SUR 100 WFHH

Sicherheit

Kerntechnische Sicherheit:
Regelplatten - Teilung der Spaltzone - Reaktivitätskoeffizient  (Temperatur) - Grenzwertgeber - Verriegelungen

Organisatorische Maßnahmen:
Personelle Organisation - Wiederkehrende Prüfungen - Buchführung - Messungen der Strahlendosis - Raumüberwachung

Strahlenschutz:
Kontrollbereich - Ortsdosisleistung

1.  Kerntechnische Sicherheit

Der Reaktor wurde von Hand durch zwei Regelplatten geregelt, die jede für sich imstande waren, den Reaktor abzuschalten.

Als Absorber diente eine auf eine Blattfeder genietete Cadmiumplatte mit einem Hub von 25 cm. Der untere Teil der Blattfeder war über eine Trommel gespannt und mit dem Ende an ihr befestigt.

Der Antrieb der Trommel erfolgte im Normalfall durch einen Gleichstrommotor über ein Untersetzungsgetriebe und eine elektromagnetische Kupplung.

Die erste Regelplatte konnte erst ausgefahren werden, wenn die untere Kernhälfte angehoben und die Neutronenquelle an den Reaktor herangefahren war.

Bei Schnellschluss des Reaktors öffnete sich die Kupplung, so dass die Regelplatte durch die gespannte Blattfeder nach oben in die Abschaltposition gedrückt wurde. Die Einfahrzeit einer Platte bei Schnellschluss betrug weniger als 0,5 s.

Die Kernhälfte unterhalb des durchgehenden Bestrahlungsrohres (Experimentierkanal) konnte zum Abschalten mit einem Teil des inneren Reflektors um 5 cm abgesenkt werden. Dies führte zum sicheren Abschalten des Reaktors.

Bei Schnellschluss des Reaktors wurde die elektromagnetische Kupplung am Hubwerkantrieb gelöst. Die bewegliche Reaktorhälfte fiel durch ihr Eigengewicht nach unten. Die Fallzeit betrug weniger als 0,2 s.

Der Reaktor ist kernphysikalisch so ausgelegt, dass die Reaktivität mit steigender Temperatur abnimmt. Bereits bei etwa 40° C wird der Reaktor selbst dann unterkritisch, wenn beide Regelplatten voll ausgefahren sind.

• Messung der Temperatur in der Spaltzone:

  U.a. durfte die Temperatur der Spaltzone einen eingestellten Wert (Grenzwert) nicht unterschreiten (s. Reaktivitätskoeffizient). Bei zu niedriger Temperatur konnte der Reaktor nicht angefahren werden.

  [Hinweis: Die Temperatur in der Spaltzone folgte der Temperatur im Reaktorraum (Winter / Sommer). Durch den Reaktorbetrieb selbst ergab sich keine messbare Temperaturänderung.]

• Gamma-Monitor: Mit einem Zählrohr wurde die Gamma-Dosisleistung im Raum überwacht. Bei Überschreiten eines Grenzwertes wäre der Reaktor abgeschaltet worden.

  [Zur Kontrolle, ob das Messgerät einwandfrei arbeitete, war in unmittelbarer Nähe des Zählrohres ein Gamma-Strahler angebracht. Bei Ausfall des Gerätes wäre die Zählrate gesunken, dadurch ein anderer Grenzwert unterschritten und der Reaktor abgeschaltet worden.]

• Impuls(-mess-)kanal: Vor dem Anfahren und während der Anfahrphase war die Spaltrate zunächst noch klein. Daher wurden die Neutronen mit einem BF₃-Zählrohr gezählt (Zählimpulse). In diesem Messkanal gab es drei Grenzwerte:
  1. unterer Grenzwert: Zur Kontrolle, ob die Neutronenquelle für den Anfahrvorgang eingefahren war. War der untere Grenzwert unterschritten, konnte die untere Kernhälfte nicht angehoben werden.
  2. mittlerer Grenzwert: vor Erreichen des mittleren Wertes konnte die erste Regelplatte nicht ausgefahren werden.
  3. oberer Grenzwert:Das Zählrohr wäre bei den hohen Zählraten nach Erreichen der normalen Leistung im Dauerbetrieb vorzeitig verbraucht worden. Es musste daher nach Überschreiten des oberen Grenzwertes abgeschaltet werden (Warnmeldung, die Kontrolle des Reaktors erfolgte nun mit der Ionisationskammer).
• logarithmischer (Mess-)Kanal (Messung der Flussdichte mit der Ionisationskammer):
  1. Grenzwert: Überwachung der Mindestflussdichte beim Anfahren. Unterschreitung führte zur Abschaltung.
  2. Grenzwert: Übernahme der Überwachung durch den logarithmischen Kanal. Oberhalb dieses Grenzwertes sollte das Zählrohr abgeschaltet werden. Unterhalb davon musste es in Betrieb sein.
  3. Grenzwert: Vorwarnung unterhalb der Nennleistung (Warnmeldung).
  4. Grenzwert: Bei Überschreiten der Nennleistung: Reaktorabschaltung.

