DE3018747C2 - Verfahren zur Einbettung von radioaktiven, tritiumhaltigen Metallabfällen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einbettung von radioaktiven, tritiumhaltigen Metallabfällen zur Endlagerung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist z. B. aus der DE-OS 27 56 700 bereits bekannt.
• Bei der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente aus Leichtwasserreaktoren fallen radioaktive, tritiumhaltige stückige Festabfälle an, vor allem Brennelement-Hülsen, Federn, Bolzen und sonstige Kleinteile, die so gelagert werden müssen, daß die Umwelt nicht gefährdet wird.
• Nach dem bisherigen Stand der Technik wird dies erreicht durch Einbetten der radioaktiven, tritiumhaltigen Festabfälle in Beton und die Endlagerung in einem Salzstock. Da hierbei eine Tritiumwanderung von den Hülsen in den Beton und damit eine mögliche Tritiumfreisetzung nicht ausgeschlossen werden kann, gibt es Vorbehalte gegen diese Verfahrensweise.
• Weitere aus den DE-OS 26 28 144 und 27 17 389 bekannte Verfahren bestehen darin, daß die Festabfälle in eine Matrix aus Metall eingeschmolzen werden. Die Einbettung erfolgt durch Verfüllen der Hohlräume mit einer Metallschmelze, bestehend aus Aluminium oder vorzugsweise aus niedrigschmelzenden Metalle, wie Blei, Zinn, Zink, Kupfer oder Legierungen.
• Es ist vorgeschlagen worden, Brennelement-Hülsen in Glas einzuschmelzen und mit Zusätzen zu einem kompakten Block zu verfestigen.
• Alle diese Verfahren weisen aber große Nachteile auf, die auf die Anwendung hoher Temperaturen während des Verfestigungsvorganges zurückzuführen sind.
• Dadurch werden aus den einzubettenden Materialien flüchtige Radionuklide freigesetzt, insbesondere Tritium und Ruthenium, die aus dem Abgas abgetrennt und gesondert beseitigt werden müssen. Außerdem macht die Verwendung hoher Temperaturen den Einsatz aufwendiger Apparaturen und Endlagerbehälter erforderlich, und durch unterschiedliches Schrumpfen von Glas/Metall oder Metall/Metall können sich beim Abkühlen Risse bilden, die die Auslaugebeständigkeit im Störfall vermindern.
• Weiterhin ist es aus der DE-OS 27 56 700 bekannt, tritiumhaltige Abfälle in einen tritiumschwerdurchlässigen Metallkörper aus Stahl einzubringen und damit allseitig zu umschließen. Hierbei erfolgt ein isostatischer Preßvorgang bei höherer Temperatur, bei der flüchtige Radionuklide freigesetzt werden.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu finden, das eine Freisetzung von Tritium oder anderen flüchtigen radioaktiven Stoffen zuverlässig verhindert.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.
• Die Brennelementrohrstücke, Abstandshalterstücke und Innenteile werden dabei in Rund- oder Profilrohre aus Metall geschüttet, die nach gemeinsamer Kaltverformung durch Walzen den Inhalt dicht umschließen. Vorzugsweise verwendet man Rohre aus Edelstahl oder Aluminium. Als Rohrdurchmesser werden z. B. Nennweiten von 10-300 mm bei Wandstärken von 0,5-3 mm verwendet. Auch das Einwalzen in U-Profile ist möglich. In die Rohrabschnitte werden die tritiumhaltigen Brennelementabschnitte (vom Schneidprozeß her ca. 5 cm lang) hineingeschüttet. Das Rohrende wird anschließend durch Umfalzen so verschlossen, daß ein Entweichen der Luft beim anschließenden Auswalzen oder Drücken zu einer Platte möglich ist. Dabei wird das Innenmaterial kompaktiert und plattiert. Beim letzten Walzstich muß das gasoffene Ende dicht verschlossen werden.
