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Die Erfindung bezieht sich auf einen festen lagerfähigen biologisch schädlichen, insbesondere radioaktiven Abfall.
Die hochaktiven Abfallösungen aus den Kernbrennstoffwiederaufbereitungsanlagen müssen, wenn sie für eine Endlagerung geeignet sein sollen, auf alle Fälle in eine feste Form gebracht werden. Bei einigen zu diesem Zweck bestehenden Verfestigungsverfahren ist das erhaltene Produkt granuliert. Dieses Granulat besteht je nach Herstellungsverfahren aus Kalzinaten, keramischen
Substanzen, Glas u. dgl. In einigen Fällen wird dieses Granulat einem oder mehreren weiteren Ver- fahrensschritten unterzogen, wie z. B. einer Temperaturbehandlung oder einem Beschichtungsvorgang.
Derartiges Granulat muss in ein Behältnis gebracht werden, um den sicherheitstechnischen Auflagen gerecht zu werden. So muss z. B. eine Verstreuung des Granulats verhindert, die Granulatoberfläche vor korrosiven Medien geschützt, die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Einflüssen ver- stärkt und insbesondere die strahleninduzierte Wärme möglichst gut an die Umgebung abgegeben werden. Diesen Anforderungen wird am besten ein Einbringen des Granulats in eine feste Matrix gerecht.
Bekannte Verfahren zur Einschliessung der radioaktive Substanzen enthaltenden Körner in ein schützendes, die einzelnen Körper möglichst dicht umschliessendes Matrixmaterial sind Verpres- sen, Sintern oder Eingiessen, d. h. Einbringen in eine Schmelze, die hierauf durch Abkühlung ver- festigt wird. Bei dem existierenden Verfahren dient der Tiegel, in dem die Einbettung stattfindet, als Endlagerbehälter. Das Granulat wird in diesen Tiegel eingefüllt und die Zwischenräume mit der Schmelze ausgegossen. Bei einer speziellen Methode wird durch den Einsatz eines doppelwandigen Tiegels die Möglichkeit geschaffen, gleichzeitig mit der Einbettung auch eine Abschirmung für die radioaktive Strahlung mitzugiessen.
Die nach dem oben angeführten Verfahren gewonnenen verfestigten Abfälle haben den Nachteil, dass kein vollkommen dichtes Umschliessen der Abfallteilchen durch eine Schmelze erreicht wer- den kann, da das Entweichen der Gase teilweise durch die Behälter verhindert wird. Weiters ist die Wärmeabgabe durch Wärmeleitung innerhalb des verfestigten Abfalls durch Übergang der Wärme in verschiedene Materialien, d. h. die Wärme geht vom Abfall in das Matrixmaterial, vom Matrixmaterial in den Behälter, vom Behälter erneut in ein Matrixmaterial und sodann gegebenenfalls erneut in das Material eines Behälters und dann erst an die Umgebung.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt oben angeführte Nachteile zu vermeiden.
Der erfindungsgemässe feste lagerfähige biologisch schädliche, insbesondere radioaktive Abfall, welcher in einer verfestigten Mischung mit gegebenenfalls umhüllten Teilchen aus dem Abfall mit einem verfestigten Material vorliegt, wobei die Mischung von einem Behälter und dieser mit einer Schichte aus dem Material zumindest teilweise umgeben ist, besteht im wesentlichen darin, dass der Behälter eine Vielzahl von Öffnungen aufweist. Durch diese an sich nicht naheliegende Lösung wird einerseits sichergestellt, dass beim Einbetten des Abfalls in das verfestigbare Material Gas entweichen kann und anderseits, dass ein optimaler Wärmeübergang erreicht wird.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der grösste Durchmesser der Öffnungen kleiner als der kleinste Durchmesser der Teilchen. Dadurch wird erreicht, dass die Wiedergewinnung des Abfalls, da dieser gegebenenfalls wieder einen wirtschaftlichen Wert erhalten kann bzw. einer erneuten Verarbeitung unterworfen wird, besonders einfach durchgeführt werden kann, da es lediglich erforderlich ist, das Material zu verflüssigen und sodann den Behälter mit dem Abfall aus dem Material herauszuheben. Weiters kann in dem Material, das den Behälter umgibt, kein Abfall enthalten sein, so dass ein besonders wirksamer Schild gegen Strahlen erhalten werden kann.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass sich die Öffnungen jeweils über ungefähr 0, 2 bis 6 mm, vorzugsweise über ungefähr 0, 5 bis 3 mm erstrecken.
Eine besonders einfache Ausführungsform bei welcher gleichzeitig eine besonders günstige strömungstechnische Ausführung des Behälters erhalten werden kann, besteht darin, dass der Behälter mit einem Drahtgitter aufgebaut ist.
Ist das spez. Gewicht des Behälters grösser als das des Materials, so kann besonders leicht Abfall eingebettet werden, der gegebenenfalls leichter als das Material ist.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Beispiele näher erläutert.
