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DE2758408A1 - Verfahren zur abtrennung von spaltprodukten - Google Patents

Verfahren zur abtrennung von spaltprodukten

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Publication number
DE2758408A1
DE2758408A1 DE19772758408 DE2758408A DE2758408A1 DE 2758408 A1 DE2758408 A1 DE 2758408A1 DE 19772758408 DE19772758408 DE 19772758408 DE 2758408 A DE2758408 A DE 2758408A DE 2758408 A1 DE2758408 A1 DE 2758408A1
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DE
Germany
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water
aqueous solution
iodine
fuel
recovered
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE19772758408
Other languages
English (en)
Inventor
Maurice Anav
Andre Chesne
Andre Leseur
Pierre Miguel
Roger Pascard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from FR7639569A external-priority patent/FR2376499A1/fr
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of DE2758408A1 publication Critical patent/DE2758408A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/10Obtaining alkali metals
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/42Reprocessing of irradiated fuel
    • G21C19/44Reprocessing of irradiated fuel of irradiated solid fuel
    • G21C19/46Aqueous processes, e.g. by using organic extraction means, including the regeneration of these means
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04Treating liquids
    • G21F9/06Processing
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

COMMISSARIAT A L1ENERGIE ATOMIQUE
29, rue de la Federation
75752 Paris, Cedex 15 (Prankreich)
Verfahren zur Abtrennung von Spaltprodukten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtrennung von Spaltprodukten, insbesondere von radioaktivem Jod, Cäsium, Rubidium und Tritium, das in bestrahlten Kern-Brennelementen enthalten ist, und insbesondere ein Verfahren, das die Isolation und anschließend die Wiedergewinnung der Gesamtheit des radioaktiven Jods während der ersten auf feuchte Weise erfolgenden Behandlungsschritte der bestrahlten Brennelement« und insbesondere vor der Auflösung des Brennstoffs von letzteren.
Nach der Bestrahlung enthalten die Kern-Brennelemente verschiedene Spaltprodukte, die isoliert und gespeichert werden müssen nach der Behandlung der bestrahlten
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Brennelemente wegen der Schädlichkeit dieser Spaltprodukte, fön denen einige eine erhebliche Aktivität besitzen.
Unter diesen Spaltprodukten bildet das Jod eines der schädlichsten Elemente in Form von Jod 129 und Jod 131, die /'- und V" -Strahler sind, wobei insbesondere das Jod 129 weiterhin nachteilig nach menschlichem Maßstab sehr stabil ist, da die Halbwertszeit 17,2 · 10 a beträgt.
Darüber hinaus hat bei den Behandlungsverfahren von bestrahlten Brennelementen, die eine Vorstufe zum mechanischen Auftrennen oder Enthülsen des Brennelements, die von einer Auflösungsstufe des Brennstoffs
in stickstoffhaltiger Atmosphäre gefolgt ist, aufweisen, die Wiedergewinnung oder Rekuperation der Gesamtheit des radioaktiven Jods zahlreiche Probleme, da letzteres aus dem bestrahlten Brennstoff während der ersten Behandlungsschritte entweicht. Das radioaktive Jod wird nämlich zunächst freigesetzt im Zustand von Spuren in den Gasen bzw. Gaseinrichtungen der Anordnung zum mechanischen Aufschneiden oder Enthülsen des bestrahlten Brennelements, und dann in sehr erheblichen Mengen während der Auflösung in stickstoffhaltiger Atmosphäre entweder in Gasform oder in einer in der stickstoffhaltigen Lösung lösbaren Form.
Bisher wurde die Abtrennung und die Wiedergewinnung von radioaktivem Jod im wesentlichen durch Behandlung von gasförmigen Ausströmungen erreicht. Derartige Behandlungen bestanden zum größten Teil im Durchführen einer Waschung der gasförmigen Ausströmungen mittels einer geeigneten Lösung, was jedoch nachteilig zu erheblichen Volumen der Ausströmungen führte, bei denen es häufig schwierig ist, das Jod in einer stabilen und konzentrierten Form zu erhal-
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ten zu dessen Speicherung.
