Weiterentwicklung und Anpassung der numerischen Verfahren zur Inventarcharakterisierung zwischengelagerter radioaktiver Abfälle und Bewertung des Strahlungseinflusses

Abstract

Fragen zur Strahlenexposition durch radioaktive Abfälle lassen sich grundsätzlich nur bei genauer Kenntnis der emittierten Dosisleistungen beantworten. Dabei spielen die Inventarcharakterisierung und die Abschirmwirkung des Behälters eine Schlüsselrolle bei der Festlegung geeigneter Randbedingungen, beispielsweise für besondere Anordnungen in Zwischenlagern oder für spezifische Transportanforderungen. Die GRS verfügt über die notwendigen Programme und Expertisen zur wissenschaftlichen Bewertung sicherheitsrelevanter Fragen im Zusammenhang mit Zwischenlagerung und Transport. Dieses Eigenforschungsvorhaben wurde initiiert, um die Berechnungskette für die Inventarcharakterisierung und Dosisberechnung schwach- (LAW), mittel- (MAW) und hochradioaktiver Abfälle (HAW) zu modernisieren. Zu diesem Zweck wurde die bestehende Methode überprüft und es wurde ein neues aktualisiertes Konzept entwickelt. Dies umfasst die verwendeten Programme und -methoden in den Bereichen Inventarbestimmung, Aktivierungs- und Abschirmberechnungen sowie deren Schnittstellen. Die neue Rechenkette, gesteuert über die Anwendung WANIRAS, umfasst moderne Berechnungscodes und -methoden, um zuverlässige Vorhersagen über die radiologischen Auswirkungen von Transport und Lagerung von LAW/MAW und HAW zu ermöglichen, die dann für Sicherheitsplanungen und -bewertungen genutzt werden können. Der aktu-elle Stand von WANIRAS, umfasst Grundfunktionen der Berechnungskette: Inventarbe-rechnung und Strahlungsfeldberechnung. WANIRAS besteht aus einer grafischen Ober-fläche, die der Inputerstellung diverser Rechenprogramme sowie deren Nachbereitung und Schnittstellen dient. Die Identifizierung repräsentativer Rechenfälle, eine zentrale Aufgabe des Eigenforschungsvorhabens, sowie die Neubewertung und teilweise Erneuerung der verwendeten Software erlaubte es, den Informationstransfer zwischen den Berechnungsschritten zu überarbeiten. Diese Rechenfälle wurden außerdem dazu genutzt, die Kompatibilität mit den früher genutzten Rechenmethoden zu überprüfen. Die Ergebnisse der repräsentativen Rechenfälle, gesteuert durch die entwickelte Anwendung WANIRAS, und der alten Rechenkette stimmen gut überein. Eventuelle Abweichungen konnten durch Anpassung der verwendeten Verfahren und Bibliotheken zufriedenstellend erklärt werden. In WANIRAS und der begleitenden Dokumentation sind außerdem Beispiele, Leitfäden und unterstützende Werkzeuge implementiert, die auch unerfahrenen Modellierern die Berechnung und Bewertung von Standardproblemen im deutschen Abfallmanagement ermöglichen sollen. Die Bereitstellung einer erweiterbaren Struktur durch die Software WANIRAS, in welcher Wissen und Methoden gebündelt sind, gewährleistet zudem Konsistenz bei Auswertungen und Bewertungen über den Erfahrungsstand einzelner Gutachter hinaus. Darüber hinaus bietet sie einen erweiterbaren Rahmen für den Aufbau weiterer Methoden zur Dosis- und Inventarbewertung, wie beispielsweise die Einbeziehung anderer Transportcodes, sowie eine robuste Methode für Wissensmanagement und -transfer im Bereich der Strahlentransportmodellierung. Questions about radiation exposure from radioactive waste can generally only be an swered with precise knowledge of the emitted dose rates. Inventory characterization and the shielding effect of the storage container play a key role in determining suitable bound ary conditions, for example, for special arrangements in storage facilities or for specific transport requirements. GRS has the necessary software and expertise for the scientific evaluation of safety relevant issues related to nuclear waste storage and transport. This research project was initiated to modernize the calculation chain for inventory characterization and dose cal culations for low-level (LAW), intermediate-level (MAW), and high-level radioactive waste (HAW). For this purpose, the existing method was reviewed, and a new, updated concept was developed. This includes the programs and methods used in the areas of inventory determination, activation and shielding calculations, and their interfaces. The new calculation chain, controlled by the WANIRAS application, includes modern calculation codes and methods to enable reliable predictions of the radiological impacts of transport and storage of LAW/MAW and HAW, which can then be used for safety planning and assessments. The current status of WANIRAS includes basic functions of the calculation chain: inventory calculation and radiation field calculation. WANIRAS con sists of a graphical interface used for input generation of various calculation programs, as well as data post-processing and interfaces between calculation codes. The identification of representative calculation cases, a central task of the project, as well as the re-evaluation and partial renewal of the software used, made it possible to revise the information transfer between the calculation steps. These calculation cases were also used to verify compatibility with the previously used calculation methods. The results of the representative calculation cases, controlled by the developed WANIRAS applica tion, and the previous calculation chain are in good agreement. Any deviations could be satisfactorily explained by adapting the methods and libraries used. WANIRAS and the accompanying documentation also contain examples, guidelines, and supporting tools designed to enable even inexperienced modelers to calculate and evaluate standard problems relevant to German waste management. The WANIRAS software's provision of an expandable structure, in which knowledge and methods are bundled, also ensures consistency in evaluations and assessments beyond the IV experience level of individual experts. Furthermore, it offers a modular framework for developing additional methods for dose and inventory assessment, such as the inclusion of other transport codes, as well as a robust method for knowledge management and transfer in the field of radiation transport modeling.