DE3006507A1

DE3006507A1 - ACCIDENT PROTECTION FOR THE STORAGE OF SELF-HEATING RADIOACTIVE SUBSTANCES

Info

Publication number: DE3006507A1
Application number: DE19803006507
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Stefan 6458 Rodenbach Ahner; Konrad Dr. 3300 Braunschweig Schmidt; Ernst Dr. 3126 Wahrenholz Warnecke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1980-02-21
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1981-08-27
Also published as: EP0035064A3; FI803939L; EP0035064A2; FI803939A7

Description

NUKEM GmbH 6450 Hanau 11NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

80 122 KN80 122 KN

Störfallschutz für die Lagerung selbsterhitzender radioaktiver StoffeAccident protection for the storage of self-heating radioactive substances

Gegenstand der Erfindung ist ein Störfallschutz für die Lagerung selbsterhitzender radioaktiver Stoffe, insbesondere in luftgekühlten Lagern, wobei die radioaktiven Stoffe in geeigneten Verpackungen oder auslaugbeständigen Teilchen eingeschlossen werden, die in auch als Transportbehälter verwendbaren Lagerbhältern eingebracht sind, und der Zwischenraum zwischen den Verpackungen, bzw. den Teilchen und dem Lagerbehälter mit einem festen Material ausgefüllt ist.The subject of the invention is accident protection for the storage of self-heating radioactive substances, in particular in air-cooled warehouses, with the radioactive materials in suitable packaging or leach-resistant particles are included, which are placed in storage containers that can also be used as transport containers, and the space in between between the packaging or the particles and the storage container is filled with a solid material.

Selbsterhitzende radioaktive Stoffe müssen bis zu ihrer Wiederaufarbeitung bzw. bis zu ihrer Endlagerung zwischengelagert werden. Diese Zwischenlagerung erfolgt überwiegend in Wasserlagerbecken, in denen das Wasser die Kühlung sowie die Abschirmfunktion übernimmt. Es wurde auch die Lagerung in luftgekühlten Lagern vorgeschlagen, da diese Art der Lagerung gegenüber der Lagerung in Wasserlagerbecken Vorzüge aufweist, insbesondere bei Anwendung der inhärent sicheren Naturzugkühlung. Allerdings bedingt eine derartige Kühlung, daß die Abschirmfunktion durch sichere Barrieren, die die radioaktiven Stoffe umgeben, gewährleistet werden muß. Solche Barrieren, meist Doppelcontainments, verhindern jedoch die direkte Kühlung des Lagergutes durch die Kühlluft. Dadurch wird die Wärmeabfuhr gegenüber selbsterhitzendem radioaktivem Material, das sich in Einfachcontainments befindet, deutlich beeinträchtigt. Nachteilig ist dabei besonders, daß die Kühlluftzufuhr im Störfall praktisch nicht unterbrochen werden darf, da nur eine sehr begrenzte "Kühlungsreserve¹¹ zur Verfügung steht und sich das Lagergut unzulässig hoch erhitzen würde.Self-heating radioactive substances must be stored temporarily until they are reprocessed or until they are finally disposed of. This intermediate storage takes place mainly in water storage basins, in which the water takes over the cooling and the shielding function. Storage in air-cooled bearings has also been proposed, since this type of storage has advantages over storage in water storage basins, especially when using the inherently safe natural draft cooling. However, such a cooling requires that the shielding function must be ensured by safe barriers that surround the radioactive substances. Such barriers, mostly double containments, prevent the direct cooling of the stored goods by the cooling air. As a result, the heat dissipation compared to self-heating radioactive material that is in single containments is significantly impaired. It is particularly disadvantageous that the supply of cooling air must practically not be interrupted in the event of a fault, since only a very limited "cooling reserve ¹¹ is available and the stored goods would heat up to an unacceptably high level.