Ein anderes Verfahren zur Abtrennung von Jod wurde bereits durchgeführt,gemäß dem im Stadium der Auflösung des bestrahlten Brennstoffs die rekombinierte stickstoffhaltige Säure vor dessen Wiederumwälzung behandelt wird, um den darin enthaltenen größten Teil des Jods zu desorbieren.
Es wurde auch schon versucht, die gasförmigen Ausströmungen mittels fester Absorptionsmittel zu behandeln, die mit Silber beladen sind, die es ermöglichen, erhöhte Rückhaltsfaktoren zu erreichen, deren industrielle Anwendung jedoch nur ausreichend wirtschaftlich ist für eine beladene Endstufenfalle zum Zurückhalten der letzten Jodspuren.
Die genannten Behandlungsverfahren haben den Hauptnachteil, daß sie nicht die Abtrennung und Wiedergewinnung des gesamten radioaktiven Jods sicherstellen können, das in den bestrahlten Brennstoffen · vorhanden ist, da sie nicht vermeiden können, daß eine bestimmte Jodmenge in der stickstoffhaltigen Lösung zur Auflösung bleibt, wenn die Oxidations-Reduktions-Bedingungen den Obergang des Jods in den einzig flüchtigen Elementarzustand verhindern oder wenn die Förderbedingungen des flüchtigen Jods nicht vereinigt worden sind. Daraus folgt, daß diese Jodmenge weiterhin verbreitet in den folgenden Behandlungsphasen der bestrahlten Brennstoffe zu finden ist und schließlich unordentlich in den Abgasen der Anlage ausgestoßen wird.
Darüber hinaus können diese Verfahren nicht gleichzeitig eine Abtrennung von radioaktivem Cäsium, Rubidium
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und Tritium erreichen, die ebenfalls in den bestrahlten Brennstoffen vorhanden sind.JEs ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung der genannten Nachteile ein Verfahren anzugeben, das eine simultane Abtrennung des gesamten Jods und des größten Teils des Cäsiums, Rubidiums und Tritiums ermöglicht sowie eine erleichterte Wiedergewinnung des gesamten Jods zwecks dessen Langzeitspeicherung, ausgehend von bestrahlten Brennelementen, die während ihrer Bestrahlung einer Temperatur von mindestens 1200 °C ausgesetzt worden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar auf die Behandlung von stark verstrahlten Brennelementen, beispielsweise von Brennelementen von Schnellneutronenreaktoren.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Abtrennung von Spaltprodukten,nach dem sie während ihrer Bestrahlung einer Temperatur von mindestens 1200 0C ausgesetzt worden sind, vor der Auflösung des Brennstoffs auf feuchtem Wege, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach einer mechanischen Behandlung der Brennelemente zu deren Enthülsung und/oder deren Zerstückelung die behandelten Brennelemente mit Wasser in Berührung gebracht werden, damit die Spaltprodukte in wässeriger Lösung übergehen, daß anschließend die behandelten Brennelemente von der so erhaltenen wässerigen Lösung abgetrennt werden, und daß mindestens eines der Spaltprodukte ausgehend von dieser wässerigen Lösung wiedergewonnen wird.
Gemäß der Erfindung sind Jod, Cäsium, Rubidium und Tritium die Spaltprodukte und wird zumindest das Jod ausgehend von dieser wässerigen Lösung wiedergewonnen.
Gemäß der Erfindung werden die behandelten Brennele-
mente mit Wasser einer Temperatur zwischen 20 0C und 100 °C und vorzugsweise einer Temperatur nahe 100 0C in Berührung gebracht.
Das derart ausgeführte erfindungsgemäße Verfahren besitzt den Vorteil, daß durch einfache Behandlung mit Wasser eine simultane Abtrennung des gesamten Jods,des größten Teils des Cäsiums, Rubidiums und Tritiums, das in den verstrahlten Kern-Brennelementen enthalten ist, sichergestellt werden kann vor der Auflösung der letzteren und daß so vermieden werden kann, daß das radioaktive Jod anschließend während d?r letzten Behandlungsstufen der verstrahlten Brennelemente freigesetzt werden kann.
Die Beseitigung des größten Teils des radioaktiven Cäsiums, Rubidiums und Tritiums verringert andererseits die Radioaktivität der die Auflösung erreichenden Lösung.
