AT375207B - Herstellung von schutzueberzuegen auf radioaktiven abfaellen der kernenergie - Google Patents

Description

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   Gegenstand der Erfindung ist die Einführung der Galvanotechnik und seiner Hilfsmassnahme der Graphitierung, als Verfahren zur Herstellung von Schutzüberzügen auf radioaktive Abfälle, wie sie in der Kernenergie und Wiederaufbereitung anfallen, sowie auf Gefässe für die Endlagerung, der mit Schutzüberzügen versehenen Abfälle. 



   Bisher und derzeit werden alle festen Abfälle mit Zement, Bitumen, Teer und Asphalt eingebettet, die flüssigen Abfälle mit denselben Materialien verfestigt, in Stahlbehälter oder Fässer mit Glas vergossen, in alten Salzbergwerksstollen einbetoniert. Ein aufwendiges, weil an bestimmte Plätze gebundenes Verfahren, das noch nicht endgültig ist, da weltweit nach neuen, verbesserten Arbeitsmethoden gesucht wird. 



   Der erfindungsgemässe Vorschlag wäre ein solcher neuer Weg, der deshalb erfolgversprechend ist, weil die Materialien der galvanischen Überzüge zum Teil dieselben sind, die in der Kernenergie als Sicherheits-Schutz- und Absorbermaterial verwendet werden. Untersuchungen und Prüfungen über ihre Verwendbar- und Tauglichkeit, sind daher nicht notwendig. 



   Es sind dies Graphit als Grund- und Hilfsmaterial, Bor mit seinen Verbindungen, Blei, Silber, Cadmium, Kupfer und Nickel. 



   Allgemein werden in der Galvanik nur sehr schwache Niederschläge hergestellt, die für die Oberflächenveredlung oder Korrosionsschutz ausreichend sind. 



   Für unsere Zwecke werden aber feine, dichte und sehr starke, widerstandsfähige Überzüge gebraucht. Die Galvanoplastik zeigt, dass dies möglich ist. 



   Die Elektrolyten der gewünschten Bäder müssen aus solchen Metallverbindungen zusammengesetzt sein, dass mit Hilfe von Zusätzen, geeigneter Stromdichte und Spannung, Temperatur und Arbeitszeit und der mechanischen Badart, solche Niederschlagsstärken erreicht werden. Er muss strahlendicht sein und Schutz gegen mechanische Veränderungen bieten. 



   Alle Abfälle, feste und verfestigte flüssige, werden zuerst thermisch graphitiert, damit elektrisch leitfähig gemacht, dann folgen die verschiedenen galvanischen Prozesse und noch eine thermische Graphitierung. 



   In vergrösserten, ziegelähnlichen, cadmisierten Eisenblechbehältern werden die präparierten Abfälle mit normalem Graphit eingebettet. 



   Die vollen Eisenziegeln werden in Betonbunkern, die mit Stahlblech armiert sind, zu Blöcken zusammengebaut, datiert und so angeordnet, dass der Raum für Stapler befahrbar bleibt. 



   Die Bunker und die galvanischen Fabrikationseinrichtungen sind unter Berücksichtigung aller Sicherheitsvorschriften auf dem Gelände der Kernkraftwerke bzw. Wiederaufbereitung mit   ingeplant.   



   Lange und schwierige Transportwege entfallen !
Das   Überzugs- und   Hilfsmaterial für die Galvanisierung :
Graphit, mit dem alle Abfälle thermisch überzogen werden. Ein hexagonales Mineral, Kohlenstoff, mit vielen eingeschlossenen metallischen Spurenelementen, darunter Bor, Blei, Silber und Kupfer. Die Kohlenstoffatome sind in sechseckigen Maschen angeordnet, sehr weich, Härte 1 ein guter Wärmeleiter und elektrisch leitfähig. Durch Erhitzen auf zirka   700 C   verkleinern sich die Netzabstände, es wird druckfest, strahlendicht und ist bis zu sehr hohen Temperaturen ohne Strukturänderung von fester Konsistenz. 



   Graphit kann auch technisch hergestellt werden. Kohlenstoffreiche Verbindungen Koks und Erdölpechkoks werden fein vermahlen, längere Zeit in elektrischen Öfen auf zirka 1900 bis   2500 C   erhitzt, nicht verbrannt, bis sich Graphitstruktur zeigt. Der so hergestellte künstliche Graphit hat hat dieselben technischen Eigenschaften wie der Naturgraphit. 



   Graphit ist ein sehr wichtiges Strahlenschutzbauelement im Reaktorbau !
Bor mit seinen Verbindungen, das beste Absorbermaterial, gibt keine Sekundärstrahlungen weiter, ist Bestandteil der Regelstäbe, die den Ablauf der Kettenreaktionen in den Brennstäben regeln und den Reaktor ganz abschalten können. Man braucht dazu verhältnismässig wenig Regelstäbe. So kommen im Leichtwasserreaktor auf 236 Brennstäbe nur 20 Regelstäbe, die zwischen den Brennstäben verschieden tief eingefahren werden. Ein direkter Kontakt der Stäbe untereinander besteht nicht. 

