DE1806954A1 - Verfahren zum Enthuelsen von mit einer Huelle aus rostfreien Staehlen,aus Nickel-Crom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Crom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen - Google Patents

Verfahren zum Enthuelsen von mit einer Huelle aus rostfreien Staehlen,aus Nickel-Crom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Crom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen

Info

Publication number
DE1806954A1
DE1806954A1 DE19681806954 DE1806954A DE1806954A1 DE 1806954 A1 DE1806954 A1 DE 1806954A1 DE 19681806954 DE19681806954 DE 19681806954 DE 1806954 A DE1806954 A DE 1806954A DE 1806954 A1 DE1806954 A1 DE 1806954A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solvent
nickel
metallic
chromium
crucible
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681806954
Other languages
English (en)
Inventor
Wurm Ing Dr Sc Joseph-Gerard
Maurice Payrissat
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
European Atomic Energy Community Euratom
Original Assignee
European Atomic Energy Community Euratom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by European Atomic Energy Community Euratom filed Critical European Atomic Energy Community Euratom
Publication of DE1806954A1 publication Critical patent/DE1806954A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/34—Apparatus or processes for dismantling nuclear fuel, e.g. before reprocessing ; Apparatus or processes for dismantling strings of spent fuel elements
    • G21C19/38—Chemical means only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

Verfahren zum Enthülsen von mit einer Hülle aus rostfreien Stählen, aus Nickel-Ghrom-Eisen-Legierungen und aus Niokel-Chrom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen
Die Erfindung betrifft ein neuartiges Verfahren zum Enthülsen von mit einer Hülle aus rostfreien Stählen, Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen und Nickel-Chrom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen·
Die bisher verwendeten Verfahren bedienen sich mechanischer Bearbeitungen, chemischer oder elektrochemischer Zersetzungen oder der Auflösung der Brennstoffelementhüllen mittels flüssiger Metalle»
Es können hier die Abhebe- oder Abzieh- oder Ablöseverfahren genannt werden. Dabei können verschiedene Techniken, wie beispielsweise das Ablöaen der Hülle ausgehend von einem Bin-
909828/11S6
sohnitt oder das Einführen eines Werkzeuges zwischen Brennstoff und Hülle ι zur Anwendung gebracht werden»
Weitere Verfahren sind das Schmelzen des Umhüllungsmaterials, sofern dieses einen niedrigeren Schmelzungspunkt als der Brennstoff hat, oder auch die Verdampfung (Sublimation) dieses Umhüllungsmaterials im Vakuum»
Sofern das Umhüllungsmaterial Magnesium (Mg) ist, kann das Enthülsen auch mittels Quecksilber bei Umgebungstemperatur erfolgen, wobei die Auflösung des Materials durch Verwendung von Ultraschall beschleunigt wird· Je nach Art der auf das Enthülsen folgenden chemischen Aufbereitung verwendet man auch, bevor man auf den wässrigen Weg übergeht, das "Zerhacken und Auslaugen" ("chop and leach")» Pur den trockenen Weg, insbesondere für die Verflüchtigung der Fluoride, yerwendet man die chemische Enthülsung mit Hilfe eines sauren Gasgemisches aus HP und Sauerstoff·
Die Enthülsung mittels wässriger Elektrolyse, doh· mittels anodischer Auflösung der Hülle, ist auch eine Möglichkeit»
Ganz besonders bei der Enthülsung der Brennstoffelemente von Heaktoren mit schnellen Neutronen ergeben sich neuartige Probleme»
-3-909826/1156
180695A
auch das mechanische Enthülsen für übliche Brennstoffe
zufriedenstellen mag, so ist dies jedoch bei schnellen Kernbrennstoffen nicht der Fall·
Die hohe Anzahl Spitzen pro Element, ihr kleiner Durchmesser, die hochgradige Aktivität und die freigesetzte Wärme, die unter Druck stehenden Spaltungsgase sowie gegebenenfalls das Vorhandensein von Natrium (entweder als Bindemittel - bonding im Inneren der Hülle oder als der Aussenseite des Elements anhaftende Substanz), öäsium und Jod lassen für den Bau einer mechanischen Enthülsungsmaschine enorme Komplikationen entstehen» Wenn zu diesem noch die Fernbedienung hinzukommt, gelangt man letzten Endes zu einer sehr komplizierten Maschine· Die wässrige elektrolytische Auflösung des rostfreien Stahls (in einem NO,H~Bad) erscheint aussichtsreich, jedoch müsste dabei das Natrium wegen der explosiven Reaktion zwischen Na und HNO, vorher beseitigt werden. Eine Möglichkeit" wäre zwar die Destillation des Natriums (Na) im Vakuum, jedoch macht dies eine sehr aufwendige Einrichtung erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit wäre die elektrolytische Auflösung des rostfreien Stahles in einem Bad aus sohmelzflüssigen Salzen· In diesem Falle wäre das Vorhandensein von Natrium (Na) nicht sehr hinderlich· Jedoch müsste das Bad dann ausser dem
-4-909826/1156
lösenden NaCl-KCl-SaIz Eisen-, Chrom- und Nickelsalze in einer bestimmten Proportion enthaltene Das chemische Enthülsen mit Hilfe von HF + Op ist auch nicht ohne Interesse, jedoch reagiert das Natrium (Na) heftig mit dem Fluor unter Bildung von nicht flüchtigem NaF, welches sich seinerseits mit dem PuF, verbindet zum Bilden eines nicht flüchtigen Doppelfluorsalzes, was zu Plutoniumverlusten führen kanno
* Ausserdem ist HF ein sehr teures Reaktionsmittel, und der Wärmeaustausch im Fliessbett ist schlechte Es wirft ausserdem ein Korrosionsproblem und ein Problem pulverförmiger radioaktiver Abfälle auf* Jedenfalls ist das chemische Enthülsen mit Hilfe von HF + Op nur als Hauptstufe eines Verfahrens mittels Verflüchtigung der Fluoride von Interesse. Als letztes sei das Enthülsen durch Auflösen in flüssigen Metallen genannt, das auf G-rund seiner einfachen Anwendung zahlreiche Vorteile hate Jedoch muss, damit dieses Verfahren wirtschaft-
) lieh sei, der Anteil der Menge des aufgelösten rostfreien Stahles im Verhältnis zur Menge des metallischen Lösungsmittels annähernd 0,5 betragen·
Die für die Hüllen der Brennstoffelemente von Kernreaktoren mit schnellen Neutronen vorgesehenen oder sich in der Entwicklung befindenden Umhüllungswerkstoffe sind folgende Legierungsarten: .