Darüber hinaus kann dadurch, daß mittels des Verfahrens eine wässerige Lösung, die zumindest 95 % des radioaktiven Jods, das in den verstrahlten Brennelementen vorhanden ist, enthält, erhalten wird, auf einfache Weise die Wiedergewinnung dieses radioaktiven Jods sichergestellt werden, und dann dessen Behandlung in einer stabilen und konzentrierten Form zu dessen Langzeitspeicherung oder -lagerung.
Gemäß einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die durch Inberuhrungbringen der Brennelemente mit dem Wasser erhaltene wässerige Lösung vor dem Wiedergewinnen zumindest eines der Spaltprodukte ausgehend von der wässerigen Lösung geklärt, um eine Förderung von feinen oder kleinen Teilchen des Brennstoffs in dieser zu vermeiden.
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Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die behandelten Brennelemente darüber hinaus einer Spülung durch Wasser unterworfen, nachdem sie von der wässerigen Lösung getrennt worden sind, und wird mindestens eines der Spaltprodukte ausgehend von dem Wasser wiedergewonnen, das zur Spülung gedient hat.
In diesem Fall wird vorteilhaft durch Destillation die wässerige Lösung konzentriert, die während der Inberührung_bringung der behandelten Brennelemente mit dem Wasser erhalten worden ist, und wird der während der Destillation erhaltene kondensierte Dampf zur Durchführung der Spülung der behandelten Brennelemente verwendet.
Gemäß der Erfindung kann die erhaltene wässerige Lösung auf verschiedene Weise behandelt werden, um simultan oder getrennt die verschiedenen Spaltprodukte zu behandeln, die in ihr enthalten sind.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das radioaktive Jod ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen, vorzugsweise durch Fällung,und werden die wässerigen Ausströmungen, die nach der Trennung des radioaktiven Jods erhalten werden, der Lösung zur Auflösung des Brennstoffs hinzugefügt.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nacheinander das Jod und das Cäsium ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen und werden die nach Trennung des Jods und des Cäsiums erhaltenen Ausströmungen der Lösung zur Auflösung des Brennstoffs und/oder dem Wasser zur Spülung der behandelten Brennelemente hinzugefügt.
8 0 9 θ 2ψ/ 0 9 4 0
- Ii -
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bestimmte der Spaltprodukte ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen durch Konzentration der wässerigen Lösung mittels Destillation, um ein die Spaltprodukte enthaltendes Konzentrat zu erhalten und wird das Konzentrat behandelt, um eine Langzeitlagerung der Spaltprodukte sicherzustellen, beispielsweise dadurch, daß das Konzentrat einer Verglasung oder einer Bitumenisierung unterworfen wird.
Das letztere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zieht vorteilhaft Nutzen aus der Tatsache, daß das radioaktive Jod in dem verstrahlten Brennstoff in Form eines Jodids enthalten ist, beispielsweise als Cäsiumjodid oder Rubidiumjodid,und daß diese alkalischen Jodide in Wasser sehr löslich sind und thermisch sehr stabil sind. In gleicher Weise bilden das Rubidium und das Cäsium, die in dem verstrahlten Brennstoff1 ohne Verbindung mit dem Jod enthalten sein können, in wässeriger Lösung Hydroxide, die ebenfalls sehr löslich sind und thermisch sehr stabil sind, wodurch es möglich wird, ein Konzentrat zu erhalten, das den größten Teil der in der wässerigen Lösung enthaltenen Spaltprodukte enthält und insbesondere Jod, Cäsium und Rubidium,sowie deren direkte Behandlung durch Verglasung oder Bituminisierung für insbesondere die Langzeitlagerung des Jods zu erreichen. Darüber hinaus kann, wegen der thermischen Stabilität der alkalischen Jodide, die Verglasung oder die Bituminisierung der erhaltenen Konzentrate erreicht werden, ohne daß eine Freisetzung des entsprechenden Halogens auftritt.
Darüber hinaus ist das letztere Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sehr vorteilhaft, da es nicht die Einführung von fremden Elementen wie Blei oder
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Kupfer erfordert, um die Wiedergewinnung des radioaktiven Jods sicherzustellen, wodurch auf diese Weise bestimmte technologische Schwierigkeiten vermieden werden können, die mit der Trennung so gebildeter Fällungen verbunden ist,sowie die Probleme, die durch die Wiederumwälzung und die Behandlung von die Fällung begründendem Wasser gegeben sind.