Welche Bedeutung die Wärmeableitung für die Lagerung von radioaktivem Abfall hat, kann den folgenden Ausführungen entnommen werden.
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Die Temperaturverteilung in einem zylindrischen Körper mit stationärer Wärmeströmung und konstanter Wärmeerzeugung wird durch die Gleichung T-T = r" 0 r 4 beschrieben.
TO "" Temperatur in der Zylinderachse
Tr.... Temperatur in der Entfernung r von der Achse f.... Wärmeleistung pro Volumseinheit x.... Wärmeleitfähigkeit
Aus der Formel ist ersichtlich, dass bei gleichbleibendem Behälterradius R und der vorge-
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schen Wärmeleistung, d. h. eine Konzentrierung des Abfalls, ermöglicht.
Ebenfalls zeigt sich, dass bei gleichbleibender spezifischer Wärmeleistung mit jeder Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eine mögliche Vergrösserung des maximalen Behälterradius verbunden ist, d. h. es kann eine grössere Abfallmenge in einem Behälter gelagert werden.
Rechenbeispiel zur Temperaturdifferenz zwischen Oberfläche und Achse :
Annahme : k = 30 W/m K (für Al-Si Matrix) f =100 W/l (f ist stark abhängig von Abfallart und Konditionierungsmethode)
R = 0, 25 m Radius des Zylinders TO - TR - 520K
Die maximal zulässige Temperatur im Zylinder darf die Erweichungstemperatur des Matrixmaterials nicht übersteigen. Auf Grund dieser Forderung und der geeigneten Wärmeabfuhr von der Zylinderoberfläche sind die Schranken für die Temperaturdifferenz To-TR vorgegeben.
Beispiel 1 : In einem oben offenen Behälter aus einem rostfreien Stahldrahtgitter mit einer Maschenweite von 0, 43 mm und einer Drahtstärke von 0, 16 mm ist ein teilchenförmiger mit Pyrokohlenstoff beschichteter radioaktiver Abfall mit einem Mindestdurchmesser von 0, 7 mm angeordnet. Dieser Drahtbehälter wird mit dem Abfall in einen massiven Tiegel eingebracht. Abstandhalter verhindern einen Kontakt zwischen Drahtgeflecht und Tiegelinnenwand und gewährleisten die Einhaltung einer vorgegebenen Distanz zwischen Granulat und Tiegel. Das für die Matrix vorgesehene Material ist
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erschmolzen. Unter dem Einfluss der Schwerkraft und eines mechanisch aufgebrachten Druckes füllt die Schmelze sowohl die Teilchenzwischenräume als auch den Raum zwischen Behälter und Tiegel aus.
Das vor dem Giessvorgang vorhandene Gas kann durch eine im Tiegelboden eingelassene Fritte entweichen, so dass die Bildung von Gasblasen vermieden werden kann. Nach dem Abkühlen und dem damit verbundenen Erstarren der Schmelze wird ein Abfallkörper erhalten, der infolge des miteingegossenen Behälters eine granulatfreie Randzone hat, die gleichzeitig als biologischer Schild gegen Strahlung dienen kann.
Der auf diese Art und Weise erhaltene Abfall war frei von Gaseinschlüssen.
Beispiel 2 : Es wurde gemäss Beispiel 1 gearbeitet, wobei der Behälter aus einem Stahldrahtgitter mit einer Maschenweite von 0, 63 mm und einer Drahtstärkte von 0, 25 mm aufgebaut wurde.
Als Matrixmaterial diente Blei bzw. Zinn.
Der erhaltene Abfall war vorzüglich für die Lagerung geeignet und wies im Querschnitt keine Gaseinschlüsse auf.
Beispiel 3 : Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet, wobei der Behälter aus einem rostfreien Stahldrahtgitter mit einer Maschenweite von 1,25 mm und einer Drahtstärke von 0, 5 mm bestand.
Als Matrixmaterial wurde die Legierung gemäss Beispiel 1 verwendet und die Teilchen bestanden aus einem unbeschichteten Abfallgranulat mit einem Mindestdurchmesser von 2,2 mm. Es wurde ein
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Abfall erhalten, der eine Randzone aufwies, der frei von Abfallgranulat war und welcher hervorragend zur Lagerung geeignet war.
Der Abfall nach den Beispielen 1 bis 3 hat jeweils eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als jener der unter gleichen Bedingungen, jedoch mit einem geschlossenen Behälter gefertigt wurde.
Das Material zur Einbettung kann auch aus Kunststoff, Keramik, Beton u. dgl. bestehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fester lagerfähiger biologisch schädlicher, insbesondere radioaktiver Abfall, welcher in einer verfestigten Mischung mit gegebenenfalls umhüllten Teilchen aus dem Abfall mit einem verfestigten Material vorliegt, wobei die Mischung von einem Behälter und dieser mit einer Schichte aus dem Material zumindest teilweise umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine Vielzahl von Öffnungen aufweist.