'-5-909826/1t6e
1) Yon der Norm AlSI 316 abgeleitete austenitische rostfreie Stähle (Auatenitstähle) mit einer ziemlich niedrigen Streckgrenze , einer mittleren Kriechfestigkeit und einer hohen Zieh- oder Streckbarkeit·
2) Mittels fester Lösung gehärtete Nickellegierungen nach Art von Hastalloy X, die widerstandsfähiger als die Stähle 316, jedoch etwas weniger zieh- oder streckbar sind»
3) Strukturell gehärtete Nickellegierungen nach Art von 80 Ni - 20 Cr, deren hohe mechanische Festigkeit die geringe Zieh- oder Streckbarkeit ausgleicht·
Die der Erfindung zugrundeliegende und zu lösende Aufgabe besteht also darin, ein metallisches Lösungsmittel (Lösungs— metall) zu finden, das bei einer vernünftigen Temperatur von 800° bis 900° C ein hohes Lösungsvermögen zum Auflösen von Hüllen aus den vorstehend aufgezählten Legierungen besitzt»
Dieses angestrebte metallische Lösungsmittel muss einer bestimmten Anzahl der nachstehend aufgezählten technisch-wirtschaftlichen Kriterien entsprechen!
- Auflösung der Umhüllungslegierung in dem metallischen Lösungsmittel bis zum Betrage von wenigstens 30 Gew.-^ oder mehr»
909826/1156
- Lösungstemperatur unter 1000° C aus praktischen Gründen für die Konstruktion des Ofens»
- Kurze Löaungszeit bei einem Minimum an Rührbewegungo. ·
- Selektive Auflösung der Hülle gegenüber dem Brennstoff (da ein Angriff oder eine Reaktion mit UO2 oder PuOp auf Grund der entstehenden Verluste nicht zulässig ist)»
- Möglichst niedriger Schmelzpunkt des metallischen Lösungs- * mittels, und zwar zur bequemen Abscheidung des Brennstoffs»
- Das metallische !lösungsmittel darf bei 1000° C keine flüchtigen Bestandteile enthalten»
- Hohe Fliessfähigkeit der als Lösungsmittel dienenden Legierung*
- Eine unter 8 liegende Dichte der als Lösungsmittel dienenden Legierung zum Ermöglichen einer guten Trennung des Brennstoffes, dessen Dichte im allgemeinen bei 10 liegt.
- Gegenüber atmosphärischer Korrosion und Meerwasser unempfindliohes metallisches Lösungsmittel» und zwar zur Erleiohterung der Lagerung der radioaktiven Abfälle*
- Vernünftiger, unter 1 f/kg liegender Preis der Bestandteile des metallischen Lösungamitteis»
Die Erfindung besteht aus einem Verfahren zum Enthülsen von mit Hüllen aus rostfreien Stählen, Nickel-Ghrom-Eisen-Ijegierungen und aus Hiokel-Ohrom-legierungen versehenen Brennstoffelementen, nach welchem die TJmiiüllungswerkstoff e mit
-7-909826/1166
einem sich in der Hauptsache aus Antimon und Kupfer zusammensetzenden schmelzflüssigen metallischen Lösungsmittel behandelt werden»
Die Erfindung besteht neben diesem Hauptgegenstand ausserdem aus bestimmten anderen Gegenständen, die vorzugsweise gleichzeitig angewendet werden und gesondert oder in jeder beliebigen technisch möglichen Kombination in Betracht kommen.
