DE2216104B2

DE2216104B2 - Verfahren zur Verzögerung radioaktiver Stickstoff- und Sauerstoffisotope in einem Abgasstrom

Info

Publication number: DE2216104B2
Application number: DE2216104A
Authority: DE
Inventors: Horst 6451 Hochstadt Queiser; Hans-Juergen Dipl.-Phys. Dr. 4300 Essen Schroeter; Horst 6200 Wiesbaden Schwarz
Original assignee: Bergwerksverband GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH; Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1972-04-01
Filing date: 1972-04-01
Publication date: 1975-02-20
Also published as: IT981573B; AT340011B; ES413117A1; FR2178981B1; ATA216173A; FR2178981A1; BE797573A; DE2216104A1; CH556190A; NL7304094A; GB1428195A; SE403673B; US3871841A

Description

sorptiven Verzögeningsstrecke vorgeschaltete Rohrleitungssystem zu eliminieren und die mechanische Verzögerungsstrecke in die adsorptive Verzögerungsstrecke hineinzuverlegen. Die Elimination des vorgeschalteten Rohrleitungssystems führt dabei gemäß dem älteren Vorschlag zu einer bestimmten konstruktiven Gestaltung der adsorptiven Verzögerungsstrecke.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verzögerung radioaktiver Stickstoff- und Sauerstoffisotope in einem Abgasstrom anzugeben, das mit einem sehr geringen Aufwand auszuführen ist.

Überraschend wurde gefunden, daß die Stickstoff- und Sauerstoffisotope trotz Anwesenheit der Trägerluft an Aktivkohle adsorbiert werden und somit verzögert durch eine Aktivkohleschüttung strömen, so daß ihre Verweilzeiten in der Schüttung größer sind als die Zeiten, die sich aus der reinen mechanischen Durchströmung des Lückenvolumens berechnen.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Verzögerung radioaktiver Stickstoff- und Sauerstoffisotope in einem Abgasstrom und besteht darin, daß die Verzögerung adsorptiv mit Aktivkohle in einer Menge, die sich nach der Formel

KE

errechnet, wobei t_v die Verweilzeit in Minuten, E die Aktivkohlemenge in Gramm, ν der Gasdurchsatz in cm^s/min und K der dynamische Adsorptionskoeffizient in emtyg ist, erfolgt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann mit Vorteil auf großvolumige mechanische Abklingeinheiten verzichtet werden. Es tritt zwar bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf Grund des Lückenvo-S lumens der Aktivkohleschüttung auch eine zusätzliche mechanische Durchlaufverzögerung ein, jedoch überwiegt überraschenderweise, der Effekt der Adsorption bei weitem, so daß die mechanische Durchlaufverzögerung praktisch außer acht gelassen werden kann. Zweckmäßig werden die Aktivkohlekolonnen, die in bekannter Weise zur Edelgasverzögerung dienen, gleichzeitig auch zur Verzögerung und damit zum Abklingen der radioaktiven Stickstoff- und Sauerstoffisotope, also der Aktivierungsgase, verwendet.

Folgendes Zahlenbeispiel soll die durch die Erfindung erzielten Vorteile unterstreichen. Für Stickstoff- und Sauerstoffisotope wird eine Verweilzeit f_v von mindestens 2 Stunden vor Abgabe an die Umso weit verlangt. Bei einer Abluftmenge von etwa 30 m^s pro Stunde wird auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Aktivkohlemenge von etwa 6,75 t bzw. über das Schüttgewicht der Aktivkohle etwa 0,51 pro m^s, ein Volumen von 13,5 m^s benötigt; der as Faktor K, den man in Analogie zur Edelgasverzögerung den dynamischen Adsorptionskoeffizienten nennt, beträgt für Stickstoff 9,4 cnWg und für Sauerstoff 8,9 cm»/g.

Leitet man die Abluft zum Abklingen der radioaktiven Stickstoff- und Sauerstoffisotope in der bisher üblichen Weise durch leere Rohrleitungen, so würde man das erheblich größere Volumen von 60 m* benötigen.

Claims

lässigen Abgaberaten für radioaktive Gase am

Patentanspruch: Schornsteinaustritt von den Behörden festgesetzt

\ ' sind, müssen die radioaktiven Spalt- und Aktivie-

* Verfahren zur Verzögerung radioaktiver Stick- rungsgase vor ihrem Austritt in die Atmosphäre so stoff- und Sauerstoffisotope in einem Abgas- 5 behandelt werden, daß es nicht zu einer unzulässigen

* strom, dadurch gekennzeichnet,, daß Strahlenbelastung der Umwelt kommt.

die Verzögerung adsorptiv mit Aktivkohle in Eine bekannte Abgasanlage (Aufsatz in Kerntecheiner Menge, die sich nach der Formel nik, 13, 1971, Heft 5, S. 205 bis 213, insfa /ldere

Fig. 1) arbeitet nach folgendem Prinzip: De. us der

_ Κ· Ε ίο Radiolyse entstehende Wasserstoff und Sauerstoff

" ~ ν wird katalytisch mit Hilfe eines Paladiumkatalysators

verbrannt Anschließend gelangt die Luft, vermischt

errechnet, wobei i„ die Verweilzeit in Minuten, mit den radioaktiven Gasen, in eine etwa 60 m lange

E die Aktivkohlemenge in Gramm, ν der Gas- Rohrleitung, in der die Aktivierungsgase, die relativ

durchsatz in cmtymin und K der dynamische Ad- 15 kurzlebige aktive Bestandteile aufweisen, mechanisch

