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Einsatz für einen Lagerbehälter zur Aufnahme
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von radioaktiven Abfallflüssigkeiten.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Einsatz für einen Lagerbehälter zur
Aufnahme von pumpfähigem bzw. flüssigem radioaktivem Abfall, insbesondere von tritiumhaltigem
Wasser.
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Die in den Bereichen der Kerntechnik oder durch wissenschaftliche
Anwendung von radioaktiven Substanzen anfallenden wässrigen Abfallflilssigkeiten
müssen von der Biosphäre sicher getrennt werden, Insbesondere müssen tritiumhaltige
Abwässer sorgfältig gesichert werden. Solche Wässer sind nur schwierig aufzubewahren,
vor allem über lange Zeiträume.
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Bisher sind tritiumhaltige Abwässer meistens an die Vorfluter abgegeben
worden oder durch teilweises Verdampfen in die Atmosphäre gelangt. Entsprechend
den verschärften gesetzlichen Bestimmungen sind hier Jedoch sehr enge Grenzen gesetzt,
so daß zukünftig ganz berwiegnd die sichere Lagerung gefordert ist.
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Die ebenfalls diskutierte Lagerung solcher Abwässer in tiefen geologischen
Formationen setzt die Existenz geeigneter Strukturen - möglichst am Ort des Anfalls
vor allem großer Abwassermengen - voraus. Die Voraussetzungen sind jedoch nur selten
gegeben.
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Auch ist vorgeschlagen worden, radioaktive Abwässer in Fässern durch
Binden an Sorelzement zu fixieren (DE-OS 28 42 475). Diese Zemente erweisen sich
aber als instabil gegen Wasser und Salzlösungen, z. B. Carnallitlauge, so daß sie
keine sichere Barriere im Störfall darstellen.
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Aus dem gleichen Grund, aber auch wegen des fallweisen Druckanstieges
von Gasen, die durch Radiolyse entstehen, hat sich auch die Aufbewahrung von flüssigen
radioaktiven Abfällen über längere Zeiträume in Ublichen Tanks nicht bewährt.
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Es ist weiter vorgeschlagen worden, radioaktive Abwässer durch Granulieren
bzw. Pelletisieren an eine saugfähige körnige Substanz zu binden und nachfolgend
mit einem Polymerisat zu überziehen, um den Wasseraustritt zu vermeiden (DE-OS 28
19 086). Langfristig stellt aber auch ein Kunststoffüberzug keine ausreichende Barriere
für den Wasserdampf dar. Nachteilig ist ferner, daß nur relativ geringe Abwassermengen
pro Volumeneinheit gebunden werden können.
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Ein gegenüber den obengenannten Verfahrensweisen relativ sicherer
Einschluß speziell von Tritium wird erreicht durch chemische Fixierung von Tritium
im Molekülverband polymerer Kohlenwasserstoffe (BNWL-B-430 vom 15.05.75) über die
Reaktion von tritiiertem Wasser mit Calciumcarbid unter Bildung von Azetylen und
dessen Polymerisationsprodukten. Dieser relativ sichere Einschluß wird somit nachteilig
nur erreicht durch verfahrenstechnisch aufwendige und explosionsgefährliche Zwischenstufen.
Dieselbe ungünstige Voraussetzung für die Lagerung von Polymeren stellt die dafür
erforderliche Erzeugung von elementarem Wasserstoff bzw. Tritium, etwa durch Elektrolyse
von tritiiertem Wasser, dar.
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Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Einsatz für
einen Lagerbehälter zur Aufnahme von pumpfähigem bzw. flüssigem radioaktivem Abfall,
insbesondere von tritiumhaltigem Wasser, zu schaffen, der die Lagerung huber längere
Zeiträume ermöglicht, den gestiegenen Sicherheits- und Umweltaspekten Rechnung trägt,
relativ große Abfallmengen pro Lagereinheit aufnimmt und dabei sehr stabil ist.
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Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz
aus kugelförmigen Containern besteht, die in hexagonal dichtester räumlicher Packung
angeordnet und mit einem zentralen Befülleitungssystem verbunden sind.