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   Für Schnell- und Notabschaltungen genügt ein geringer Zusatz von Borsäure in das Reaktor- kühlwasser. 



   Blei mit einer Dichte von 11,344 g/cm ist das dichteste Material mit der zweithöchsten galvanischen Niederschlagsstärke, das letzte stabile Element in der Uranzerfallsreihe. 



   Das Strahlenschutzmaterial. 



   Ein sehr gutes Legierungsmaterial, das den weichen Bleiniederschlag feiner, dichter, härter und stosssicher macht, ist das Silber. Kommt in der Natur in fast allen Bleierzen vor. Mit
10, 50 g/cm das zweitdichteste Material, mit der höchsten galvanischen Niederschlagsstärke,
Neutronenabsorber, sehr guter   Wärme- und   Elektrizitätsleiter, sehr dehbar, gibt als Legierungs- zusatz dichte und feste galvanische Niederschläge. 



   Cadmium, mit einer Dichte von 8, 65 g/cm, der dritthöchsten galvanischen Niederschlagsstär- ke, Neutronenabsorber, das beste Korrosionsschutzmaterial. 



   Kupfer, mit einer Dichte von 8, 96 g/cm, das drittdichteste Material, mit der vierthöchsten
Niederschlagsstärke, beste elektrische Leitfähigkeit, gut für starke galvanische Niederschläge. 



   Nickel, mit einer Dichte von 8, 9 g/cm das viertdichteste Material und sechs besten Nieder- schlagsstärke. Gibt als Legierungsmaterial mit Kupfer einen festen, stosssicheren Niederschlag. 



   Das Arbeitsgut sind die festen und verfestigten, flüssigen radioaktiven Abfälle. 



   Die festen Abfälle sind das im Zuge der Wiederaufbereitung in zirka 3 cm lange zerschnit- tene Hüllenmaterial der Brennstäbe und Halterungen. Nach gründlicher Reinigung und Trocknung werden sie in eine für die Galvanisierung geeignete Form verpresst, u. zw. so, dass Spitzen und scharfe Kanten vermieden werden,   z. B.   in Stangenform von zirka 2 cm Durchmesser und zirka
30 cm Länge, mit abgerundeten Kanten. 



   Die flüssigen Abfälle sind die Spaltprodukte aus den Brennstäben und die Rückstände aus dem chemischen Prozess zur Rückgewinnung von Uran und Plutonium aus den zerschnittenen Brenn- stäben. Eine hochaktive saure Abfallösung, die für die weitere Verarbeitung erst verfestigt wer- den muss, u. zw. so, dass die Endmasse elektrisch leitfähig ist. 



   Als Eindickmasse eignen sich am besten die Grundelemente der technischen Graphitherstellung. Der künstliche Graphit als Endmasse ist nicht nur elektrisch leitfähig, sondern auch das beste Strahlenschutzmaterial !
Koks und Erdölpechkoks, fein vermahlen, haben eine grosse, saugfähige Oberfläche und werden mit dem flüssigen Abfall so lange vermischt, bis der Flüssigkeitsgehalt der Gesamtmasse nur einen geringen Prozentsatz ausmacht. 



   Die letzten Flüssigkeitsreste werden mit Calciumchlorid entfernt. Die vollkommen trockene
Masse mit den Nuklearenabfalleinschlüssen wird zu zirka 2 mm Durchmesser Kugeln verpresst. Darin sind die nuklearen Einschlüsse unregelmässig verteilt, deshalb werden sie noch zusätzlich mit thermi - schem Graphit beschichtet. Dasselbe geschieht mit den stangenförmigen verpressten festen Abfällen. 



   Somit sind alle Abfallsorten, Kugeln und Stangen, dicht und druckfest vom thermischen Graphit eingeschlossen und jetzt schon gegen das Entweichen von Radioaktivität abgesichert. 



   Bei den Abfällen handelt es sich um Massengüter, für deren Verarbeitung galvanische Trommelanlagen in Betracht kommen. Voll automatisiert, mit kantigen oder runden Trommeln ruhenden oder umlaufenden Elektrolyten, der über Filteranlagen gereinigt und ergänzt wird. Kontrollinstrumente für die Baddichte und Spannung, Zusammensetzung und Temperatur des Elektrolyten, Spülwannen und Heissluft, Transportbänder. 