Bei dem letzteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens können die von der wässerigen Lösung getrennten behandelten Brennelemente ebenfalls einer Spülung mit Wasser unterworfen werden. In diesem Fall wird vorteilhaft der Dampf des Wassers verwendet, der während der Konzentration durch Destillation der wässerigen Lösung erhalten ist, um die Spülung der Brennelemente zu erreichen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Weiterbildung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird bei A die mechanische Behandlung der verstrahlten Brennelemente durchgeführt, um sie zu enthülsen und/oder zu zerstückeln, dann werden bei B die so behandelten Brennelemente mit Wasser in Berührung gebracht, dann werden bei C die behandelten Brennelemente einer
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Spülung durch Wasser unterworfen, dann wird bei L die wässerige Lösung geklärt, die durch die Inberührungbringung der Brennelemente mit dem Wasser erhalten worden ist,und wird bei E die geklärte wässerige Lösung konzentriert, um einerseits Wasserdampf zu erhalten, der anschließend nach Kondensation wieder umgewälzt wird, um zur Spülung der Brennelemente bei C zu dienen,und um andererseits ein Konzentrat zu erhalten, das bestimmte der Spaltprodukte enthält, das anschließend abgezogen wird, um in bezug auf eine Wiederumwälzung und/oder eine Langzeitlagerung der letzteren behandelt zu werden.
Schließlich wird die Auflösung des Brennstoffs bei D erreicht.
Die verstrahlten Brennelemente, die während ihrer Bestrahlung einer Temperatur von mindestens 1200 0C unterworfen worden sind, bestehen beispielsweise aus dem Oxid von Kern-Brennstoffen, die in einer Hülle aus rostfreiem Stahl angeordnet sind. Sie werden zunächst bei A mechanisch behandelt, beispielsweise zerstückelt, um einen Teil des Oxids des Kern-Brennstoffs freizulegen.
Diese mechanische Behandlung kann auch in einer Enthülsung des Brennelements bestehen, wodurch das gesamte Oxid des Brennstoffs freigelegt werden kann.
Während dieser mechanischen Behandlung wird eine geringe Menge radioaktiven Jods in Gasform freigesetzt, wobei diese Menge höchstens 0,5 S der in verstrahlten Brennstoffs enthaltenen radioaktiven Jodmenge darstellt.
Bei Versuchen konnte nämlich festgestellt werden, daß der größte Teil des im verstrahlten Brennstoff gebildeten Jods als Jodid vorhanden ist, das aim Umfang des
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■p...
Brennelements unter der Wirkung der Bestrahlungstemperatur wandert, was dessen übergang in wässerige Lösung während der Inberührungbringung der Stücke des Brennstoffs mit dem Wasser ermöglicht.
Die bei A erhaltenen Stücke des Brennstoffs werden anschließend bei B mit Wasser auf einer Temperatur nahe dem Siedepunkt während etwa 2 Stunden in Berührung gebracht, damit das gesamte radioaktive Jod, das im verstrahlten Brennstoff verblieben ist, in das Wasser übergehen kann. Während dieser Behandlung durch Wasser tritt auch der größte Teil der in Wasser lösbaren Spaltprodukte, wie radioaktives Tritium, Rubidium und Cäsium, die im Brennstoff enthalten sind, ebenfalls in die wässerige Lösung über, wobei die Menge des Cäsiums zumindest 80 % der Gesamtmenge des im verstrahlten Brennstoff enthaltenen Cäsiums beträgt.
Die von den Stücken des Brennstoffs getrennte wässerige Lösung wird über eine Leitung 3 nach L gefördert zur Klärung,während die Stücke nach C gefördert werden zur Spülung mit Wasser. Die von den Stücken der Brennstoffs
getrennte wässerige Lösung wird beispielsweise durch Durchtritt durch ein Filter geklärt, das die feinen oder kleinen Teilchen des Kern-Brennstoffs zurückhält, die möglicherweise in der wässerigen Lösung mitgenommen worden sind, wobei die letzteren anschließend wiedergewonnen werden, beispielsweise mittels Zufuhr von reinem Wasser über eine Leitung 5, um so über eine Leitung 7 den Stücken des Brennstoffs zugefügt zu werden während der Auflösung bei D.