  [Der logarithmische Kanal war fest mit einem Schreiber verbunden, der den gesamten Fahrbetrieb dokumentierte. Damit war der gesamte Leistungsbereich von der niedrigsten Last bis zur Nennlast über mehrere Größenordnungen erfasst. Dies war wichtig für die Dokumentation, aber ungeeignet für das Fahren des Reaktors (s.linearer Kanal)]

• linearer (Mess-)Kanal (mit der Ionisationskammer)
  1. Grenzwert: Vorwarnung bei 90% des Vollausschlags des Instruments
  2. Grenzwert: Abschalten bei Erreichen des Vollausschlages, unabhängig vom Messbereich

  [Der lineare Kanal ermöglichte ein genaues Fahren des Reaktors auch im niedrigen Leistungsbereich. Die jeweilige Messempfindlichkeit wurde so eingestellt, dass die Leistungsänderung gut zu verfolgen waren. Dieser Kanal konnte auch mit einem Schreiber verbunden werden. Die Kurven dienten zur Versuchsauswertung, waren aber keine Dokumente.]

• weitere Grenzwertgeber:
  • Wasserstand im Abschirmbehälter zur Gewährleistung der Abschirmung
  • Temperatur Abschirmwasser: Durfte nicht zu niedrig sein (s. Temperatur in der Spaltzone)
  • Position der Neutronenquelle (eingefahren, ausgefahren, Ausbaustellung): Anfahren des Reaktors war nicht möglich, wenn die Quelle nicht eingefahren war
  • Position der unteren Kernhälfte (unten, oben): Ausfahren der Regelplatten nicht möglich, wenn Kernhälfte nicht in der oberen Endposition.
    [Außerdem wurde die Stellung der unteren Kernhälfte während der Hubbewegung zwischen den Endpositionen angezeigt.]
  • Stellung der Regelplatte 1 (eingefahren, ausgefahren): Während des Anfahrvorgangs konnte die Regelplatte 2 nicht vor der Regelplatte 1 betätigt werden.
    [Außerdem wurde die Stellung der Regelplatten angezeigt.]
  • Schlüsselschalter 1: Ohne Schlüssel kein Reaktorbetrieb.
  • Schlüsselschalter 2: Ohne Schlüssel konnte die Neutronenquelle nicht ausgefahren werden.
  • Reaktortür für den Zugang zum Antriebsraum unterhalb des Reaktors. Die Tür musste im Normalbetrieb geschlossen sein, sonst Abschaltung.
  • Pulttür (rückseitige Tür des Schaltpultes). Die Tür musste im Normalbetrieb geschlossen sein, um unbefugte Eingriffe in die Elektronik auszuschließen.

Durch ein Verriegelungssystem (teilweise bereits bei den Grenzwertgebern erklärt) wurde beim Reaktorbetrieb dafür gesorgt, dass bestimmte Bedingungen erst erfüllt sein mussten, ehe eine Leistungsänderung möglich war.

War eine Bedingung nicht oder nicht mehr erfüllt, so konnte der Reaktor nicht kritisch gemacht werden. War er bereits in Betrieb, wurde der Reaktor, wenn die die einzelnen Verriegelungsschritte verbindende Wirkungslinie an irgendeiner Stelle unterbrochen war, zwangsläufig auf den davor liegenden Zustand zurückgeführt.

Einzelne Verriegelungen, welche nur beim Anfahren sinnvoll waren, wurden im Zuge des Anfahrvorgangs automatisch aufgehoben.

2.  Organisatorische Maßnahmen

Betreiber des Reaktors war die Fachhochschule Hamburg (heute Hochschule für angewandte Wissenschaften), vertreten durch den jeweiligen Präsidenten und die Vizepräsidenten.

Der verantwortliche Reaktorleiter, der Strahlenschutzbeauftragte und deren jeweilige Vertreter (auch in Personalunion) wurden vom Fachbereichsrat unter Berücksichtigung der gesetzlichen Vorschriften (z.B. Fachkundenachweis) bestimmt.