Das Verfahren wird bei Temperaturen von 750 bis 1000 C durchgeführt·
Das metallische Lösungsmittel setzt sich zu 95 bis 65 Gew»-$ aus Antimon und zu 5 bis 35 Gew*-$ aus Kupfer zusammen· Dem metallischen Lösungsmittel werden als Desoxydationsmittel und zum Erhöhen der Auflösungsgeschwindigkeit 2 bis 10 Gew»-$ Mangan zugesetzt. Das Bad aus schmelzflüssigem metallischem Lösungamittel wird mit einer Schicht aus schmelzflüssigen Salzen bedeckt, die sich aus einem Gemisch von Salzen zusammensetzt, das mindestens ein Halogenid (Chlorid) enthält, dessen freie BiIdungsenergie weit unter der fön NaOl oder CsCl liegt·
Man verwendet das Verfahren nach der Erfindung als Einleitungsstufe eines Verfahrens zur Aufbereitung von bestrahlten
-8-
909826/1156
schnellen Brennstoffen sowohl im trockenen als auch im wässrigen Wege Die Erfindung besteht neben dem Verfahren ausserdem aus einer Vorrichtung, die einen doppelten Graphittiegel umfasst, bei welchem der innere Graphittiegel bei einem Spielraum von einigen Millimetern zwischen den Wänden der Tiegel in dem äusseren Graphittiegel steckt und in einer genau bestimmten Höhe eine Verbindungsöffnung aufweist in der ' Weise, dass sich in beiden Tiegeln der (jeweilige) Pegelstand der als Lösungsmittel dienenden Legierung in gleicher Höhe einstellt, wobei der Innentiegel aus zwei Teilen besteht, von welchen das eine auf das andere so aufgeschraubt ist, dass das Gewinde des abnehmbaren Bodens unmittelbar unter der in der V/and des Innentiegels vorhandenen VerbindungÖffnung zu liegen kommt»
Nachstehend sind als nicht beschränkendes Beispiel einige ) !Durchführungsmöglichkeiten des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben:
Es werden Stücke aus rostfreiem Stahl, und zwar aus Austenitstahl NS 22 S (Zusammensetzung: C 0,025; Si 0,44; Mh 1,33; Ni 9,79; Or 18,14; Rest Eisen), in das sich aus Antimon und Kupfer mit oder ohne Zusatz von Mangan zusammensetzende metallische Lösungsmittel eingebracht und die in dem metallisohen Lösungsmittel unter inerter Atmosphäre aufge-
-9-909826/1156
löste Menge rostfreien Stahls bei Veränderung der Zusammensetzung des metallischen Lösungsmittels, der Temperatur und der Berührungsdauer zwischen dem rostfreien Stahl und dem
metallischen Lösungsmittel gemessen» Auf diese Weise erhält man die in der nachstehenden Tabelle I aufgeführten Ergebnisse»
TABELLE I.
Auflösung bei rostfreiem Stahl
metallisches
Lösungsmittel		 Temperatur
in 0C		 A.uf lösungs zeit
in Minuten		 Auflösung von
rostfreiem Stahl
in Gew.-°,Ό
Sb - 76,5 io 8500C 8 13,8
Ou - 23,5 io 18 20
36 30,7
64 31,7
Sb - 76,5 JA 90O0C 8 29,3
Ou - 23,5 i> 18 32,7
31 34,5
46 36,5
Sb - 76,5 io 10000C 2 16,8
Ou - 23,5 1> 6 30
14 38
24 40
Sb - 85 io 85O0C 4 8
Ou - 15 £ 8 21,8
20 28,2
30 30,2
60 33,6
909826/1156
-10-
~ 10 -
metallisches
Lösungsmittel		 Temperatur '
in 0C		 I Auflö sungszeit
in Minuten		 Auflösung von
rostfreiem Stahl
in Grewo-$
Sb - 85 io 9000C 2 17,2
Ou - 15 <f° 5 31
10 33,4
20 36,8
30 36,8
Sb - 85 1o 10000C 4 32,5
Ou - 15 °/o ■7 40,2
20 49
35 54,8
53 57,2
Sb - 90 °/o 8500C 4 20
Cu - 10 $> 8 29,8
14 32,4
18 38
24 38
Sb - 90 io 90O0C 2 26P2
Cu - 10 $ 6 37
10 42
18 42
Sb - 90 $ 1000eC 2 31,1
Ou - 10 $ 4 42,1
- 14 48 v 6
15 5696
22 60,6
32 61,4
-11-
909826/1156
metallisches
Lösungsmittel		 ■ Sb - 75,3 Temperatur
in 0C		 Auflösungsζeit
in Minuten		 1'Auflösung von
rostfreiem Stahl
in Gew.-?£
Sb - 95 Io Cu - 16,3 8500C 4 5,6
Cu- 5 1° Mn - 8,4 10 14,4
15 15,2
Sb - 75,3 25 27
Cu - 16,3 30 40
Sb Mn - 8,4 85O0C 4 18,4
12 23,2
Cu - 33 22 29,8
Al - 67 42 40,6
Zn 4 22
85O0C 9 24,4
19 24,8
49 26
2 21,7
90O0C 6 29,1
26 33,6
66 35,5
8500C 4 6
46 7
(Sättigung)
8000O sehr geringe
Auflösung;
starke Zink
verdampfung O
909826/1156
- 12 -
metallisches
Lösungsmittel		 Temperatur
in 0C		 Auflö sungs zei t
in Minuten		 Auflösung von I
rostfreiem Stahl]
in Gew.-$
Annähernde Ergebnisse für
reines Nickel
Sb - 95 io
Cu- 5 io 		8500C 24
Sättigung
Sb - 90 io
Cu- 5 io 		85O0O 32
Sättigung