130035/0203130035/0203

Es ist "bekannt, den Zwischenraum zwischen den Barrieren bzw. zwischen der Verpackung des eingeschlossenen Gutes und dem Containment oder auch zwischen dem Lagergut und der Verpackung mit einer Salzschmelze oder einem niedrig schmelzenden Metall auszugießen (DE-OS 2824240). Mit diesem Verfahren wird beabsichtigt, eine weitere Abschirmbarriere zu schaffen, die das Lagergut auch zusätzlich fixiert. Ein Kühlungsstörfall wird nicht diskutiert, jedoch stände bei einem solchen Ereignis die zum Wiederaufschmelzen erforderliche Schmelzwärme als gewisse "Kühlungsreserve¹¹ zur Verfügung. Dieses bekannte Verfahren hat jedoch entscheidende Nachteile:It is "known to pour the space between the barriers or between the packaging of the enclosed goods and the containment or between the stored goods and the packaging with a molten salt or a low-melting metal (DE-OS 2824240). This method is intended To create a further shielding barrier that also additionally fixes the stored goods. A cooling accident is not discussed, but in such an event the heat of fusion required for remelting would be available as a certain "cooling reserve ¹¹ ". However, this known method has significant disadvantages:

1. Die Lagergutverpackung ist beim Einbringen des Salzes bzw. Metalles in jedem Fall der flüssigen Schmelze und damit der Gefahr der Legierungsbildung und Korrosion ausgesetzt.1. The storage goods packaging is to be used when bringing in the salt or Metal exposed in any case to the liquid melt and thus the risk of alloy formation and corrosion.

2. Das Lagergut und seine Verpackung werden beim Ausgießen mit flüssigen Schmelzen mindestens auf die Schmelztemperatur erwärmt, die jedoch bei ungestörtem, d. h. normalem Lagerbetrieb nie erreicht wird. Damit werden Lagergut und Verpackung schon vor der eigentlichen Lagerung zusätzlich belastet. Die Schmelztemperatur muß daher so niedrig liegen, daß mit Sicherheit eine Belastung bzw. Beschädigung des Lagergutes und der Verpackung auszuschließen ist. Das bedingt jedoch, daß die "Kühlungsreserve" sehr begrenzt ist und im Störfall nicht ausreicht, rechtzeitig Interventionsmaßnahmen erfolgreich abzuschließen.2. The stored goods and their packaging are at least to the melting temperature when pouring liquid melts heated, but with undisturbed, d. H. normal warehouse operation is never achieved. This means that stored goods and The packaging is also burdened before the actual storage. The melting temperature must therefore be so low that that a load or damage to the stored goods and the packaging can be ruled out with certainty. That requires However, that the "cooling reserve" is very limited and in the event of a malfunction is insufficient, timely intervention measures to complete successfully.

3. Das schmelzflüssige Ausgießen stellt eine wesentliche Erschwerung des Einlagerungs- und Auslagerungsprozesses dar. Es müssen Vorrichtungen zum Flüssigausgießen bei der Einlagerung und zum Aufschmelzen bei der Auslagerjung vorgesehen werden, welche im allgemeinen nicht am endgültigen Lagerstandort installiert werden können.3. The molten pouring represents a substantial complication of the storage and retrieval process Devices must be provided for pouring out liquid during storage and for melting during storage which in general cannot be installed at the final storage location.

4. Schließlich läßt sich beim schmelzflüssigen Ausgießen des Spaltes nach dem Aufschmelzen bei der späteren Auslagerung eine nachteilige, bleibende Verunreinigung der Lagergut-4. Finally, when pouring molten liquid, the gap after melting can be carried out during subsequent outsourcing a disadvantageous, permanent contamination of the stored goods

130035/0203130035/0203

verpackung nicht vermeiden. Wird als selbsterhitzendes Lagergut jedoch abgebrannter Brennstoff gelagert, wobei als Lagergutverpackung die Brennelementhüllrohre anzusehen sind, so stellt diese Verunreinigung der Hüllrohre eine wesentliche Erschwerung der Wiederaufarbeitung, insbesondere beim Extraktionsprozess, dar.' Außerdem entstehen große Mengen von unerwünschtem Sekundärabfall.do not avoid packing. If, however, spent fuel is stored as self-heating storage goods, whereby The fuel element cladding tubes are to be regarded as storage goods packaging, this represents contamination of the cladding tubes represents a major complication of reprocessing, especially in the extraction process. ' Also arise large amounts of unwanted secondary waste.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Ströfallschutz für die Lagerung selbsterhitzender radioaktiver Stoffe, insbesondere in luftgekühlten Lagern, zu finden, wobei die radioaktiven Stoffe in geeigneten oder auslaugbestätigen Teilchen eingeschlossen werden,, die in auch als Transportbehälter verwendbaren Lagerbehältern eingebracht sind, und der Zwischenraum zwischen den Verpackungen bzw. den Teilchen und dem Lagerbehälter mit einem festen Material ausgefüllt ist. Dieser Störfallschutz sollte in der Lage sein, das sich selbsterhitzende Lagergut auch bei Ausfall der äußeren Kühlung solange zu kühlen, bis Interventionsmaßnahmen getroffen werdenIt was therefore the object of the present invention to provide protection against accidents for the storage of self-heating radioactive substances, especially in air-cooled warehouses, where the radioactive substances are enclosed in suitable or leaching-confirmed particles, which are also used as transport containers Usable storage containers are introduced, and the space between the packaging or the particles and the storage container is filled with a solid material. This accident protection should be able to deal with the self-heating To cool stored goods, even if the external cooling fails, until intervention measures are taken