• Bei Verwendung von U-Profilen werden mehrere Brennelement- Hülsen nebeneinander in die Matrix eingerüttelt und durch Einpressen kompaktiert. Dieser Vorgang kann mehrfach wiederholt werden. Anschließend wird das Profilstück durch Einwalzen eines Deckels dicht verschlossen. Das kompaktierte Produkt liegt als Flachmaterial vor und kann durch Ausformen oder -walzen beispielsweise zu einer Spirale bzw. Schnecke in eine zur Kompaktlagerung geeignete Form überführt werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, das Flachmaterial senkrecht in die Beton-Fässer einzustellen. Nach Befüllen des Fasses wird das Produkt durch Übergießen mit Flüssigbeton zu einem kompakten Block verfestigt.
• Gegenüber der Zementierung unkonditionierter Hülsenabschnitte besitzt dieses Verfahren den Vorteil einer zusätzlichen Barriere. Durch das Containment wird eine Wechselwirkung zwischen Hüllrohrmaterial und Beton verhindert, die Tritiumfreisetzung reduziert und die Auslaugbeständigkeit im Störfall erhöht.
• Außer Edelstahl und Aluminium können als tritiumschwerdurchlässige Metalle auch Aluminium-Legierungen verwendet werden. Das Einpressen und Walzen findet gewöhnlich bei Raumtemperatur statt.
• Folgende beiden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern.
Beispiel 1
• In mehrere 650 mm lange, einseitig verschlossene Edelstahlrohre mit einer Wandstärke von 0,5-2 mm und einem Innendurchmesser von 50-300 mm werden unkompaktierte Hülsen eingefüllt. Die Rohrenden werden mit einem Deckel verschlossen oder plattgedrückt und lose gefalzt. Nun wird jedes Rohr in ca. 5 Stichen zusammengepreßt und zur Platte ausgewalzt. So entstehen Platten von 100-450 mm Breite und 700 mm Länge. Sie werden mittels eines Abstandhalters so in ein Faß gestellt, daß die breiten Platten in der Mitte stehen und die schmalen Platten nach außen kommen. Der verbleibende Hohlraum im Faß wird anschließend mit Flüssigmörtel oder Flüssigbeton verfüllt. Der Inhalt an Hülsen pro Faß ist dabei größer als an unkompaktierten Hülsen, und der Tritiuminhalt der Hülsen ist durch die Stahlbarriere gegen eine Diffusion in den Zement hinreichend geschützt.
Beispiel 2
• Ein 700 mm langes Rohr aus Aluminium der Nennweite 100 mm mit einer Wandstärke von 1 mm wird mit unkompaktierten und kompaktierten Brennelementabschnitten gefüllt. Je 50 mm an den Rohrenden bleiben frei von Abschnitten. Das eine Ende wird vor dem Füllen plattgedrückt und umgefalzt, das andere Ende wird nach dem Füllen ebenso verschlossen.
• In einer hydraulischen Tischpresse wird dann das gefüllte und geschlossene Rohr langsam zusammengedrückt, wozu 300-600 MPa erforderlich sind. Es entsteht dabei ebenfalls eine Platte, in der die Brennelementstababschnitte vom Rohr völlig umhüllt sind.
• Die Platte wird ebenso weiterbehandelt wie im Beispiel 1.

Claims (3)

1. Verfahren zur Einbettung von radioaktiven, tritiumhaltigen Metallabfällen zur Endlagerung,

- insbesondere von Brennelementhülsen -

- bei dem die Metallabfälle in Rund- oder Profilrohre eingefüllt und allseitig umschlossen werden, -

- bei dem die Rund- oder Profilrohre aus tritiumschwerdurchlässigem Metall bestehen,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Metallabfälle in den Rund- oder Profilrohren durch Walzen kompaktiert

- und anschließend in Beton zur Endlagerung eingebettet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß als tritiumschwerdurchlässige Metalle Edelstahl, Aluminium oder Aluminium-Legierungen verwendet werden.