Sb - 75,5
Ou - 23,5		 8 500C 48
Sättigung
Bemerkung: Auf Grund der experimentellen Schwierigkeiten beim genauen Messen der Temperatur des metallischen Lösungsmittels sind die Werte der Tabelle I als Durchschnittswerte verschiedener Versuche anzusehen, die eher eine Grössenordnung darstellen»
Zur Erörterung der erzielten Ergebnisse geht man von bis 3 aus, von welchen Pig» 1 den Einfluss des Kupferprozentsatzes bei 800° C auf die Auflösungsgeschwindigkeit und das Auflösungsvermögen des metallischen Lösungsmittels zeigt. Pig· 2 zeigt den Einfluss der Temperatur auf die Auflösungsgeschwindigkeit und das Auflösungsvermögen eines sich aus 76,5 G-ewo-^ Sb und 23,5 Gewo-76 Cu zusammensetzenden metallischen Lösungsmittels und Figo 3 zeigt den Einfluss der Tempe-
909826/1156
~ 13 -
ratur auf die Auflösungsseschwindigkeit und das Auflösungsvermögen eines si oh aus 75 »3 Gew<>-$ Sb, 16,2 Gew.-$ Gu und 8,4 G-ewβ-56 Mn zusammensetzenden metallischen Lösungsmittels
In Pigο 1a, 1b und 1o zeigen die Auflösungskurven für Auflösungsmittel unterschiedlicher Zusammensetzung, dass die beste Auflösungs leistung bei Sb - Ou 10 Gew.-ji erzielt wird mit einer 43$igen Auflösung nach 20 Minuten bereits bei 900°0. Wie aus der Tabelle I ersichtlich, sind dagegen Sb - Cu 5 Gew»-# und Sb allein eindeutig weniger zweckdienliche Es scheint, dass das Auflösungsoptimum bei 800 C zwischen TO und 15 Gew·-^ Kupfer liegt. Das metallische Lösungsmittel Sb - Ou 10 Gew»-?S ist ausserdem durch eine selbst nach der Sättigung sehr gute Fliessfähigkeit gekennzeichnet· Das Schwinden des Blocks (Gussblocks) ist bei Cu besser» Eine metallographische sowie eine Untersuchung mit Hilfe der Mikrosonde zeigt, dass die gesättigte Legierung verhältnismässig homogen ist· Selbst bei einer über 1000° C liegenden Auflösung findet bei Erkaltung keine Ausfällung des rostfreien Stahles statt» Ausserdem stellt man fest, dass das Kupfer uea· dazu dient, das Nickel lösungsfähig zu machen»
la, 1b und 1o zeigen, dass die AuflösungBgeachwindigkeit von rostfreiem Stahl weitgehend von der Temperatur abhängig
-H-909826/1156
ist» Bei 850° C ist die Steigung der Kurve noch schwach (Pig· 1a); ea werden fast 60 Minuten benötigt, um 32 Gew»-?£ aufzulösen» Jedoch ist bei 900 G die Auflösungskinetifc bereits annehmbare. Nach 50 Minuten Auflösung strebt die Kurve einer Sättigung bei 36 °fo zu» Bei 1000 C nähert sich die Steigung der Kurve der Senkrechten» Nach 8 Minuten wird bereite eine Auflösung von 34 Gew,-?£ erreicht» Nach 30 Minuten wird die Sättigung bei 41 Gew,-$ erreicht» Für diese flüssige Sb-Cu-Legierung mit 2315 Gew»-^ Ou wäre die Auflösungstemperatur von 900° 0 ein guter Kompromiss»
Fig· 1b und 1a zeigen eine ganz eindeutige Verbesserung der Auflösungskinetik als Funktion der zugesetzten Kupfermenge· Bei dem günstigeren Beispiel nach Fig» 1α lässt sich bei 900° C in 15 Minuten eine Auflösung von 42 G-ew»-?S und praktisch bei 1000° C in 20 Minuten von 60 G-ew»-$ erzielen· Fig· 2 ermöglicht einen Vergleich des Auflösungsvermögens von drei verschiedenen Zusammensetzungen des metallischen Lösungsmittels bei einer Temperatur von 900° 0» Diese drei Kurven sind jeweils den Fig» 1a, 1b und 1a für 900° C entnommen» In den Kurven naon Fig* 3 ist die Wirkung dargestellt, die eintritt, wenn dem aus-75*3 G©w„--$ Sb, 16,3 Gew Cu und 8,4 (jew*~$ Mn bestehenden metallischen Lösungsmittel Mangan zugesetzt wird» Der Zusatz von Mangan erhöht die Flieasfähigkeit des metallischen Lösungsmittels und seine
-15-909826/1156
Auflöaungsgeschwindigkeit zwischen 700 und 800° C und dient ausserdem als DesOxydationsmittel, welches den Angriff der Oberfläche des rostfreien Stahles erleichtert·
Ein metallisches Lösungsmittel mit der Zusammensetzung Ou 3Ί» Gew.-?S - Al 67 Gewo-$ ist bei 800° 0 nicht interessant· Bei ihm ist die Sättigung bereits bei 6 vß> rostfreien Stahl erreichte. Diese Lösung sowie auch die sich aus der ternären Legierung Al-Ou-Mn ergebende Lösung scheiden aus.
