DE1166946B - Verfahren und Vorrichtung zum UEberfuehren radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum UEberfuehren radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete FormInfo
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- G—PHYSICS
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- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
- G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/28—Treating solids
- G21F9/30—Processing
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: G 21
Deutsche KL: 21g-21/33
Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:
B 60789 VIII c/21g
10. Januar 1961
2. April 1964
10. Januar 1961
2. April 1964
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Überführen radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung
geeignete Form, bei welchem die festen oder in feste Form übergeführten Abfallstoffe unter Verwendung
von exothermen Reaktionen erhitzt und in feste, dichte, wasserunlösliche Formlinge übergeführt
werden.
Ein bekanntes Verfahren dieser Art besteht darin, daß hochgradig radioaktive, flüssige Abfallstoffe mit
Ton und Schmelzmitteln sowie Zementbrühe gemischt werden, diese Mischung thermisch isoliert und sodann
durch die durch die Radioaktivität der Abfallstoffe erzeugte Wärme so weit erhitzt wird, daß der flüssige
Inhalt ausgetrieben wird. Die Erhitzung durch die eigene Radioaktivität wird dann weitergetrieben, bis
die Masse zu einem keramischen Kuchen zusammengesintert ist, welcher widerstandsfähig gegen Auslaugen
ist und in der Erde vergraben oder in das Meer versenkt werden kann.
Dieses Verfahren ist verhältnismäßig umständlich und langwierig, und es müssen dabei umständliche
Einrichtungen für den Schutz der Arbeiter gegen Strahlungsschäden getroffen werden. Da nur eine
Zusammensinterung und kein ausgesprochenes Schmelzen der beteiligten Stoffe einschließlich der
radioaktiven Abfallstoffe erfolgt, erscheint der Zusammenhalt der erzeugten keramischen Kuchen bei
mechanischen und anderen physikalischen Einwirkungen für die Dauer des Strahlungsvermögens der
radioaktiven Abfallstoffe nicht besonders zuverlässig zu sein.
Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, daß radioaktive Abfälle mittels bituminöser Stoffe,
denen strahlungsdämmende Zuschläge beigegeben werden, zu Formungen umgewandelt werden, die
leicht transportiert und gelagert werden können. Da aber bituminöse Stoffe in der Regel einen Schmelzpunkt
von unter 100° C haben und bei 50 bis 60° C weich werden, können sie bereits durch heißes Wasser
von 50 bis 60° C deformiert werden. Außerdem springt Bitumen bei großer Kälte oft wie Glas, erzeugt
Risse, so daß die Strahlung freigegeben wird.
Schließlich ist bekanntgeworden, radioaktive Abfallstoffe mit HiKe eines besonderen Oxydationsmittels
zu veraschen. Der Veraschungsvorgang erfolgt in einer hermetisch abschließbaren druckfesten Kammer,
wobei diese als Daueraufbewahrungsbehälter für radiaktive Asche dienen kann. Feste Formlinge werden
bei diesem Verfahren nicht gebildet, so daß auch hier eine befriedigende Lösung der Aufgabe nicht
vorliegt.
Verfahren und Vorrichtung zum Überführen
radioaktiver Abfallstoffe in eine zur
Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form
radioaktiver Abfallstoffe in eine zur
Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form
Anmelder:
Gustav Boecker, Haan (RhId.), Mahnertmühle
Als Erfinder benannt:
Gustav Boecker, Haan (RhId.)
Gustav Boecker, Haan (RhId.)
Um die Nachteile der genannten Verfahren zu vermeiden und die radioaktiven Abfallstoffe in eine zur
Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form zu überführen, wobei die Abfallstoffe unter
Verwendung von exothermen Reaktionen erhitzt und in Formlinge übergeführt werden, wird gemäß der
Erfindung die Erhitzung der Abfallstoffe mit Hufe
ao einer aluminothermen Reaktion durchgeführt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es in wenigen Minuten abläuft, eine so hohe Hitze entwickelt,
daß dichte und feste schlackenartige Formlinge erzeugt werden, welche ihren Zusammenhang bei
mechanischen und physikalischen Beanspruchungen aller Art nicht aufgeben, daß ferner die für die
Durchführung des Verfahrens erforderlichen Hilfsmittel sehr einfacher Art sind und nur in einem geeigneten
Behälter mit Abbrandtopf bestehen und daß schließlich der Umwandlungsprozeß ohne besondere
Vorkehrungen, insbesondere ohne eine besondere Erhitzungsvorrichtung, in jedem kleinsten Laboratorium
durchgeführt werden kann.