Selbstverständlich können die feinen durch Zufuhr von Reinwasser wiedergewonnenen Teilchen auch während der Spülung bei C der Stücke des Brennstoffs wieder^umge-
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wälzt werden,anstatt während der Auflösung bei D oder auch während der Spülung bei C und der Auflösung bei D.
Die geklärte wässerige Lösung wird anschließend über eine Leitung 9 nach E geführt, um mittels Destillation beispielsweise in einem Verdampfer konzentriert zu werden. Am Ausgang des Verdampfers wird das Destillat, das durch tritiumhaltiges Wasser gebildet ist, nach Kondensation wieder umgewälzt über eine Leitung 11 nach C,um zur Spülung der Stücke des Brennstoffs verwendet zu werden.
Das während dieser Destillation erhaltene Konzentrat, das den größten Teil der Spaltprodukte enthält, insbesondere Jod, Cäsium und Rubidium, wird über eine Leitung 13 zu einer Behandlungseinrichtung abgeführt, in der entweder eine Langzeitlagerung der Spaltprodukte oder eine Wiedergewinnung des Jods und ggf. des Cäsiums erreicht wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zur Spülung der Stücke des Brennstoffs bei C verwendete Wasser nach B über eine Leitung 15 umgewälzt, um dort zur Inberührungsbringung der Stücke des Brennstoffs mit Wasser verwendet .zu werden.
Auf diese Weise wird für die aufeinanderfolgende Behandlung mehrerer Beladungen, einzeln genommen, Stücken des Brennstoffs Wasser, das zur Spülung einer Ladung verwendet worden ist, zur Inberührungbringung der folgenden Ladung mit Wasser verwendet. In gleicher Weise wird zur aufeinanderfolgenden Behandlung mehrerer Ladungen von Stükken von Brennstoff, eine nach dem anderen,der kondensierte Wasserdampf verwendet, der aus der Konzentrationsstufe E der geklärten wässerigen Lösung kommt, die durch Inberührungbringung einer Ladung mit Wasser erhalten worden ist, für die Spülung bei C der vorhergehenden Ladung.
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Nach der Spülung werden die Stücke des Brennstoffs
anschließend über eine Leitung 17 nach D geführt, in denen deren Auflösung beispielsweise mittels stickstoffhaltiger Säure über eine Leitung 19 erreicht wird.
Vorzugsweise wird die wässerige Lösung so konzentriert, daß ein Konzentrat erhalten wird, das unmittelbar behandelt werden kann, um die Langzeitlagerung der Spaltprodukte sicherzustellen.
In diesem Fall wird das über die Leitung 13 abgezogene Konzentrat beispielsweise direkt einer Verglasungsbehandlung oder einer Bituminisierungsbehandlung unterworfen.
Währenddessen kann es in bestimmten Fällen vorteilhaft sein, die wässerige Lösung so zu konzentrieren, daß ein Konzentrat erhalten wird, das anschließend zur getrennten Wiedergewinnung des Jods und möglicherweise des Cäsiums verwendet werden kann.
Das radioaktive Jod kann beispielsweise ausgehend von einem Konzentrat durch Fällung wiedergewonnen werden durch Einführen eines geeigneten Reagens in das Konzentrat, wie ein Metallnitrat, wie beispielsweise Kupfernitrat oder Bleinitrat, um ein Kupferiodid oder ein Bleijodid auszufällen. Vorzugsweise wird Bleinitrat verwendet. Die Jodidausfällung wird durch Filtration getrennt und anschließend beispielsweise durch Verglasung behandelt zu dessen Langzeitlagerung. Die nach Trennung der Jodidfällung erhaltenen Ausströmungen oder Abströmungen enthalten noch radioaktives Cäsium und einen Teil des Tritiums, wobei der andere Teil des Tritiums in Form von tritiumhaltigem Wasserdampf freigesetzt worden ist während der Konzentration der wässe-
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rigen Lösung bei E und über die Leitung 11 zur Spülung bei C umgewälzt worden ist. Die Ausströmungen können bei D umgewälzt werden, um der stickstoffhaltigen Lösung zur Auflösung des Brennstoffs hinzugefügt zu werden, wobei die stickstoffhaltige Säure oder Salpetersäure über die Leitung 19 zugeführt wird.