Die mit flüssigem Zink gemachte Erfahrung zeigt, dass die Auflösung von rostfreiem Stahl in ihm bei 750° 0 zu gering ist, um eine wirtschaftlich interessante Lösung darzustellen. Ausserdem stellt man bei dieser Temperatur bereits eine starke Yerdampfung von Zink fest, so dass man unter Druck arbeiten müsste»
Pur das gestellte Problem, und zwar für die Enthülsung von mit einer Hülle aus rostfreiem Stahl versehenen Brennstoffelementen, ist ein Lösungsmittel mit der Zusammensetzung Sb - du (10 bis 15 Gew.-^) bei einer Temperatur von etwa 850 - 900° ö am besten geeignet. Auf diese Weise gelangt man bei ständigem Umrühren in 15 bis 30 Minuten zu einem Auf lösungsanteil von 38 bis 43 Gew·-^· Mit anderen Arten von
-16-
909826/1156
~ 16 -
rostfreiem Stahl, deren Zusammensetzung nur wenig anders ist, werden entsprechende Ergebnisse erzielt»
Wenn die aufzulösenden Stähle viel Nickel enthalten oder wenn es sich um das Auflösen von Nickel-Chrom- oder Nickel-Chrom-Iisen-Legierungen (nach Art von Hastalloy) handelt, ist eine Erhöhung der Kupferkonzentration in dem metallischen Lösungs-" mittel vorteilhaft, so dass in diesem Falle das metallische Lösungsmittel Sb - Ou (23,5 bis 30 $ Cu) angezeigt wäre*
G-emäss Fig» 4 lässt sich das Verfahren zum Auflöeen von rostfreien Stählen als Einleitungsstufe eines Verfahrens zur Aufbereitung von schnellen Brennstoffen verwenden., Die Brennstoffelemente werden aus dem schnellen Reaktor entnommen und zu ihrer Abkühlung, beispielsweise für die Dauer von 100 !tagen, in Na gelagert, worauf man zu der Auflösung der Hülle aus ) rostfreiem Stahl mit Hilfe der von einem schmelzflussigen Salz bedeckten, als lösungsmittel dienenden Legierung übergeht, um die Halogenidausschlaokung ("halide slagging") des Natriummetalls mittels eines anderen, durch das Natriummetall zersetzbaren Halogenids, beispielsweise mittels Blei- oder Zinkohlorid, vorzugsweise eines Gemisches mit Kaliumchlorid, zu ermöglichen· Das betreffende Natriummetall ist im Betriebszustand des Reaktors im Inneren des Brennstoffelements als Wärmeträger enthalten, oder es haftet an der Aussenseite des
—17_ 909826/1156
~ 17 -
Elementao
Die sich auf dem metallischen Lösungsmittel befindende Schicht aus schmelzflüssigem Salz dient an der Oberfläche ausserdem als Schutzfluss und als Wärmeträger, um die aus der Hülle abgegebene Wärme aus dem metallischen Lösungsmittel abzuführeno Sie dient ausserdem zur Verschlackung des Natriums und zum Zurückhalten des Os und teilweise des in Form eines Jodids gebundenen Jods*
Nach der Auflösung des rostfreien Stahls der Hülle lässt man den Brennstoff sich absetzen und sondert dann das sohmelzflüssige Salz, das metallische Lösungsmittel mit dem aufgelösten Stahl und den festen Abfall ab, um den konzentrierten (von Spaltprodukten bereits etwas geiaLnigten), mit einer vernachlässigbaren Menge von metallischem Lösungsmittel vermischten Brennstoff zu erhalten, eine Masse, die unmittelbar in ein Nass- oder Trocken-Aufbereitungsverfahren, beispielsweise ein fluorierungs- oder pyrometallurgisches Verfahren, übernommen werden kann»
Bei einem als Prototyp anzusehenden Brennstoffelement mit einer Länge von etwa 250 cm hat die aufzulösende Menge rostfreien Stahls, einschliesslich der sechseckigen Hülle und der Stützroste, ein Gewicht von etwa 50 kg, d«h» ein Volumen von 6,5 Literο
-18-909826/1156
Zur Auflösung dieser Stahlmenge sind 150 kg metallisches Lösungsmittel mit einem Volumen von etwa 20 1 erforderlich» ÜFach dem Auf Io sungs Vorgang nimmt das gesamte metallische Lösungsmittel + Brennstoff + rostfreien Stahl ein Volumen von 30 1 ein»
Zum Ermöglichen einer guten Abklärung des enthülsten Brenn-" stoffs in dem metallischen Lösungsmittel ist die passendste geometrische Form des Ofens die eines länglichen Zylinders, dessen Innendurchmesser um einige Zentimeter grosser ist als der Durchmesser des in ihn einzubringenden Brennstoffelements» Das an dem Fernbedienungsmanipulator aufgehängte Brennstoffelement sollte allmählich in das metallische Lösungsmittel eingetaucht werden, indem es sich (mit einer Drehzahl von 60 Upm) um seine senkrechte Achse dreht»
