Triebwagens zu schwer sei. Diese Umstände inspirierten zu einer Neukonstruktion des 12-Achsers.

Atlas-Wagen sind durch leere Pufferwagen von Lokomotiven und Begleitwagen getrennt, um einen Sicherheitsabstand zu abgebrannten Kernbrennstoffen einzuhalten.Energieministerium der Vereinigten Staaten

Die Waggons und Lokomotiven wurden rund 2.700 Kilometer (1.680 Meilen) lang vorgeführt, um Kompatibilität und Sicherheit auf der Strecke zu gewährleisten. Der Test verlief reibungslos von Colorado nach Idaho und simulierte den schwersten NRC-zertifizierten Container mit Dummy-Stahlgewichten von insgesamt fast 220 Tonnen (480.000 Pfund), begleitet von einem REV, Pufferwagen und Lokomotiven der Union Pacific Railroad.

Für schwerere SNF-Container sind die Dutzend Achsen erforderlich, die Atlas bereitstellt, aber acht Achsen können relativ leichtere Pakete von mindestens 72 Tonnen effizienter bewegen. Nachdem Atlas auf einen 12-achsigen Wagen umgestiegen war, startete das DOE ein achtachsiges Projekt für kleinere Nutzlasten. Die AAR genehmigte den Entwurf im Jahr 2021 und begann in diesem Jahr mit der Herstellung des Prototyps.

Der Fortis, der das gleiche Nutzlastmontagesystem, Überwachungssystem, REV und Pufferfahrzeuge umfasst, wird voraussichtlich Ende der 2020er Jahre fertiggestellt. „Beide Triebwagen werden DOE die Flexibilität bieten, die richtige Schienenausrüstung für den Job zu verwenden“, a sagte ein DOE-Sprecher. IEEE-Spektrum.