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Der erfindungsgemäße Einsatz wird nachstehend anhand der schematischen
Abbildungen I und II beispielhaft näher erläutert.
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In einem Lagerbehälter (13) befindet sich ein erfindungsgemäßer Einsatz
(1), bestehend aus kugelförmigen Containern (2), die in hexagonal dichtester räumlicher
Packung in mehreren Etagen angeordnet und mit einen zentralen Befülleitungssystem
(3) verbunden sind. Der Einsatz (1) ist mit Halteelementen zum Ein- und Umsetzen
versehen, gegebenenfalls auch mit Füßen und Zentriervorrichtungen, die die zentrische
Position des Einsatzes im Lagerbehälter (13) gewährleisten.
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Der Einsatz (1) ermöglicht eine maximale Volumennutzung innerhalb
des Lagerbehälters, wobei es besonders vorteilhaft ist, den Zwischenraum (12) zwischen
dem Lagerbehälter (13) und den befüllten Containern (2) zur Fixierung bzw. zur Verbesserung
der mechanischen Stabilität mit einem sich verfestigenden Material auszufüllen,
beispielsweise mit Zement oder Bitumen.
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Es entsteht somit ein Mehrbarrierensystem aus mit dem besonders stabilen
kugelförmigen Containern (2), dem verfestigten Material im Zwischenraum (12) und
der Wand des Lagergefäßes (13).
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Die Raumausnutzung läßt sich durch die Verwendung eines Einsatzes
mit verschiedenem Kugeldurchmesser oder von Kugelform-ähnlichen Containern, die
z. B. in die Zwischenräume
größere Kugelcontainer positioniert
werden, optimieren.
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Die kugelförmigen Container (2) des Einsatzes bestehen aus wasser-
und wasserdampfundurchlässigen Materialien, wie z. B.
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aus rostfreiem Stahl, Aluminium oder stoßfestem Glas. Der Aufbau des
zentralen Befülleitungssystems (3) aus einer Hauptleitung (4) mit einem Befüll-Anschluß
(5) und aus strahlenförmig ausgehenden Nebenleitungen (6) ist besonders günstig.
Die kugelförmigen Container (2) des erfindungsgemäusen Einsatzes (1) sind an die
Nebenleitungen angeschweißt, fallweise auch gelötet, angeschraubt oder angeflanscht.
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Das Einfüllen des flüssigen radioaktiven Abfalls wird erleichtert
durch vorheriges .Evakuieren des Einsatzes (1), wobei die Kugelform der Container
(2) sich zusätzlich vorteilhaft auswirkt. Auch das Entleeren des Einsatzes auch
nach langen Lagerzeiten ist problemlos. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das
Befülleitungssystem (3) auch Belüftungsleitungen und andere erforderliche an sich
bekannte Einrichtungen enthält. Je nach Auslegung des Befülleitungssystems (3) und
der Befüllöffnungen der kugelförmigen Container (2) können auch weniger dUnnflüssige,
jedoch pumpfähige Abfälle eingebracht werden.
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Somit ist der erfindungsgemäße Einsatz (1) als Mehrwegeinschluß, auch
eingebettet und fixiert im Lagerbehälter (13) oder einen anderen geeigneten Abschirmbehälter,
hervorragend geeignet. Das Einfüllen und das Entleeren oder
Umfüllen
des flüssigen radioaktiven Abfalls einschließlich von geeignetem pumpfähigem radioaktivem
Abfall sowie die Handhabung des Einsatzes ganz allgemein sind weitgehend automatisierbar
und auch problemlos fernbedienbar, ohne Gefährdung des Bedienungspersonals.
