DE19517415A1 - Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen - Google Patents
Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden NeutronenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion
radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen. Weiterhin betrifft die
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Abschirmelementen zur
Absorption der genannten Neutronen sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Herstellungsverfahrens.
Für die Behandlung der insbesondere aus dem Gebiet der Kernreaktortechnik
stammenden radioaktiven Materialien werden je nach Aufgabenstellung,
Material und Zustand unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Beispielsweise
werden Brennstäbe zum Wechsel und/oder zur Überprüfung in Abklingbecken
zur Vermeidung von weiteren Kernreaktionen durch die zwangsläufig
abgestrahlten Neutronen voneinander abgeschirmt, indem jeder einzelne
Brennstab von einem Rohr umgeben wird. Bei diesen Rohren handelt es sich
um Rohre aus sogenanntem Borstahl, einem Edelstahl mit einem Boranteil von
2 bis 3%. Abgesehen von dem erforderlichen Herstellungsaufwand sind diese
Rohre überaus kostenintensiv und der Wirkungsgrad ist wegen des
beschränkten Boranteils begrenzt. Bei dem Versuch, den Boranteil zu erhöhen,
wurde die Abscheidung einer Bor-Nickel-Legierung überprüft. Der Boranteil
kann zwar auf bis zu 8% erhöht werden, jedoch erhöhen sich auch die
Kosten etwa um den Faktor 10, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz derartiger
Rohre nicht in Frage kommen kann.
Für andere Aufgaben, beispielsweise den Transport und/oder die Lagerung
radioaktiver Materialien, werden Verfahren eingesetzt bei welchen auf den
metallischen Oberflächen von Behältern Nickelschichten abgeschieden
werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Absorption der bei der
Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehender Neutronen anzugeben,
welches mit möglichst geringem wirtschaftlichen Aufwand effektiv einsetzbar
ist. Darüber hinaus sollen mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Metallelementen sowie
eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.
Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur
Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden
Neutronen vorgeschlagen, wobei diese Materialien in mit Cadmium
enthaltenen Beschichtungen versehene Metallelemente eingehüllt werden.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden Metallelemente
verwendet, die mit einer Cadmium enthaltenen Beschichtung versehen sind,
also entweder mit reinem Cadmium oder mit Cadmiumlegierungen.
In vorteilhafter Weise werden als Metallelemente Stahlbauteile verwendet. Im
Gegensatz zu bekannten Verfahren genügt es hier, wenn ganz normale Stähle
verwendet werden, so daß es bereits hier zu einer Kostenreduktion kommt.
Darüber hinaus ist Cadmium ein vergleichsweise kostengünstiger Werkstoff
und es genügen bereits dünne Cadmiumschichten, um eine gute Absorption
der Neutronen zu erzielen.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß, sofern die radioaktiven Materialien
Brennstäbe sind, diese in mit Cadmiumbeschichtungen versehene Stahlrohre
eingehüllt werden.
Das angegebene Verfahren ist überaus wirksam und kostengünstig.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von mit Cadmium
enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelementen für die Absorption
der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen
vorgeschlagen, wobei ein metallischer Grundkörper elektrolytisch mit einer
Cadmium enthaltenen Beschichtung versehen wird.
Derartige Elektrolysevorgänge können in einem sauren oder in einem
zyanidischen Bad durchgeführt werden, wobei ein saures Bad, insbesondere
unter Verwendung von Sulfat, bevorzugt wird.
Mit Vorteil werden neben Cadmiumanoden auch Inertanoden verwendet, die
durch bedarfsweise einsetzbare Hilfsanoden ergänzt werden können.
Erfindungsgemäß wird metallisches Cadmium elektrolytisch abgeschieden,
wobei gemäß einem Vorschlag der Erfindung eine Cadmiumlegierung gebildet
werden kann. So kann beispielsweise zusätzlich eine Chromatierung oder
Passivierung vorgesehen werden. In vorteilhafter Weise wird das Verfahren
vollautomatisch durchgeführt. Die Verwendung von Cadmium war aus
gesundheitlichen und umwelttechnischen Gründen lange Zeit nicht zulässig
und läßt sich auch jetzt nur unter Beachtung intensiver
Sicherheitsbestimmungen einsetzen. Die Durchführung des vollautomatischen
Verfahrens gewährleistet die Vermeidung von entsprechenden Gefahren.
Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die im wesentlichen
eine zylindrische Wanne umfaßt, in welcher die Anoden stationär angeordnet
sind, welche mit einer elektrischen Beschaltung versehen und einerseits durch
eine Hebeanlage, andererseits durch ein Rohrsystem befüllbar und entleerbar
ist.
Die Anforderungen an die zu bildenden Beschichtungen sind sehr
unterschiedlich und umfassend. Die verwendeten metallischen
Abschirmelemente müssen als Strahlenbremse wirken, müssen
korrosionsbeständig sein, da beispielsweise die im Abklingbecken enthaltenen
Flüssigkeiten sauer sind, und müssen eine ausreichende mechanische Härte
aufweisen, so daß eine geringfügige mechanische Belastung, beispielsweise
ein Anstoßen und dergleichen, nicht zu einer Zerstörung der Schicht führt. Die
Korrosionsbeständigkeit wird durch eine absolut porendichte und rißfreie
Schicht gewährleistet. Darüber hinaus muß eine gute Haftung durch eine
metallische, das heißt atomare Bindung gewährleistet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen
Vorrichtung lassen sich beispielsweise auf Stahlrohren aus normalem Stahl auf
der Innen- und Außenseite Cadmium enthaltene Schichten mit einer Dicke von
größer 30 µm ausbilden. Herkömmliche Schichtdicken von 8 bis 12 µm
wurden in anderen technischen Gebieten zur Ausnutzung der positiven
Gleiteigenschaften von Cadmium ausgebildet. Theoretisch ergibt sich eine
Schichtdickenobergrenze von etwa 100 µm.
In der vollautomatischen Anlage wird als Becken eine vorzugsweise
zylindrische Wanne verwendet, in welcher die Hauptanoden ortsfest
positioniert sind. Dies dient der Vermeidung von Umweltbelastungen durch ein
Verfahren der Anoden. Nach dem Einsetzen des metallischen Elements,
beispielsweise einem Stahlrohr von 5 m Länge und 300 mm Durchmesser
bzw. Kantenläge, da rechteckige Rohre bevorzugt werden, kann das Elektrolyt
eingelassen und durch eine entsprechende elektrische Beschaltung die
Elektrolyse durchgeführt werden. Alle sonstigen erforderlichen Vorgänge wie
Temperieren der Werkstücke und ggf. des Beckens, Vorbereiten der
Oberflächen, Spülen und dergleichen werden in der aus dem Stand der
Technik an sich bekannten Weise durchgeführt. Nach erfolgter Elektrolyse
werden der Elektrolyt und ggf. weitere einzusetzende Flüssigkeiten
abgepumpt. Unter Umständen erforderliche Hilfsanoden werden am Werkstück
angeordnet.
Mit der Erfindung wird ein gegenüber herkömmlichen bekannten Verfahren
überaus kostengünstiges und überaus wirksames Verfahren zur
Neutronenabsorption vorgeschlagen, wobei neben den wirtschaftlichen
Vorteilen der Verwendung normaler Stähle, der Ausbildung dünner Schichten
und kostengünstiger Materialien auch der besondere Vorteil der vielseitigen
Einsatzmöglichkeiten der metallischen Einhüllelemente erzielt wird.
Claims (12)
1. Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver
Materialien entstehenden Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß diese
Materialien in mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehene
Metallelemente eingehüllt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Metallelemente Stahlelemente verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die radioaktiven Materialien
Brennstäbe sind, dadurch gekennzeichnet, daß als mit Cadmium
enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelemente Stahlrohre
verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlrohre mit
einem eckigen Querschnitt verwendet werden.
5. Verfahren zur Herstellung von mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen
versehenen Metallelementen für die Absorption der bei der Kernreaktion
radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei auf den
Metallelementen die Cadmiumbeschichtung elektrolytisch ausgebildet
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse
in einem sauren Bad durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse
in einem Sulfatbad erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Elektrolyse Cadmium und/oder Inertanoden verwendet
werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Elektrolyse Hilfsanoden verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß elektrolytisch eine Cadmiumlegierung gebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die elektrolytische Beschichtung vollautomatisch durchgeführt wird.
12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von mit
Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelementen für
die Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien
entstehenden Neutronen nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das Elektrolysebecken eine im wesentlichen
zylindrische Wanne ist, die mit ortsfest angeordneten Anoden bestückt
und mit einer elektrischen Beschaltung versehen ist und die über ein
Rohrleitungssystem befüllbar bzw. entleerbar ist und in die mittels einer
Hebeanlage die Werkstücke einbringbar sind.
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