können, ohne die Lagergutverpackung beim Ausfüllen des Spaltes mit einer Schmelze zu belasten. can without burdening the stored goods packaging when filling the gap with a melt.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das feste Material in Form von Schüttgut eingesetzt wird, dessen Schmelzpunkt unter der zulässigen Höchsttemperatur des selbsterhitzenden radioaktiven Stoffes liegt.The object was achieved according to the invention in that the Solid material in the form of bulk material is used, the melting point of which is below the maximum permissible temperature of the self-heating radioactive material lies.

Der erfindungsgemäße Storfallschutz ist in den Abbildungen I und II schematisch in beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert.The fall protection according to the invention is shown in Figures I. and II schematically in more detail in exemplary embodiments explained.

Die Lagergutverpackung (1), z.B. Druckgasflaschen, mit dem selbsterhitzenden Lagergut (2), z.B. Krypton-85, wird beispielsweise fünf-fach gestapelt in eine Lagerbüchse (3) eingestellt. Der Spalt zwischen der Lagergutverpackung (2) und der Lagerbüchse (3) wird erfindungsgemäß mit einer losen Schüttung (4) ausgefüllt. Als lose Schüttung (4) wird bei dieser beispielhaften Ausführung ein Weichlotgranulat,The storage goods packaging (1), e.g. pressurized gas cylinders, with the self-heating stored goods (2), e.g. Krypton-85, are for example stacked five times and set in a bearing bush (3). The gap between the stored goods packaging (2) and the bearing bush (3) is according to the invention with a loose Fill (4) filled out. As a loose fill (4) in this exemplary embodiment, a soft solder granulate,

130035/0203130035/0203

Korngröße ca. 1 mm, Schmelzpunkt 190 ⁰C, Zusammensetzung 4096 Pb, 60% Sn, gewählt. Die zusätzliche Flaschentemperatur ist in diesem Beispiel 200 ⁰C.Grain size approx. 1 mm, melting point 190 ^° C., composition 4096 Pb, 60% Sn, selected. The additional bottle temperature in this example is 200 ⁰ C.

Die Lagerbüchse (3) wird mit einem dichtschließenden "ernbedienbaren Deckel (5) mit Niederhalter (11) verschlossen. Die Lagerbüchse (3) hat Prüfanschlüsse (6) und steht in einem Lagerschacht (8) mit Distanzblechen (10) des Lagergestells (9). Die Kühlluft (7) strömt im Naturzug durch den Ringspalt zwischen Lagerschacht (8) und Lagerbüchse (3). Die Zerfallswärme wird von der inneren Lagergutverpackung (1) durch Wärmeleitung über das Lotgranulat (4) an die Lagerbüchse (3) transportiert und von dort an die vorbei strömende Kühlluft (7) übertragen.The bearing bush (3) is operated with a tightly fitting "ernoperbaren" Cover (5) closed with hold-down device (11). The bearing bush (3) has test connections (6) and is in a storage shaft (8) with spacer plates (10) of the storage rack (9). The cooling air (7) flows naturally through the Annular gap between the bearing shaft (8) and bearing bush (3). The decay heat is generated by the inner storage goods packaging (1) by heat conduction via the solder granulate (4) to the bearing bush (3) and transferred from there to the cooling air (7) flowing past.