   Die galvanischen Arbeitsprozesse in den Trommelanlagen werden nur nach den neuen Forderungen aufgebaut, dichte und sehr starke Überzüge herzustellen !
Danach richtet sich auch die Zusammensetzung des Elektrolyten aus Verbindungen und Salzen der Schutzelemente mit entsprechenden Zusätzen, Badtemperatur, Dichte und Spannung des Elektrolysestromes und Arbeitsdauer. 



   Wir wissen, dass schon verhältnismässig geringe Mengen von Schutzelementen, z. B. Bor, genügen, um Kettenreaktionen zu regeln bzw. ganz abzuschalten, ohne dass untereinander direkte Kontakte bestehen. 



   In der Galvanik wird der Schutzüberzug direkt durch den Elektrolysestrom über Anode, Elektrolyt auf das Arbeitsgut (Kathode) mit atomarer Oberflächenbindung aufgetragen. Das ergibt eine sehr gute Schutzwirkung. 

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   Auch beim Auftragen mehrerer verschiedener Überzüge mit verschiedenen Wirkungen entstehen untereinander die atomaren Oberflächenbindungen. 



   Der Elektrolyt für den ersten, metallischen Überzug nach der thermischen Graphitbeschichtung setzt sich aus den beiden besten und wirksamsten Schutz- und Absorbermaterialien zusammen. Bor legiert mit Fluor und Bleiverbindungen mit entsprechenden Zusätzen, geeignete, geschützte Anoden, geregelte Spannung und Stromdichte, Badtemperatur und Arbeitszeit, ergeben sehr starke Bor-Blei-Überzüge, die wichtigste Sperre gegen weitere Kettenreaktionen und Entweichen von Spaltprodukten ; aber ein verhältnismässig weicher Überzug. Nach Spülung und Trocknung, zum zweiten Überzug. Der Elektrolyt besteht aus Bleiverbindungen mit einem geringen Silberzusatz und hat eine getrennte Anodenschaltung für die Blei- und Silberanoden, um den Blei- bzw. Silberzusatz besser regulieren zu können.

   Zusätze und Badbeschaffenheit wie oben.   Duch   den Silberzusatz wird der Niederschlag in jener Hinsicht verstärkt. Auch in der Strahlenschutzwirkung. 



  Spülung und Trocknung. 



   Der dritte Überzug ist eine sehr starke Zwischenverkupferung als Grundlage für den vierten Überzug, einen kräftigen Hartnickelüberzug, der das Arbeitsgut gegen mechanische Verletzungen schützen soll. 



   Mit diesen fünf Schichten, eine Graphitbeschichtung und vier galvanische Metallüberzüge sind alle Abfälle gegen jede Art von Strahlungen und mechanischen Verletzungen geschützt und jetzt schon gefahrlos lagerfähig. 



   Um jeder Art von Sicherheitsvorschriften zu entsprechen, werden die so präparierten Abfälle noch mit einer starken thermischen Graphitschicht überzogen und wie oben erwähnt, in ziegelförmigen cadmisierten Eisenblechbehältern in normalen Graphit eingebettet. Sie werden in Betonbunkern, die mit Stahlblech armiert sind, zu Blöcken geschlichtet, datiert und damit endgelagert. 



   Gefahrlos für die gesamte Um-und Mitwelt !
Die oben angeführten Badfolgen und Zusammensetzungen sind nur ein Beispiel für die Anwendung der Galvanik. Es können auch andere geeignete metallische Elemente eingesetzt werden ; aber mit Hilfe der Galvanik. 



   An sich ist die Galvanik mit ihrem Hilfsverfahren der Graphitierung ein längst bekanntes Verfahren. 



   Neu ist ihre Anwendung im Rahmen der Kernenergie und Wiederaufbereitung, zur Herstellung von dichten und sehr starken Schutzüberzügen auf atomare Abfällen zur Sicherung für die Endlagerung und als Korrosionsschutz für die Endlagerungsbehälter. 



   Angaben für die Herstellung der verschiedenen Bäder sind dem Fachmann geläufig. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Lagerungsverfahren für atomare Abfälle unter Verwendung der Galvanotechnik und des Graphitierens nach dem System zur Herstellung von künstlichem Graphit, dadurch gekennzeichnet, dass der Reihe nach Graphit, Bor, Blei, Silber, Kupfer und Nickel als mechanische Schutzhülle verwendet sind und alle galvanisch präparierten und mit Graphit beschichteten und thermisch behandelten atomaren Abfälle in galvanisch cadmisierte, ziegelförmige Eisenblechbehälter in Graphit gebettet, in Betonbunkern, die mit Stahlblech armiert sind, in Blockform, aufbewahrt sind.

Claims (1)

1. 2. Lagerungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Koks und Erdölpechkoks, fein vermahlen, mit dem flüssigen Abfall vermischt und zur vollständigen Trocknung Calciumchlorid verwendet ist und das Ganze zu Kugeln von vorzugsweise 2 mm Durchmesser verpresst wird.