Dem Verfahren liegt also die Ausnutzung der der
Dem Verfahren liegt also die Ausnutzung der der
Verbindung von Aluminium und anderen verwandten Stoffen, wie Magnesium mit Sauerstoff, eigentümlichen
Verbrennungswärme zugrunde. Solche aluminothermen Reaktionen tragen ausnahmslos einen exothermen
Charakter, wobei die gebundene Wärme in freie Wärme umgesetzt wird, und zwar zufolge der hohen
Verbrennungswärme des Aluminiums, die bei seiner Vereinigung mit Sauerstoff entsteht. Bei Magnesium
ist diese Verbrennungswärme noch höher. Aluminium und Magnesium sowie einige Legierungen dieser
Stoffe sind auch zufolge ihres hinreichend kleinen Absorptionswirkungsquerschnittes für thermische
Neutronen für das vorhegende Verfahren besonders gut geeignet. Es entsteht bei diesem Verbrennungsprozeß
genügend überschüssige Wärme, um seinen
sicheren Verlauf zu gewährleisten.
Zur Durchführung des Verfahrens wird die Aushöhlung einer in einem Abbrandtopf befindlichen Ein-
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bettungsmasse aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral mit einer Mischung aus Calciumphosphat
und radioaktiven Abfallstoffen ausgekleidet und in die Aushöhlung sodann ein Reaktionsgemisch aus Thermit
und radioaktiven Abfallstoffen gebracht und das Thermit unter Luftabschluß gezündet. In gewissen
Fällen kann es zweckmäßig sein, dem Gemisch zusätzlich feingekörntes Aluminium und/oder Magnesium
zuzusetzen.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäß der Zeichnung (Fig. 1 und 2) aus
einem doppelwandigen Behälter 1, bei welchem zwischen der Außenwandung 2 und der Innenwandung 3
Schwerspat (Baryt=Bariumsulfat BaSO4), und zwar
in Form des Roherzes eingebracht ist. Diese Schicht soll als Strahlenschutz während der Erwärmung der
Abfallstoffe dienen. Der genannte Stoff ist deshalb gewählt, weil der Absorptionswirkungsquerschnitt gegenüber
thermischen Neutronen besonders hoch liegt. Da der Reaktionsverlauf in zwei bis drei Minuten abgeschlossen
ist, ist es nicht notwendig, den Schutzmantel aus Schwerspat besonders stark auszuführen.
In dem inneren Reaktionsraum 4 des Behälters befindet sich der eigentliche Abbrandtopf 5, welcher
oben offen und mit zwei gegenüberliegenden Handgriffen 6 versehen ist. In diesen Abbrandtopf wird
nach Herausnahme aus dem Behälter mittels der Handgriffe 6 zunächst eine Einbettungsmasse 7 eingeführt,
die aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral besteht. Diese Einbettungsmasse wird in der
in der Zeichnung dargestellten Weise im mittleren Teil tief ausgehölt und in diese Vertiefung das obengenannte
Gemisch eingeführt, wobei es fest zusammengestampft oder anderweitig gepreßt wird, derart,
daß das Gemisch nach Möglichkeit von der Einbettungsmasse völlig umhüllt ist. Nach Wiedereinsetzen
des Abbrandtopfes in den Behälter wird der letztere durch Aufschrauben eines Deckels 8 abgedichtet und
verschlossen.
