DE19517415A1 - Low cost neutron shield mfd. from electroplated steel sheet - Google Patents

Low cost neutron shield mfd. from electroplated steel sheet

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Abstract

The shielding device has a metal structure which is coated, on the side adjacent to the radioactive material, with an electrolytically deposited layer which contains at least one neutron-absorbing element. Also claimed is an appts. for the mfr. of the shielding devices, where the electroplating bath is basically cylindrical; has fixed anodes; electrical switching; can be filled and emptied through a system of pipes; and has a lifting device for handling the workpiece.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Abschirmelementen zur Absorption der genannten Neutronen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Herstellungsverfahrens.The invention relates to a method for absorbing the nuclear reaction neutrons generated from radioactive materials. Furthermore, the Invention a method for producing shielding elements for Absorption of said neutrons and a device for Implementation of the manufacturing process.

Für die Behandlung der insbesondere aus dem Gebiet der Kernreaktortechnik stammenden radioaktiven Materialien werden je nach Aufgabenstellung, Material und Zustand unterschiedliche Verfahren eingesetzt. Beispielsweise werden Brennstäbe zum Wechsel und/oder zur Überprüfung in Abklingbecken zur Vermeidung von weiteren Kernreaktionen durch die zwangsläufig abgestrahlten Neutronen voneinander abgeschirmt, indem jeder einzelne Brennstab von einem Rohr umgeben wird. Bei diesen Rohren handelt es sich um Rohre aus sogenanntem Borstahl, einem Edelstahl mit einem Boranteil von 2 bis 3%. Abgesehen von dem erforderlichen Herstellungsaufwand sind diese Rohre überaus kostenintensiv und der Wirkungsgrad ist wegen des beschränkten Boranteils begrenzt. Bei dem Versuch, den Boranteil zu erhöhen, wurde die Abscheidung einer Bor-Nickel-Legierung überprüft. Der Boranteil kann zwar auf bis zu 8% erhöht werden, jedoch erhöhen sich auch die Kosten etwa um den Faktor 10, so daß ein wirtschaftlicher Einsatz derartiger Rohre nicht in Frage kommen kann.For the treatment of, in particular from the field of nuclear reactor technology originating radioactive materials are, depending on the task, Different methods and materials used. For example become fuel rods for changing and / or checking in cooldowns to avoid further nuclear reactions by the inevitable radiated neutrons shielded from each other by each Fuel rod is surrounded by a tube. These pipes are around pipes made of so-called boron steel, a stainless steel with a boron content of 2 to 3%. Apart from the manufacturing effort required, these are Pipes are extremely expensive and the efficiency is due to the limited boron content limited. When trying to increase the boron content, the deposition of a boron-nickel alloy was checked. The boron content can be increased up to 8%, but the Costs about a factor of 10, so that such an economic use Pipes cannot be considered.

Für andere Aufgaben, beispielsweise den Transport und/oder die Lagerung radioaktiver Materialien, werden Verfahren eingesetzt bei welchen auf den metallischen Oberflächen von Behältern Nickelschichten abgeschieden werden.For other tasks, such as transport and / or storage radioactive materials, processes are used in which the  metallic surfaces deposited from containers of nickel layers will.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehender Neutronen anzugeben, welches mit möglichst geringem wirtschaftlichen Aufwand effektiv einsetzbar ist. Darüber hinaus sollen mit der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbaren Metallelementen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben werden.Based on this prior art, the present invention Task based on a method for the absorption of the Specify the nuclear reaction of radioactive materials from the resulting neutrons which can be used effectively with the least possible economic outlay is. In addition, a method for the production of metal elements which can be used for the method according to the invention and a device for performing the method can be specified.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen vorgeschlagen, wobei diese Materialien in mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehene Metallelemente eingehüllt werden.For the technical solution to this problem, a method for Absorption of the nuclear radioactive materials Neutrons suggested these materials in with cadmium Contained coatings coated metal elements are encased.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung werden Metallelemente verwendet, die mit einer Cadmium enthaltenen Beschichtung versehen sind, also entweder mit reinem Cadmium oder mit Cadmiumlegierungen.The design according to the invention makes metal elements used, which are provided with a coating containing cadmium, either with pure cadmium or with cadmium alloys.

In vorteilhafter Weise werden als Metallelemente Stahlbauteile verwendet. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren genügt es hier, wenn ganz normale Stähle verwendet werden, so daß es bereits hier zu einer Kostenreduktion kommt. Darüber hinaus ist Cadmium ein vergleichsweise kostengünstiger Werkstoff und es genügen bereits dünne Cadmiumschichten, um eine gute Absorption der Neutronen zu erzielen.Steel components are advantageously used as metal elements. in the In contrast to known processes, it is sufficient here if completely normal steels be used, so that there is already a cost reduction here. In addition, cadmium is a comparatively inexpensive material and thin layers of cadmium are already sufficient for good absorption of neutrons.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß, sofern die radioaktiven Materialien Brennstäbe sind, diese in mit Cadmiumbeschichtungen versehene Stahlrohre eingehüllt werden.It is advantageously proposed that, provided that the radioactive materials Fuel rods are in steel tubes with cadmium coatings be enveloped.