Durch die erfindungsgemäße Füllung des Spaltes mit Lotgranulat wird die maximale Flaschentemperatur um ca. 50 ⁰C gegenüber einer Lagerung mit nicht ausgefülltem Spalt reduziert. Di© zulässige Kühlluftunterbrechung (Störfall) bis zum Erreichen der Schmelztemperatur des Lotes wird um ca. 2 Stunden verlängert. Bis alles Lotgranulat aufgeschmolzen ist, vergehen noch einmal ca. 4 Stunden, so daß die Dauer der Kühlluftunterbrechung, die zulässig ist, bis die Druckgasflaschen ihren Auslegungsdruck erreichen, um ca. 6 Stunden auf etwa die vierfache Zeit gegenüber einer Lagerung mit nicht ausgefülltem Spalt verlängert wird. Dieser Zeitgewinn reicht aus, Interventionsmaßnahmen zur Beseitigung des Kühlungsstörfalles aufzunehmen und abzuschließen. Gegenüber der Ausfüllung des Spaltes mit einer Salz- oder Metallschmelze wird dieser Zeitgewinn zwar nicht verlängert, es entfällt jedoch die Belastung der Lagergutverpackuxig beim Ausgießen.The inventive filling of the gap with Lotgranulat the maximum flask temperature is reduced by about 50 ⁰ C over a bearing with not filled in the gap. The permissible cooling air interruption (failure) until the solder has reached the melting temperature is extended by approx. 2 hours. Another 4 hours pass until all the solder granulate has melted, so that the duration of the cooling air interruption, which is permissible until the pressurized gas cylinders reach their design pressure, is extended by approx. 6 hours to about four times the time compared to storage with the gap not filled will. This gain in time is sufficient to take up and complete intervention measures to eliminate the cooling accident. Compared to filling the gap with a molten salt or metal, this gain in time is not increased, but the burden on the stored goods packaging when pouring is eliminated.

Der erfindungsgemäße Störfallschutz ist auch auf andere selbsterhitzende Lagergüter anwendbar, insbesondere auch auf verglasten, hochradioaktiven Abfall und auf abgebrannten Brennstoff aus Kernreaktoren.The accident protection according to the invention is also self-heating on other Storage goods can be used, especially on vitrified, highly radioactive waste and on spent fuel from nuclear reactors.

130035/0203130035/0203

Verglaster, hochradioaktiver Abfall wird üblicherweise iß Kokillen aus Edelstahl abgefüllt. Lagergutverpackung ist dann die Kokille und Lagergut der Glasblock. Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Störfallschutzes ergibt sich jedoch, wenn z.B. das Glasprodukt in Form von Kugeln, Stangen oder dergleichen zusammen mit einem erfindungsgemäßen Granulat oder Pulver in eine Kokille oder Büchse abgefüllt wird. In Abb. II ist in beispielhafter Ausführung im Längsschnitt eine solche Lagerbüchse (14) mit dichtschließendem Deckel (15) gezeigt. In dieser Kokille befinden sich Kügelchen (12) aus verglastem hochradioaktivem Abfall und metallischen Lotgranulat oder Pulver (13). Bei diesem Anwendungsfall wird zusätzlich der bei verglastem hochradioaktiven Abfall steile Gradient zwischen maximaler Zentraltemperatur und Randtemperatur reduziert$ so daß die Büchsentemperatur steigt und damit eine größere Temperaturdifferenz zur Wärmeabfuhr an die Kühlluft zur Verfügung steht_o Vitrified, highly radioactive waste is usually filled into stainless steel molds. Storage goods packaging is then the mold and storage goods the glass block. A particularly advantageous application of the accident prevention according to the invention results, however, when, for example, the glass product in the form of balls, rods or the like is filled into a mold or can together with a granulate or powder according to the invention. In Fig. II such a bearing bush (14) with a tightly closing cover (15) is shown in an exemplary embodiment in longitudinal section. In this mold there are balls (12) made of vitrified highly radioactive waste and metallic solder granulate or powder (13). In this application, the steep gradient between the maximum central temperature and the edge temperature in the case of vitrified highly radioactive waste is also reduced, so that the can temperature rises and a greater temperature difference is available for heat dissipation to the cooling air, _etc.