Sorptionskoeffizient in cmVg ist, erfolgL verzögert werden, damit die Aktivität weitgehend abklingen kann. Hinter dieser mechanischen Verzögerungsstrecke ist ein mechanisches Filter mit Sand od. dgl. als Filtermittel vorgesehen, um die beim Zer-

30 fall der aktiven Gase in der Verzögerungsstrecke entstandenen festen Tochterprodukte abzuscheiden. Dem Filter hinter der mechanischen Verzögerungs-

Beim Betrieb eines Reaktors entstehen stabile und strecke schließt sich eine rein adsorptive Verzögeradioaktive gasförmige Stoffe. Sie gelangen bei Kern- rungsstrecke an, in der die längerlebigen aktiven Bekraftanlagen mit direktem Kreislauf (z. B. Siedewas- 35 standteile an der Oberfläche des Adsorptionsmittels serreaktor) mit dem Dampf aus dem Reaktor in die durch freie Oberflächenkräfte angelagert und damit Turbinenanlage (Turbine, Vorwärmer, Kondensator) verzögert werden. Es handelt sich hierbei nur noch und werden zusammen mit der auf Grund von Un- im wesentlichen um Xenon und Krypton, also die dichtigkeiten eingedrungenen Luft durch die Abgas- Spaltgase. Die in der adsorptiven Verzögerungsanlage, die das Vakuum im Kondensator erzeugt und 30 strecke abgeklungenen längerlebigen festen Spaltproaufrechterhält, aus dem Kondensator abgesaugt. Es dukte, die aktiv sein können, werden zum Teil in der erfolgt somit eine ständige Entfernung dieser Gase Strecke selbst abgelagert und der Rest durch ein aus dem Primärkreis über die Abgasanlage. nachgeschaltete:. Filter abgeschieden. Die Verzöge-Währcnd des Betriebes eines mit Wasser gekühlten rungszeiten für die Edelgase betragen zwischen 1 und und moderierten Reaktors, für den die Erfindung be- 35 14 Tagen.

sondere Anwendung findet, entstehen im Reaktorsy- Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß zur stern im wesentlichen drei Arten von Gasen: nicht ra- Abgasreinigung ein großer apparativer Aufwand erdioaktive Gase (H₂, O₂) aus dem Kühlmittel, radio- forderlich ist. Das gilt besonders für die mechanische aktive Gase (N₂, O₂) aus dem Kühlmittel und Spalt- Verzögerungsstrecke, welche durch lange Rohrleigase aus dem Brennstoff (Kr, Xe.). 40 tungen gebildet wird. Da in den Rohrleitungen Die nicht radioaktiven Wasserstoff- und Sauer- zwangsläufig Kondensat anfällt, wird ein komplizierstoffgase entstehen durch Radiolyse. Die radioakti- tes Entwässerungssystem erforderlich. Bei Unterven Gase aus dem Kühlmittel werden bei Kernreak- druckbetrieb vergrößern sich die Schwierigkeiten der tionen von Neutronen und Protonen mit dem Sauer- Kondensatabführung noch. Die mechanische VerStoff des Wassers gebildet. Bei der Spaltung des 45 zögerungsstrecke wird auch dadurch sehr groß, daß Brennstoffes entstehen schließlich radioaktive Iso- in den Rohrleitungen eine parabolische Strömungstope von Krypton und Xenon. Die Erzeugungsrate verteilung herrscht. Die Strömungsgeschwindigkeit ist für alle Gase dabei von der Leistung des Reaktors ist also in der Rohrmitte höher als nahe der Rohrabhängig, wandung. Damit wird für die zu verzögernden Gase Die durch die Kernreaktionen gebildeten Gase, 50 die Verweilzeit unterschiedlich lang. Für die Auslealso die Isotope von N und O, im folgenden Aktivie- gung der Verzögerungsstrecke ist aber die hohe Strörungsgase genannt, sowie der radiolytisch gebildete mungsgeschwindigkeit in der Rohrmitte zu berück-Wasserstoff und Sauerstoff, werden ständig mit dem sichtigen. Die großvolumige Verzögerungsstrecke be-Dampf aus dem nuklearen System entfernt. Die dingt weiterhin naturgemäß einen aufwendigen Spaltgase verbleiben im Idealfall (absolut dichte 55 Strahlenschutz, und zwar sowohl für das Rohrlei-Brennstoffhüllen) in den Brennstoffelementen. In der tungssystem selbst als auch für den Raum, in dem Praxis gibt es jedoch keine absoluten dichten B renn- das abgeführte Kondensat gesammelt wird,
ttoffhüllen, so daß ein kleiner Teil der Spaltgase Aus der DT-PS 1 444 453 ist ein Verfahren zur durch die Hülle in das Reaktorwasser gelangt und Verzögerung von radioaktiven Gasen in einem Abvon hier aus ebenfalls mit dem Dampf ausgetragen 60 gasstrom bekannt, bei dem eine adsorptive Verzögewird. Das bedeutet, daß auch während des Normal- rung mit einer Verflüssigung und anschließender betriebes, ohne daß Hüllenschäden vorliegen, radio- Zwischenspeicherung der verflüssigten Gase kombiaktive Spaltgase nachgewiesen werden. Treten Leck- niert ist. Adsorptiv werden in dem angegebenen Beiagen an den Hüllen auf, so wird ein größerer Auf- spiel die Spaltgase Xenon und Krypton verzögert, wand erforderlich. 65 also diejenigen Gase, die als gut adsorbierbar gelten, Die verschiedenen Gase vermischen sich späte- während das Spaltgas Argon verflüssigt und in einem stens im Kondensator und werden von hier ab ge- Durchlaufspeicher zwischengespeichert wird,
meinsam in der Abgasanlage behandelt. Da die zu- Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das der ad-