Das angegebene Verfahren ist überaus wirksam und kostengünstig.The specified method is extremely effective and inexpensive.

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelementen für die Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen vorgeschlagen, wobei ein metallischer Grundkörper elektrolytisch mit einer Cadmium enthaltenen Beschichtung versehen wird.According to the invention a method for the production of cadmium Contained coatings provided metal elements for absorption the neutrons generated during the nuclear reaction of radioactive materials  proposed, a metallic base body electrolytically with a Cadmium-containing coating is provided.

Derartige Elektrolysevorgänge können in einem sauren oder in einem zyanidischen Bad durchgeführt werden, wobei ein saures Bad, insbesondere unter Verwendung von Sulfat, bevorzugt wird.Such electrolysis processes can be carried out in an acidic or in a cyanidic baths are performed, taking an acid bath, in particular using sulfate is preferred.

Mit Vorteil werden neben Cadmiumanoden auch Inertanoden verwendet, die durch bedarfsweise einsetzbare Hilfsanoden ergänzt werden können. Erfindungsgemäß wird metallisches Cadmium elektrolytisch abgeschieden, wobei gemäß einem Vorschlag der Erfindung eine Cadmiumlegierung gebildet werden kann. So kann beispielsweise zusätzlich eine Chromatierung oder Passivierung vorgesehen werden. In vorteilhafter Weise wird das Verfahren vollautomatisch durchgeführt. Die Verwendung von Cadmium war aus gesundheitlichen und umwelttechnischen Gründen lange Zeit nicht zulässig und läßt sich auch jetzt nur unter Beachtung intensiver Sicherheitsbestimmungen einsetzen. Die Durchführung des vollautomatischen Verfahrens gewährleistet die Vermeidung von entsprechenden Gefahren.In addition to cadmium anodes, inert anodes are also advantageously used can be supplemented by auxiliary anodes which can be used as required. According to the invention, metallic cadmium is deposited electrolytically, a cadmium alloy being formed according to a proposal of the invention can be. For example, chromating or Passivation should be provided. The method is advantageous carried out fully automatically. The use of cadmium was over for a long time not permitted for health and environmental reasons and can only be intensified even now Use safety regulations. Implementation of the fully automatic Process ensures the avoidance of corresponding dangers.

Mit der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die im wesentlichen eine zylindrische Wanne umfaßt, in welcher die Anoden stationär angeordnet sind, welche mit einer elektrischen Beschaltung versehen und einerseits durch eine Hebeanlage, andererseits durch ein Rohrsystem befüllbar und entleerbar ist.With the invention, a device is proposed which essentially comprises a cylindrical trough in which the anodes are arranged in a stationary manner are, which are provided with an electrical circuit and on the one hand by a lifting system, on the other hand, can be filled and emptied through a pipe system is.

Die Anforderungen an die zu bildenden Beschichtungen sind sehr unterschiedlich und umfassend. Die verwendeten metallischen Abschirmelemente müssen als Strahlenbremse wirken, müssen korrosionsbeständig sein, da beispielsweise die im Abklingbecken enthaltenen Flüssigkeiten sauer sind, und müssen eine ausreichende mechanische Härte aufweisen, so daß eine geringfügige mechanische Belastung, beispielsweise ein Anstoßen und dergleichen, nicht zu einer Zerstörung der Schicht führt. Die Korrosionsbeständigkeit wird durch eine absolut porendichte und rißfreie Schicht gewährleistet. Darüber hinaus muß eine gute Haftung durch eine metallische, das heißt atomare Bindung gewährleistet sein. The requirements for the coatings to be formed are very high different and comprehensive. The metallic used Shielding elements must act as a radiation brake be corrosion-resistant, since, for example, those contained in the decay tank Liquids are acidic and have sufficient mechanical hardness have so that a slight mechanical load, for example bumping and the like does not result in destruction of the layer. The Corrosion resistance is ensured by an absolutely pore-tight and crack-free Layer guaranteed. In addition, good liability must be guaranteed by a metallic, that is, atomic bond.  

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich beispielsweise auf Stahlrohren aus normalem Stahl auf der Innen- und Außenseite Cadmium enthaltene Schichten mit einer Dicke von größer 30 µm ausbilden. Herkömmliche Schichtdicken von 8 bis 12 µm wurden in anderen technischen Gebieten zur Ausnutzung der positiven Gleiteigenschaften von Cadmium ausgebildet. Theoretisch ergibt sich eine Schichtdickenobergrenze von etwa 100 µm.With the inventive method and the inventive Device can be placed on steel pipes made of normal steel, for example layers of cadmium on the inside and outside with a thickness of train larger than 30 µm. Conventional layer thicknesses from 8 to 12 µm have been used in other technical areas to take advantage of the positive Sliding properties of cadmium formed. Theoretically there is one Upper layer thickness limit of about 100 µm.