Dasselbe gilt für abgebrannt® Kernbrennelemente, bei denen der eigentliche Brennstoff als Lagergut und die Brennstoffhüll® (z.B. Hüllrohr© bei Lelchtwasserreaktor-Brennelementenp Graphitmatrix bei Hochtemperaturreaktor-Elementen) als Lagergutverpackung anzusehen ist_o The same applies to abrannt® nuclear fuel elements, in which the actual fuel is to be regarded as storage goods and the fuel envelope® (e.g. cladding tube © for light-water reactor fuel elements, graphite matrix for high-temperature reactor elements) as storage goods packaging _{or similar}

Der erfindungsgeaäß® Storfallschuts hat auch gegenüber Metall- und Salzschmelzen bedeutend® Vorteile_o So gehen im überwiegenden Normalfall d.h. ohne durch Kühlungsunterbrechung verursachter Störfall, Lagergutverpackuag und Schüttmaterial keine Verbindung ein. Nach der Auslagerung kann eventuell noch lose an der Lagergutverpackimg haftendes Material durch einfache mechanische Reinigungsverfahren leicht und vollständig entfernt werden.The erfindungsgeaäß® Storfallschut has significant® advantages compared to molten metal and salt _o So in the predominantly normal case, ie without an incident caused by cooling interruption, stored goods packaging and bulk material do not form a connection. After removal from storage, any material that is still loosely adhering to the stored goods packaging can be easily and completely removed using simple mechanical cleaning methods.

Beim Füllen mit der erfindungsgemäßen losen Schüttung kann deren Schmelztemperatur vorteilhafterweise so hoch gewählt werden, wie es für das Lagergut bei einem Störfall geradeWhen filling with the loose bed according to the invention can whose melting temperature can advantageously be selected as high as it is for the stored goods in the event of a malfunction

130035/0203130035/0203

noch zulässig ist. Damit werden die Fälle, in denen bei einem Störfall tatsächlich mit einem Aufschmelzen zu rechnen ist, wesentlich unwahrscheinlicher.is still permissible. This means that the cases in which, in the event of an accident, actually lead to melting counting is much less likely.

Es ist ferner bequem möglich, den mit der erfindungsgemäßen Schüttung ausgefüllten Zwischenraum mit Meßgeräten zu überwachen und gegebenenfalls freigesetzte gasgebundene Radioaktivität abzusaugen.It is also conveniently possible to monitor the space filled with the fill according to the invention with measuring devices and suction off any released gas-bound radioactivity.

Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr und zur Unterbringung einer möglichst großen Menge Schüttgut ist eine Verdichtung, z.B. durch Ansetzen eines Rüttlers, besonders vorteilhaft.To improve the heat dissipation and to accommodate the largest possible amount of bulk material, compression, e.g. by attaching a vibrator, particularly advantageous.

Je nach der zulässigen Höchsttemperatur des selbsterhitzenden radioaktiven Lagergutes sind als Materialien für das Schüttgut weiterhin auch Salze bzw. Salzgemische, Aluminiumpulver, Granulate bzw. Pulver aus Blei, Zinn und Zink bzw. deren Legierungen, gegebenenfalls auch Al-Ni gut geeignet.Depending on the maximum permissible temperature of the self-heating radioactive stored goods are used as materials for the bulk goods also salts or salt mixtures, aluminum powder, granulates or powders made of lead, tin and zinc or their Alloys, possibly also Al-Ni, are well suited.

Kl/Han
13.02.80Kl / Han
02/13/80

130035/0203130035/0203

Claims

NUKEK GmbH
6A? 0 Hanau 11

80 122 KN

Claims

. Accident protection for the storage of self-heating radioactive substances, especially in air-cooled warehouses, whereby the radioactive substances are enclosed in suitable packaging or leach-resistant particles that are placed in storage containers that can also be used as transport containers, and the space between the packaging or the particles and the storage container is filled with a solid material, characterized in that the solid material is used in the form of bulk material (4, 13) whose melting point is below the maximum permissible temperature of the self-heating radioactive material.

2. Accident protection according to claim 1, characterized in that the bulk material (4, 13) consists of metal powder or metal granules.

3. Accident protection according to claim 1 and 2, characterized in that metal powder or metal granulate consists of a tin-lead alloy.

4. accident protection according to claims 1 to 3, characterized in that the composition of the tin-lead alloy is chosen so that the melting point is only slightly below the maximum allowable temperature of the stored goods.

5. accident protection according to claims 1 to 4, characterized in that the bulk material (4, 13) is mechanically compressed.

130035/0203