In gleicher Weise kann auch das Cäsium ausgehend von dem Konzentrat wiedergewonnen werden, nachdem das Jod wiedergewonnen worden ist.
In diesem Fall werden die Ausströmungen, die nach der Abtrennung des radioaktiven Jods erhalten werden, in bezug auf die Abtrennung des Cäsiums behandelt und insbesondere in bezug auf das darin enthaltene radioaktive Cäsium. Nach Abtrennung des Cäsiums werden die erhaltenen Ausströmungen umgewälzt zur Auflösungsstufe des Brennstoffs, um der auflösenden Salpetersäure hinzugefügt zu werden. Die Ausströmungen können auch teilweise bei C umgewälzt werden, um zur Spülung der Stücke des verstrahlten Brennstoffs zu dienen.
Die Trennung des Cäsiums kann durch Fällung mittels eines geeigneten Reagens erreicht werden. Jedoch wird vorzugsweise diese Trennung durch Konzentrieren mittels Verdampfung der nach Trennung des Jods erhaltenen Ausströmungen erreicht, um ein Konzentrat von Cäsium und Tritium und tritiumhaltigem Wasserdampf zu erhalten, das nach Kondensation bei C umgewälzt werden kann zur Spülung der Stücke des verstrahlten Brennstoffs und/oder bei D zur Hinzufügung zurdeη verstrahlten Brennstoff auflösenden Lösung. Das erhaltene Konzentrat von Cäsium und Tritium kann anschließend einer Verglasungsbehandlung unterworfen werden, um die Langzeitlagerung von Cäsium und Tritium sicherzustellen.
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In allen Fällen zeigt die Analyse der bei D umgewälzten Ausströmungen, daß sie kein radioaktives Jod mehr enthalten.
Gemäß der Erfindung können die Schritte zur Behandlung mit Wasser zur Spülung und zur Auflösung der mechanisch behandelten Brennelemente in getrennten Behältern durchgeführt werden, in die die Brennelemente nacheinander überführt werden. Es ist jedoch mitunter vorzuziehen, im gleichen Behälter die Behandlung der Stücke des Brennstoffs mit Wasser und dann deren Spülung durch Wasser durchzuführen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 1, das gerade an die aufeinanderfolgende Behandlung mehrerer Ladungen von Stücken von Brennstoff angepaßt ist, sowie an die Durchführung im gleichen Behälter der Schritte zur Inberührungbringung und zur Spülung einer Ladung der Stücke des Brennstoffs mit Wasser.
In Fig. 2 sind die gleichen Bezugszeichen verwendet, um die Verfahrensschritte gemäß Fig. 1 zu bezeichnen.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Ladung oder Charge von der Einrichtung A zur mechanischen Enthülsung und/oder Zerstückelung kommender Stücke des Brennstoffs über eine Leitung 1 nach BC geführty in der aufeinanderfolgend im gleichen Behälter die Inberührungbringung dieser Ladung der Brennstoffstücke mit Wasser und dann deren Spülung durch Wasser durchgeführt wird.
Zur Behandlung durch die Inberührungbringung dieser Ladung mit Wasser bei BC wird über eine Leitung 15 in einem Spülbecken oder -gefäß M gespeichertes Wasser zugeführt.
8 0 9 8 2φ/ 0 9 U0
2758AÜ8
Nach einer ausreichenden Zeitdauer zur Inberührungbringung wird bei L über die Leitung 3 die erhaltene wässerige Lösung zu deren Klärung abgezogen und dann bei E über die Leitung 9 geführt zu deren Konzentration durch Destillation, wie bereits erläutert.
Der während dieser Destillation erhaltene Wasserdampf wird über die Leitung 11 nach Kondensation abgezogen in einen Speicherbehälter M1während das Konzentrat wie zuvor über die Leitung 13 zu einer Behandlungseinrichtung abgezogen wird,in der die Langzeitlagerung der Spaltprodukte sichergestellt wird.