) Diese allmähliche Auflösung ist einem^ollständigen Eintauchen des Elemente in das metallische Lösungsmittel, welches eine grössere Menge an Lösungsmittel erforderlich machen würde und aus diesem Grunde am Ende des Vorgangs mit rostfreien Stahl nicht gesättigt wäre, vorzuziehen, was überdies aus wirtschaftlichen Gründen vorteilhafter ist· Trotzdem ist eine Sättigung des metallischen Lösungsmittels mit rostfreiem Stahl über 40 GreWo-$ hinaus zwecks Erleichterung der Trennung des Lösungsmittels vom Brennstoff nicht zu empfehleno
-19-909828/1156
Zum Auflösen einer "bestimmten Menge rostfreien Stahls wird also die Menge metallischen Lösungsmittels so eingestellt, dasa die Konzentration von 40 Grew ο-^ nicht überschritten wird» Dies verhindert nicht, dass man zum Beschleunigen der Auflösung eine höhere Temperatur benutzt, die sogar bis zu 1000° G reichen kann, wenn sie auch zum Zeitpunkt der Trennung des Lösungsmittels von dem Brennstoff auf eine niedrigere Temperatur (850 - 900 0) gesenkt wird· Bei einer allmählichen Auflösung lässt sich das Verhältnis metallisches Lösungsmittel - rostfreier Stahl zum Erzielen einer fast vollständigen Sättigung leichter einstellen» Die gesättigte Legierung wird dann sofort als fester Abfall gelagert, der sich nach einer angemessenen Zerfallszeit regenerieren lässt» Die erfinäungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend "beschriebenen Verfahrens ist in Figo 5, 6 und 7 dargestellt ·
5 zeigt einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung, während Pig» 6 und 7 die Möglichkeiten zeigen, die der abnehmbare Boden der Vorrichtung bietet» Die Vorrichtung (Pig· 5) besteht sus einem doppelten Graphittiegel, dessen Innentiegel 1 bei einem Spielraum 3 von einigen Millimetern zwischen den Wänden der Tiegel, in dem Aussentiegel 2 steckt und in genau bestimmter Höhe eine Verbindungsöffnung 4 auiVeist in der Weise, dass sich in den beiden Tiegeln der
-20-909826/1156
(jeweilige) Pegelstand des metallischen Lösungsmittels in gleicher Höhe einstellt, wobei der Innentiegel aus zwei Teilen besteht, von welchen das obere Teil 5 auf das untere Teil 6 30 aufgeschraubt ist, dass das Gewinde 7 des abnehmbaren Bodens (oder des unteren Teiles) 6 unmittelbar unter der in der Wand des Innentiegels 1 vorhandenen Verbindung söffnung 4 zu liegen kommt»
Die aus den beiden Tiegeln 1 und 2 bestehende Einheit ruht in einem Ofen 8, der ein Widerstands- oder ein Induktionsofen sein kann»
Bei ihrem Betrieb enthält die "Vorrichtung das von einer Schicht aus schmelzflüssigem Salz 10 bedeckte metallische Lösungsmittel 9, wobei das zu enthülsende Brennstoffelement 11 von oben in das Lösungsmittel eingetaucht und dabei die Hülle 12 aufgelöst wird, so üsss der Brennstoff 13 frei wird und sich am Boden 14 des Tiegels 2 ansammelt·
Nach Beendigung des Auflösungsvorgänge wird der Innentiegel 1 langsam herausgezogen, wobei die Schicht aus schmelzflüssigem Salz und das über dem abgesetzten Brennstoff schwimmende metalliscfie Lösungsmittel über die Verbindungsöffnung 4 in den Aussentiegel 2 gelangen.» Danach besteht der in Figo 6 veranschaulichte Zustand, in welchem nur der abnehmbare Boden 6 mit Brennstoff 14 gefüllt ist» Nunmehr wird der obere
909826/1156
Teil 5 von dem abnehmbaren Boden 6 abgeschraubt, worauf man den Boden 6 mit Inhalt erkalten lässt» Danach wird der abnehmbare Boden 6, wie in Fig» 7 gezeigt, mit einem !Deckel 15 verschlossene
Der so auf ein Mindestvolumen konzentrierte Brennstoff wird, so wie er ist, in seiner Graphitverpackung zu der Aufbereitungsstelle befördert» Bs sei bemerkt, dass, wenn die Trennung von metallischem Lösungsmittel und Brennstoff nebst Salz nicht vollständig ist, dies gewollt ist»
Es ist vorzuziehen, die vollständige Pilterung unmittelbar vor der Aufbereitung itn Werk durchzuführen.