Als Reaktorfahrer waren nur Personen zugelassen und der Aufsichtsbehörde namentlich gemeldet, die Bedienstete der Fachhochschule Hamburg waren, ihre Fachkunde nachgewiesen hatten und im Betrieb des SUR 100 ausgebildet waren.

Der jeweils gültige namentliche Organisationsplan wurde den zuständigen Aufsichtsbehörden mitgeteilt.

Der Reaktor durfte nur betrieben werden, wenn mindestens zwei Personen anwesend waren, von denen eine als Reaktorfahrer zugelassen war. Die andere Person musste vor Betriebsbeginn in die Notabschaltung eingewiesen werden.

Unter Aufsicht eines Reaktorfahrers und mit Zustimmung des Laborleiters durften auch andere Personen den Reaktor fahren, z.B. zu Informations- bzw. Ausbildungszwecken. Gerade hierfür war der Reaktor gebaut.

• an jedem Betriebstag
  • Funktionsprüfung aller Messgeräte und beweglichen Teile, sowie der wichtigsten Grenzwertgeber. Das dabei ausgefüllte Prüfprotokoll gehörte zur Betriebsdokumentation.
• halbjährlich
  • Überprüfung der Grenzwertgeber für den Wasserstand und für die Temperatur des Abschirmwassers,
  • Messung des Plateaus der Zählrohre.
• jährlich
  • Überprüfung der Dichtigkeit der Spaltzone,
  • Messung der Fallzeit der unteren Kernhälfte und der Einschusszeiten der Regelplatten,
  • Dichtigkeitsprüfung der Neutronenquelle und der Prüfstrahler.
• alle zwei Jahre
  • Überprüfung durch den Technischen Überwachungsverein.
• alle drei Jahre
  • Einsatzplan der Feuerwehr, gemeinsam mit der Feuerwehr.

• Betriebsprotokollbuch: Nach jeder Inbetriebnahme des Reaktors waren die Betriebsdaten für jeden neu erreichten stationären Zustand bzw. (bei stationärem Betrieb) nach jeweils 30 min einzutragen.
• Funktionsprüfung an jedem Betriebstag: Die vorgedruckten Prüfprotokolle wurden nach Durchführung der Funktionsprüfung fortlaufend numeriert abgeheftet.
• Registrierstreifen: Die Registrierstreifen des Schreibers im logarithmischen Messkanal wurden zu Beginn und bei Abschluss jedes Reaktorbetriebes mit Datum und Uhrzeit markiert.
• Störungen, Reparaturen: Betriebsstörungen, Reparaturen, regelmäßige Überprüfungen und besondere Vorkommnisse wurden im Reparatur- und Wartungsbuch dokumentiert.
• Spaltstoffeinsatz: Der Vorrat und die Verwendung der Spaltstoffe wurde regelmäßig an die EURATOM-Behörde gemeldet.

• Beruflich strahlenexponierte Personen:
  • Die amtlichen Auswertungen der Filmdosimeter wurden chronologisch geordnet abgeheftet,
  • Die Protokollbögen über die Messergebnisse der ablesbaren Dosimeter wurden chronologisch geordnet aufbewahrt.
• Nicht beruflich strahlenexponierte Personen (Studenten, Besucher während des Reaktorbetriebs):
  • Über die ermittelten Körperdosen wurden Protokolle geführt. Die Protokollbögen wurden chronologisch geordnet aufbewahrt.

Die gestiegenen Anforderungen an die Sicherheit gegen Einwirkung Dritter haben zu besonderen Maßnahmen zum Schutz und zur Überwachung des Reaktorraums geführt, die an dieser Stelle nicht weiter erörtert werden.

3.  Strahlenschutz

Der Reaktorraum war während des Reaktorbetriebes Kontrollbereich. Es galten die Zugangsregeln der Strahlenschutzverordnung. Der Aufenthalt war nur bei Anwesenheit einer der im Organisationsplan ausgewiesenen Personen erlaubt.

Der Höchstwert der Ortsdosisleistung aus Neutronen- und Gammastrahlung unmittelbar seitlich an der Reaktoraußenseite betrug bei Nennleistung 45 µSv h^-1.

Dieser Wert erhöhte sich kurzzeitig, wenn die Leistung unbeabsichtigt oder beabsichtigt (z.B. um das Abschalten des Reaktors zu provozieren) über die Vorwarnung des logarithmischen Kanals hinweg bis zum Abschalt-Grenzwert anstieg.