Anschließend wird die Spülung dieser Ladung durch Führen nach BC über eine Leitung 12 von im Behälter N gespeichertem Wasser erreicht. Nach der Spülung wird die Ladung der Brennstoffstücke über die Leitung 17 abgezogen in den Auflöser D, während das zur Spülung verwendete Wasser über eine Leitung 16 abgezogen wird in das Speichergefäß M.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zur Spülung einer Ladung von Brennstoffstücken verwendete Wasser in dem Speichergefäß M gelagert oder gespeichert, um anschließend zur Inberührungbringung der folgenden Ladung mit dem Wasser veirwendet zu werden. In gleicher Weise wird das Destillat, das während der Konzentration der durch Inberührungbringung mit einer Ladung mit Wasser erhaltenen wässerigen Lösung/nach Kondensation im Speicherbehälter N gelagert oder gespeichert, um anschließend zur Spülung der folgenden Ladung der Brennstoff stücke verwendet zu werden.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erweist sich insbesondere vorteilhaft durch die Inberührungbringung der Brennstoffstücke mit
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-luWasser und anschließend deren Spülung durch Wasser im gleichen Behälter, wodurch die mit der Förderungoder dem Transport des Brennstoffs in verschiedene aufeinanderfolgende Behälter verbundenen Nachteile vermieden werden.
Schließlich kann auch die Gesamtheit dieser Behandlungen im Auflöser selbst durchgeführt werden. Jedoch ist es im letzteren Fall notwendig, eine vollkommene Spülung des Auflösers und dessen vollständige Entleerung sicherzustellen vor jeder Behandlung durch Inberührungbringung einer Ladung mit Wasser.
In der beigefügten Tabelle werden Ergebnisse dargestellt, die bei der Behandlung von vier Kern-Brennelement-Losen oder -Posten mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden,die sich untereinander durch den Abbrand und durch die Zeitdauer der Abkühlung nach der Behandlung unterscheiden. Bei jedem Los besteht der Brennstoff der Brennelemente aus 1102-PuOnJ wobei jedes Brennelement 12 g Plutonium und 29 g Uran enthält.
Bei diesen Versuchen wurden die Brennelemente zerstückelt, dann mit Wasser einer Temperatur von 90 0C während zwei Stunden in Berührung gebracht, wobei die Analyse der erhaltenen wässerigen Lösung die in der Tafel dargestellten Ergebnisse erbracht hat.
Ähnliche Versuche mit einer Berührungszeit von 30 min haben äquivalente Ergebnisse erbracht.
Daraus folgt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren eine praktisch vollständige Abtrennung von im Brennstoff
vorhandenem radioaktiven Jod sichergestellt werden kann.
8 0 9 8 2Tp 0 9 A 0
- 21 -Tabelle
Los I Los II Los III Los IV
Brennstoffstifte
UO2 - PuO2
69.000 79.500 96.000 102.000
Abbrand in MW/j/t M3 22..— 20 16
Abkühlzeit in
Monaten
25, * 30,5 29,8 33
Menge des durch Be
handlung mit Wasser
abgeführten Jods in
mg
9,2 13,5 12
Menge des durch Be
handlung mit Wasser
abgeführten Cs^,^
und Cs1-Z7 in
ajH Curie
mehr als
99 %
mehr als
99 %
mehr als
99 %
mehr als
99 %
Anteile des abgeführ
ten Jods gegenüber
der im Brennstoff
enthaltenen Jodmenge
80 % mehr als
95 %
mehr ale
95 %
Anteil des abgeführ
ten Cäsiums gegen
über der im Brenn
stoff enthaltenen
Cäsiummenge
80982^/0940
Leerse ite

Claims (17)

  1. Ansprüche
  2. 2.
  3. 3.
    Verfahren zur Abtrennung von in verstrahlten Kern-Brennelementen enthaltenen Spaltprodukten, die während der Bestrahlung einer Temperatur von mindestens 1200 0C ausgesetzt waren vor der Auflösung auf feuchtem Wege des Brennstoffs,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß nach einer mechanischen Behandlung der Brennelemente zu deren Enthülsung und/oder deren Zerstückelung die behandelten Brennelemente mit Wasser in Berührung gebracht werden, um die Spaltprodukte in eine wässerige Lösung überzuführen,
    daß anschließend die behandelten Brennelemente von der so erhaltenen wässerigen Lösung getrennt werden,und
    daß zumindest eines der Spaltprodukte ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen wird.
    Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Spaltprodukte Jod, Cäsium, Rubidium und Tritium sind,und daß zumindest das Jod ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen wird.
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die behandelten Brennelemente mit dem Wasser bei einer Temperatur zwischen 20 0C und 100 0C in Berührung gebracht werden.
    U1O-(B6O72.3/6270.3)-MeSl
    80982^/0940
    ORIGINAL. INSPECTED
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
    daß die von den behandelten Brennelementen abgetrennte wässerige Lösung geklärt wird vor der Wiedergewinnung des mindestens einen Spaltprodukts.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,
    daß nach der Abtrennung der behandelten Brennelemente von der wässerigen Lösung diese durch Wasser gespült werden/und daß zumindest eines der Spaltprodukte ausgehend von dem Wasser, das zur Spülung verwendet worden ist, wiedergewonnen wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß durch Destillation die wässerige Lösung konzentriert wird,und daß der während der Destillation erhaltene Dampf kondensiert zur Durchführung der Spülung der behandelten Brennelemente verwendet wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß nach Trennung der behandelten Brennelemente von der wässerigen Lösung die von den Brennelementen getrennte wässerige Lösung geklärt wird, daß die wässerige Lösung durch Destillation konzentriert wird, um ein Konzentrat zu erhalten, das bestimmte der Spaltprodukte enthält, und daß das Konzentrat behandelt wird, um eine Langzeitlagerung der Spaltprodukte sicherzustellen.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
    daß der während cer Destillation erhaltene Wasserdampf kondensiert wird, daß dieser kondensierte Dampf zur Durch-
    80982^/0
    führung einer Spülung der behandelten Brennelemente verwendet wird,und daß bestimmte der Spaltprodukte ausgehend von dem bei der Spülung verwendeten Wasser wiedergewonnen wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Konzentrat einer Verglasung unterworfen wird, um die Langzeitlagerung der Spaltprodukte sicherzustellen.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Konzentrat einer Bituminisierung unterworfen wird, um die Langzeitlagerung der Spaltprodukte sicherzustellen.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 - 10, dadurch gekennzeichnet,
    daß hintereinander für mehrere Ladungen der behandelten Brennelemente jeweils für sich die Inberührungbringung einer der Ladungen mit Wasser durchgeführt wird, dann deren Spülung durch Wasser, wobei das zur Spülung von einer der Ladungen verwendete Wasser zur Inberührungbringung der folgenden Ladung mit Wasser verwendet wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeichnet,
    daß Jod ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen wird,und daß anschließend die nach der Abtrennung des Jods erhaltenen Ausströmung der Lösung zur Auflösung des Brennstoffs hinzugefügt wird.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-11, dadurch gekennzeichnet,
    daß hintereinander Jod und Cäsium ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen werden#und daß die nach
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    Trennung von Jod und Cäsium erhaltenen Ausströmung der Lösung zur Auflösung des Brennstoffs hinzugefügt wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 - 13, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Jod aus der wässerigen Lösung durch Fällung mittels eines Metallnitrats wiedergewonnen wird.
  15. 15· Verfahren nach Anspruch I1J,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Metallnitrat aus der Gruppe gewählt wird, die Bleinitrat und Kupfernitrat enthält.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-15, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Jod ausgehend von der wässerigen Lösung wiedergewonnen wird, daß anschließend das Cäsium und ein Teil des Tritiums wiedergewonnen wird durch Konzentration mittels Verdampfung der nach der Trennung des Jods erhaltenen Ausströmung, um ein Konzentrat von Cäsium und von Tritium und von tritiumhaltigem Wasserdampf zu erhalten, wobei der tritiumhaltige Wasserdampf nach Kondensation der Lösung zur Auflösung des Brennstoffs hinzugefügt wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 5-16, dadurch gekennzeichnet,
    daß nacheinander für mehrere Ladungen der behandelten Brennelemente jeweils für sich je eine der Ladungen mit Wasser in Berührung gebracht wird, daß anschließend diese durch Wasser gespült wird, wobei das zur Spülung einer der Ladungen verwendete Wasser zur Inberührungbringung 4er folgenden Ladung mit Wasser verwendet wird.
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