Der enthülste und konzentrierte Brennstoff macht nämUoh auf jeden Fall während seines Transportes eine Kühlung notwendig· Auf diese Weise hat das dabei den Brennstoff begleitende metallische Lösungsmittel die Aufgabe eines Wärmeträgers, und es begünstigt die Abführung der in dem Transportbehälter vorhandenen Wärme» Das in dem Aussentiegel zurückgebliebene metallische Lösungsmittel wird schliesäLich zu Brammen gegossen, worauf es als fester Abfall mit geringer Radioaktivität gelagert wird» Nach einigen Jahren der Entaktivierung kann das Antimon durch einfache Destillation wiedergewonnen werden· Die das metallische Lösungsmittel bedeckende Schicht
-22-909826/1156
aus schmelzflüssigem Salz kann mehrmals verwendet werden» Sie wird schliesslich naoh Sättigung mit Ha, Os, I als fester Abfall ausgeschieden»
Das Vorstehende bezieht sich insbesondere auf einen Keramikbrennstoff von hoher Dichte» der sich in dem metallischen Lösungsmittel einwandfrei absetzte
Sofern daa Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung zur Behandlung eines· Keramikbrennstofi3 von geringerer Dichte verwendet werden sollen, bei welchem die Sediment at i on sbe dingung en nicht erfüllt sind, doho bei welchem sich in dem metallischen Lösungsmittel effektiv eine Suspension des Brennstoffs bildet, verwendet man die Vorrichtung wie beschrieben, jedoch ohne Verbindungsöffnung in dem Innentiegel, wobei nach beendeter Enthülsung mit Hilfe eines (an seinem unteren Ende mit einer Mit ereinrichtung versehe-' nen) Saugrohrs (aus Graphit), fast das gesamte Metall und ein guter Teil des darüber schwimmenden Salzes abgeführt werden»
Der Absaugvorgang wird unterbrochen, sobald der Pegelstand des Salzes bis unterhalb des das Auseinandernehmen der beiden Teile des Innentiegels ermöglichenden Sewindeabschnitts abgesunken ist» Auf diese Weise ist das Brennstoffmaterial von dem Salzbad umgeben, welches während, des Transportes als Wärmeträger dient»
-23-909826/1156
Die Vorteile der vorgeschlagenen Lösungen, d«h» des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung, lassen sich wie folgt
zusammenfassen:
Das Verfahren kann bei einer wenig Raum beanspruchenden Ausrüstung unmittelbar neben einem Reaktor durchgeführt werden»
Der Auflösungsproζentsatζ an rostfreiem Stahl ist äusserst günstig, was auch die Kosten beeinflusst· Die flüchtigen Spaltprodukte, das als Wärmeträger dienende Natrium und ein Teil des Os und das Jod werden beseitigt, wobei bei der gleichen Gelegenheit der Brennstoff in seiner Graphitverpackung auf ein Mindestvolumen konzentriert wirdo Die Herstellung der Transportbehälter wird also erheblich vereinfacht, so dass folglich die Transportkosten gesenkt werden· Bin Transport von von gasförmigen Spaltprodukten weitgehend freiem Brennstoff entspricht mehr den Sicherheitsbestimmungen· Auch die Auflösung des Brennstoffs in dem Aufbereitungswerk wird erheblich vereinfacht»
Pat entansprüoh et
-24-909826/1156

Claims (1)

  1. ~ 24 -
    Pat ent ansprüche ι
    - 1. Verfahren zum Enthülsen von mit einer Hülle aus rostfreien Stählen, aus -Nickel-Chrom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Chrom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungswerkstoffe mit Hilfe eines sich im wesentlichen aus " Antimon und Kupfer zusammensetzenden schmelzflüssigen
    metallischen !Lösungsmittels aufgelöst werden«,
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es bei Temperaturen von 700° bis 1000° C durchgeführt wird·
    Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass sich das metallische Lösungsmittel aus 95 bis 65 Gew< >-?5 Antimon und 5 bis 35 Gew.-$ Kupfer zusammensetzt·
    4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem metallischen Lösungsmittel zur Steigerung der Auflösungsgeschwindigkeit im unteren Teil des genannten Temperaturbereichs 2 bis 8 Grewe-$ Mangan zugesetzt werden»
    5· Verfahren nach Anspruch 1 in Kombination· mit einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
    -25-909826/1156
    dass das Bad aus schmelzflüssigem metallischem Lösungsmittel mit einer Schicht aus schmelzflüssigen Salzen bedeckt wird, wobei die Verbindung mindestens ein Halogenid enthält, dessen freie Bildungsenergie weit unter der von NaOl oder von CsGl liegt·
    6β Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als Universal-Einleitungsstufe eines Trocken- oder Nass-Aufbeieitungsverfahrens für bestrahlte schnelle Brennstoffe verwendet wird»