In der vollautomatischen Anlage wird als Becken eine vorzugsweise zylindrische Wanne verwendet, in welcher die Hauptanoden ortsfest positioniert sind. Dies dient der Vermeidung von Umweltbelastungen durch ein Verfahren der Anoden. Nach dem Einsetzen des metallischen Elements, beispielsweise einem Stahlrohr von 5 m Länge und 300 mm Durchmesser bzw. Kantenläge, da rechteckige Rohre bevorzugt werden, kann das Elektrolyt eingelassen und durch eine entsprechende elektrische Beschaltung die Elektrolyse durchgeführt werden. Alle sonstigen erforderlichen Vorgänge wie Temperieren der Werkstücke und ggf. des Beckens, Vorbereiten der Oberflächen, Spülen und dergleichen werden in der aus dem Stand der Technik an sich bekannten Weise durchgeführt. Nach erfolgter Elektrolyse werden der Elektrolyt und ggf. weitere einzusetzende Flüssigkeiten abgepumpt. Unter Umständen erforderliche Hilfsanoden werden am Werkstück angeordnet.In the fully automatic system, one is preferred as a pool cylindrical trough used in which the main anodes are stationary are positioned. This serves to avoid environmental pollution from a Method of anodes. After inserting the metallic element, for example a steel tube 5 m long and 300 mm in diameter or edge length, since rectangular tubes are preferred, the electrolyte let in and through an appropriate electrical circuit Electrolysis can be carried out. All other necessary operations such as Tempering the workpieces and possibly the pool, preparing the Surfaces, sinks and the like are known from the prior art Technology carried out in a manner known per se. After electrolysis become the electrolyte and any other liquids to be used pumped out. Auxiliary anodes that may be required are attached to the workpiece arranged.

Mit der Erfindung wird ein gegenüber herkömmlichen bekannten Verfahren überaus kostengünstiges und überaus wirksames Verfahren zur Neutronenabsorption vorgeschlagen, wobei neben den wirtschaftlichen Vorteilen der Verwendung normaler Stähle, der Ausbildung dünner Schichten und kostengünstiger Materialien auch der besondere Vorteil der vielseitigen Einsatzmöglichkeiten der metallischen Einhüllelemente erzielt wird.With the invention is a compared to conventional known methods extremely inexpensive and extremely effective process for Neutron absorption is proposed, besides being economical Advantages of using normal steels, the formation of thin layers and inexpensive materials also the special advantage of the versatile Possible uses of the metallic enveloping elements is achieved.

Claims (12)

1. Verfahren zur Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, dadurch gekennzeichnet, daß diese Materialien in mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehene Metallelemente eingehüllt werden.1. A method for absorbing the neutrons formed in the nuclear reaction of radioactive materials, characterized in that these materials are encased in metal elements provided with coatings containing cadmium. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallelemente Stahlelemente verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that as Metal elements steel elements are used. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die radioaktiven Materialien Brennstäbe sind, dadurch gekennzeichnet, daß als mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelemente Stahlrohre verwendet werden.3. The method of claim 1, wherein the radioactive materials Fuel rods are characterized in that as with cadmium Contained coatings provided metal elements steel pipes be used. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlrohre mit einem eckigen Querschnitt verwendet werden.4. The method according to claim 3, characterized in that steel pipes with an angular cross-section can be used. 5. Verfahren zur Herstellung von mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelementen für die Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen, wobei auf den Metallelementen die Cadmiumbeschichtung elektrolytisch ausgebildet wird.5. Process for the production of coatings containing cadmium provided metal elements for the absorption of the nuclear reaction radioactive materials emerging neutrons, with the Metal elements, the cadmium coating electrolytically formed becomes. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse in einem sauren Bad durchgeführt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the electrolysis is carried out in an acid bath. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse in einem Sulfatbad erfolgt.7. The method according to claim 6, characterized in that the electrolysis in a sulfate bath. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Elektrolyse Cadmium und/oder Inertanoden verwendet werden.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that that used in the electrolysis cadmium and / or inert anodes will. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Elektrolyse Hilfsanoden verwendet werden. 9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized in that auxiliary anodes are used in the electrolysis.   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß elektrolytisch eine Cadmiumlegierung gebildet wird.10. The method according to any one of claims 5 to 9, characterized in that a cadmium alloy is formed electrolytically. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Beschichtung vollautomatisch durchgeführt wird.11. The method according to any one of claims 5 to 10, characterized in that the electrolytic coating is carried out fully automatically. 12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von mit Cadmium enthaltenen Beschichtungen versehenen Metallelementen für die Absorption der bei der Kernreaktion radioaktiver Materialien entstehenden Neutronen nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolysebecken eine im wesentlichen zylindrische Wanne ist, die mit ortsfest angeordneten Anoden bestückt und mit einer elektrischen Beschaltung versehen ist und die über ein Rohrleitungssystem befüllbar bzw. entleerbar ist und in die mittels einer Hebeanlage die Werkstücke einbringbar sind.12. Device for carrying out a method for the production of Cadmium-containing coatings for metal elements the absorption of radioactive materials in the nuclear reaction emerging neutrons according to one of claims 5 to 11, characterized characterized in that the electrolysis pool is essentially one is cylindrical tub, which is equipped with fixed anodes and is provided with an electrical circuit and the one Pipe system can be filled or emptied and into which by means of a Lifting system the workpieces can be inserted.
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