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Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz (1) ist es mölgich, radioaktive
Flüssigkeiten, vornehmlich tritiumhaltige Wässer und Lösungen, die radioaktive Substanzen
enthalten, welche durch Zerfall eine gasförmige Komponente abgeben, durch deren
Ausbreitung und nachfolgenden weiteren Zerfall eine Ausbreitung von Radioaktivität
ermöglicht würde, wie z. B. thoriumhaltige Lösungen, wo durch Entweichen von des
kurzlebigen Radon 220 (Thoron) und dessen Zerfall energiereiche Folgeprodukte gebildet
werden, auch radioaktive organische Flüssigkeiten mit einem Dampfdruck >1 mbar
in die auch wegen ihrer Formstabilität günstigen kugelförmigen Container (2) einzubringen.
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Eine für manche Fälle besonders günstige Abwandlung des Einsatzes
(1) besteht darin, das Innere (14) der kugelfonLQpn Container (2) vor der Aufnahme
des flüssigen Abfalls mit einem saugfähigem Material zu füllen, welches den Abfall
einsaugt und fixiert. Als saugfähiges Material sind z. B.
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organische bzw. anorganische Fasern und Blähton geeignet.
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Die Adhäsionskräfte bzw. die Kapillarkräfte stellen quasi eine zusätzliche
Schutzbarriere im Gesamtsystem dar. Diese Abwandlung erfolgt vorteilhafterweise
häufig in solchen Fällen, wenn der Abfall nicht zwischen-, sondern gleich endgelagert
werden soll.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die kugelförmigen Container (2) und
fallweise auch das zentrale Befülleitungssystem (3) doppelwandig ausgestattet sind
und dabei insbesondere der durch die Doppelwand gebildete Zwischenraum (7, 8) mit
einem Prüfanschluß (9) verbunden ist. Der Prüfanschluß (9) befindet sich wie auch
der Befüllanschluß (5) in einem nicht mit Fixierungsmaterial ausgefüllten Raum (16),
der mit einer Abdeckung (15), die sich auch im Deckel des Lagerbehälters (13) befinden
kann, abgedeckt ist. Damit ist nicht nur eine zusätzliche Barriere vorhanden, sondern
es ist auch möglich, über den Prüfanschluß (9) die Integrität der Container (2)
und des Befülleitungssystems (3) auf bequeme Weise durch Aktivitäts- oder Leckmessungen
zu kontrollieren. So ist eine sichere laufende Uberwachung entsprechender Zwischen-
und Endlager durchführbar. Als besonders günstig hat sich herausgestellt, zumindest
die äußere Wand (10) der doppelwandigen kugelförmigen Container (2) und/oder des
zentralen Befülleitungssystem (3) aus rostfreiem Stahl herzustellen. Ebenfalls vorteilhaft
ist die Verwendung der inneren Wand (11) aus stoßfestem Glas.
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In verschiedenen Fällen ist es auch vorteilhaft, wenn das Fixierungsmaterial
im Zwischenraum (12) zumindest teilweise aus saugfähigem Material besteht, das vor
allem bei gewaltsamen Beschädigungen des Einsatzes (1) ein zusätzliches Notaufnahme-Reservoir
darstellt.
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Der erfindungsgemäße Einsatz verbindet den Vorteil des Mehrbarrieren-Sicherheitssystems
mit dem einer größeren Sicherheit gegen das Auslaufen von radioaktiver Flüssigkeit,
ferner mit dem einer guten Raumausnutzung, die besser ist als bei der bekannten
Verfestigung mit Zement, bei der wegen der Wasserdampfabgabe aus Betonblöcken bekanntlich
nur mit einem begrenzten Wasser/Zement-Verhältnis gearbeitet werden darf. So ist
Je nach Auslegung der kugelförmigen Container (2) und des Lagerfasses eine Raumausnutzung
bis zu Werten um 60 , für den radioaktiven Flüssigabfall erreichbar.
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Weitere Vorteile sind die Formstabilität der Kugelform, wobei sich
das optimale Oberflächen/Volumenverhältnis auch günstig auf Korrosions- und andere
Oberflächenaspekte auswirkt, und die bequeme Integritätskontrolle während der Lagerzeit.
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Somit ermöglicht der erfindungsgemäße Einsatz in hervorragendem Maße
die Langzeitzwischen- und -endlagerung radioaktiver flüssiger Abfälle.