    7ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruoh 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen doppelten G-raphittiegel enthält, bei welchem der innere Graphittiegel (1) bei einem Spielraum (3) von einigen Millimetern zwischen den Wänden der Tiegel in dem Auasentiegel (2) steckt und in einer genau bestimmten Höhe eine Verbindungsöffnung (4) aufweist in der Weise, dass sich in den beiden Tiegeln der jeweilige Pegelstand der als Lösungsmittel dienenden legierung in gleicher Höhe einstellt, wobei der Innentiegel aus zwei Teilen besteht, von welchen das eine (5) auf das andere (6) so aufgeschraubt ist, dass das Gewinde (7) des abnehmbaren Bodens (6) unmittelbar unter der in der Wand des Innentiegels vorhandenen Yerbindungsöffnung (4) zu liegen kommt»
    909826/115G
    Leerseite
DE19681806954 1967-10-31 1968-10-31 Verfahren zum Enthuelsen von mit einer Huelle aus rostfreien Staehlen,aus Nickel-Crom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Crom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen Pending DE1806954A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE50315 1967-10-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE1806954A1 true DE1806954A1 (de) 1969-06-26

Family

ID=3840796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19681806954 Pending DE1806954A1 (de) 1967-10-31 1968-10-31 Verfahren zum Enthuelsen von mit einer Huelle aus rostfreien Staehlen,aus Nickel-Crom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Crom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen

Country Status (8)

Country Link
US (1) US3666425A (de)
BE (1) BE705939A (de)
DE (1) DE1806954A1 (de)
FR (1) FR1591215A (de)
GB (1) GB1203819A (de)
LU (1) LU57146A1 (de)
NL (1) NL6815545A (de)
SE (1) SE331139B (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2820060A1 (de) * 1977-05-11 1978-12-07 Atomic Energy Authority Uk Verfahren zur rueckgewinnung von nuklearem brennstoff

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4063962A (en) * 1976-04-07 1977-12-20 General Atomic Company Method and apparatus for cleaning nuclear fuel elements

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2820060A1 (de) * 1977-05-11 1978-12-07 Atomic Energy Authority Uk Verfahren zur rueckgewinnung von nuklearem brennstoff

Also Published As

Publication number Publication date
US3666425A (en) 1972-05-30
GB1203819A (en) 1970-09-03
BE705939A (de) 1968-04-30
SE331139B (de) 1970-12-14
FR1591215A (de) 1970-04-27
NL6815545A (de) 1969-05-02
LU57146A1 (de) 1969-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1912887C3 (de) Verfahren zur Entfernung von mindestens einem Teil von Verunreinigungen aus geschmolzenen metallischen Aluminiummaterialien
DE2643075A1 (de) Flussmittel und verfahren zur entfernung von alkali- und erdalkalimetallen aus aluminium und seinen legierungen
DE2034385C3 (de) Verfahren zur Gewinnung von schwerschmelzbaren Metallen in kompakter Form aus deren Oxiden
DE1941760A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zusetzen von Additiven zu einer Schmelze
DE2200490C3 (de) Verfahren zum Abschrecken bzw. Abkühlen von Kratze
DE1294576B (de) Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Kernreaktorabfaellen
CH682023A5 (de)
DE2713639A1 (de) Verfahren zum schmelzen von kupferlegierungen
DE1806954A1 (de) Verfahren zum Enthuelsen von mit einer Huelle aus rostfreien Staehlen,aus Nickel-Crom-Eisen-Legierungen und aus Nickel-Crom-Legierungen versehenen Kernbrennstoffelementen
CH632296A5 (de) Mittel zur behandlung von eisen in fluessigem zustand sowie verwendung des mittels.
DE2821353A1 (de) Flussmittel zum sekundaeren verhuetten von aluminium
DE2024351A1 (de) Bleilegierung zur Verwendung in Sammler battenen
DE2524169A1 (de) Hochradioaktiven abfall enthaltende koerper und verfahren zu ihrer herstellung
DE1159920B (de) Verfahren zur Trennung von Uranoxyden von den Oxyden des Thoriums und bzw. oder des Plutoniums
DE1467322B2 (de) Verfahren zur wiederaufbereitung von oxydischen kernreaktorbrennstoffen
DE2613537A1 (de) Verfahren zur konditionierung von metallischen, aus zirkonium oder zirkoniumlegierungen bestehenden huelsenabfaellen aus der aufarbeitung bestrahlter kernreaktor-brennelemente zur umweltschuetzenden endlagerung
DE2551524A1 (de) Verfahren zur behandlung von aluminiumhaltigem material
DE846308C (de) Salzgemisch zur Einfuehrung von Zirkon in Magnesiumlegierungen
DE2055446A1 (de) Verfahren zur Herstellung von PIu tomum
DE1508270B1 (de) Verfahren zur Herstellung von Ferrotitan-Legierungen
DE1533134B2 (de) Verfahren zur Abtrennung von Polonium aus Vismut
DE2460003A1 (de) Verfahren zum veraendern der physischen eigenschaften und/oder der chemischen zusammensetzung einer metallegierung
DE2141210C3 (de) Verfahren zum Abscheiden von Tellur bei der Raffination von Blei
DE2919353C2 (de) Verwendung eines Natriumschlamms als Reduktionsmittel bei der Gewinnung von Blei
DE2225763A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Metallen in massiver Form aus den Oxiden