An dem oberen Ende des Behälters befindet sich ein Stutzen 9, an welchem ein U-Rohr 10 mit einer
Flüssigkeitssäule angeschlossen ist, um die bei dem Verbrennungsvorgang entstehenden Drücke beobachten
und andere Kontrollen des Reaktionsverlaufes vornehmen zu können. Sodann wird die Verbrennung
durch Fernzündung eingeleitet. Der Verlauf der Reaktion erfolgt nun nicht in der bei aluminothermen
Reaktionen bekannten stürmischen Weise, weil der miteingebrachte radioaktive Abfall als Fremdkörper
verzögernd wirkt.
Nach dem Erkalten des Reaktionsgutes wird der Abbrandtopf 5 aus dem Behälter 1 herausgenommen.
Falls erforderlich, kann durch eine Kühlvorrichtung, die außen am Behälter angebracht werden könnte,
die Abkühlung des Reaktionsgutes beschleunigt werden. Der Wassermantel dient dabei zur Kühlung und
zum Teil auch als Strahlungsschutz. Wasser hat zudem einen niedrigen Absorptionswirkungsquerschnitt,
dagegen einen hohen Streuquerschnitt, wodurch eine Neutronenabbremsung bewirkt wird.
Nach dem Erkalten der Masse ergibt sich ein fester Körper, in welchem sich die eingebrachten Abfallstoffe
in dem erschmolzenen Metallklumpen mit der Schlacke und Teile der Einbettungsmasse sowie Einsatzlagerungen
von Aluminium und Schlacke befinden. Es können sich auch günstige chemische Verbindungen
ergeben, z. B. bei der Mitverwendung von Calciumphosphat oder freiem Aluminium, welche
über die theoretisch erforderlichen Mengen hinaus zugegeben worden sind. Die Schlacke besteht vornehmlich
aus Aluminiumoxyd (Al2O3) und hat hohe
Bindefähigkeit.
Der erzeugte feste und wasserunlösliche Formling kann nun an einem geeigneten, bequem zugänglichen
Ort, gegebenenfalls unter Anbringung eines Strahlen-Schutzes nach außen, für eine etwaige spätere Verwertung
gelagert werden.
Claims (5)
1. Verfahren zum Überführen radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung
geeignete Form, bei dem die festen oder in feste Form übergeführten Abfallstoffe
unter Verwendung von exothermen Reaktionen erhitzt und in feste, dichte, wasserunlösliche
Formlinge übergeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Abfallstoffe
mit Hilfe einer aluminothermen Reaktion durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aushöhlung in einer Einbettungsmasse
aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral mit einer Mischung aus Calciumphosphat
und radioaktiven Abfallstoffen ausgekleidet und in die Aushöhlung sodann ein Reak-^
tionsgemisch aus Thermit und radioaktiven Abfallstoffen gebracht und das Thermit unter Luftabschluß
gezündet wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exotherme Reaktion
außer auf der Basis von Aluminium auch auf der Basis von Magnesium durchgeführt und der
eingesetzten Mischung ein Überschuß von feingekörntem Aluminium und/oder Magnesium zugesetzt
wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige radioaktive
Abfallstoffe zunächst eingedampft und aus den gasstaubförmigen Abfallstoffen die festen Bestandteile
niedergeschlagen und nach Beseitigung brennbarer Bestandteile dem Verfahren zugeführt
werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet
durch einen am oberen Ende luftdicht durch einen Deckel (8) verschließbaren Behälter (1),
dessen doppelte Ummantelung (2, 3) eine Schicht für den Strahlenschutz, insbesondere aus Schwerspat,
enthält und in dessen Reaktionsraum (4) ein herausnehmbarer Abbrandtopf (5) angeordnet
ist, der die Einbettungsmasse (7) enthält, in welche das Reaktionsgemisch, radioaktiver Abfall
— aluminothermer Verbrennungsstoff, eingefüllt werden kann.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 043 535, 642, 1053 686, 1071246, 1071861,
082 993, 1 088 624;
USA.-Patentschrift Nr. 2918 717; Thomas Jaeger, »Grundzüge der Strahlenschutztechnik«,
1960, S. 284.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 557/373 3.64 © Bundesdruckerei Berlin
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Publications (1)
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