DE2237506A1 - Verfahren zum entfernen von tritium aus gasgekuehlten kernreaktoren - Google Patents

Verfahren zum entfernen von tritium aus gasgekuehlten kernreaktoren

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Description

Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R, König · Dipl.-Ing. K. Bergen
Patentanwälte · 4000 Düsseldorf . Cecilienallee 7B · Telefon 43373a
29. Juli 1972 Unsere Akte: 27 405 Be/Fu.
Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor AVR G.m.b.H., 4000 Düsseldorf, Luisenstraße 105 ·
"Verfahren zum Entfernen von Tritium aus gasgekühlten
Kernreaktoren"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Tritium aus dem Primärkreislauf gasgekühlter Kernreaktoren«
In den Primärkreislaufen sämtlicher gasgekühlter Kernreaktoren befindet sich als radioaktive Verunreinigung das überschwere Wasserstoffisotop Tritium, das eine Halbwertszeit von ca. 12,5 Jahren besitzt und entweder als Spaltprodukt auftritt oder durch Kernreaktionen, beispielsweise aus Helium oder Lithium entsteht.
Tritium besitzt gegenüber anderen radioaktiven Verunreinigungen im Primärkreis die Eigenschaft, daß es insbesondere bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei gasgekühlten Kernreaktoren vorliegen, durch Metallwände diffundiert und somit in andere Kreisläufe gelangt. Dies führt dann zu einer radioaktiven Verunreinigung beispielsweise des Speisewassers gasgekühlter Kernkraftwerke β
Bei Salzschmelzen-Reaktoren tritt ebenfalls eine Tritiumdiffusion auf. Hier hat man versucht, durch besondere Konstruktion der Rohre und Verwendung speziellen Materials für diese die Tritium-Diffusion zumindest
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möglichst gering zu halten. So hat sich beispielsweise herausgestellt, daß die Diffusion durch eine Al2O,-Schicht behindert wird. Außerdem kann man von der Tatsache Gebrauch machen, daß Tritium in flüssigem Kalium nicht kondensiert, und auf dieser Basis ein kompliziertes Abtrennverfahren durchführen. Diese Verfahren sind jedoch sehr aufwendig,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirtschaftlich vertretbares, ohne besondere Umbauten auch an bereits erstellten Anlagen durchführbares Verfahren vorzuschlagen, das eine Entfernung des Tritiums aus dem Primärkreislauf gestattet, ehe es zu einer Diffusion in andere Kreisläufe kommen kann. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, daß sich im Betrieb des Reaktors nur ein kleiner Teil des tatsächlich vorhandenen Tritiums im Kühlgas befindet, während der überwiegende Teil am beispielsweise als Moderator verwendeten Graphit chemisch adsorbiert ist. Um nun dem Diffusionsproblem wirkungsvoll begegnen zu können, kommt es darauf an, die beträchtlichen Tritiummengen zu erfassen, die am Graphit adsorbiert sind. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Wasserstoff oder wasserstoffhaltige Verbindungen in den Primärkreislauf eingespeist werden. Durch diese Maßnahme wird das am Graphit adsorbierte Tritium in beträchtlichen Mengen freigesetzt, wobei vermutlich ein Austausch von chemisch adsorbiertem Tritium gegen den eingespeisten normalen Wasserstoff stattfindet.
Da das freigesetzte Tritium nicht spontan in den Sekundärkreislauf diffundiert, sondern nur mit einer erheblichen Zeitverzögerung, besteht genügend Zeit, das vom Graphit freigesetzte Tritium mittels einer Gasreini-
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gungsanlage aus dem Kühlgas zu entfernen. Die Einspeisung von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Verbindungen kann daher vorteilhafterweise intermittierend erfolgen. Vorzugsweise wird dabei im Primärkreislauf für einige Stunden eine Konzentration von ungefähr 1000 bis 5000 f4at an Wasserstoff aufrechterhaltene
Obwohl sich zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens neben Wasserstoff sämtliche wasserstoffhaltigen chemischen Verbindungen eignen, werden Kohlenwasserstoffe, insbesondere CH^, oder NH-, bevorzugt. Darüber hinaus ist es für die mit der Erfindung erzielten Wirkungen auch unerheblich, ob. flüssige oder gasförmige Verbindungen zur Anwendung kommen, jedoch wird letzteren deshalb der Vorzug gegeben, weil sie eine leichtere Einspeisung ermöglichen. Schließlich ist auch die Stelle der Einspeisung unkritisch, so daß lediglich zur Erhöhung der Wirksamkeit vorgeschlagen wird, die Einspeisung in das Kühlgas vor dessen Eintritt in das Reaktorcore vorzunehmen.
Das durch das erfindungsgemäße Einspeisen freigesetzte Tritium kann in einer vorzugsweise in einem By-pass angeordneten Reinigungsanlage aus dem Kühlgas, z.B. Helium oder COp," entfernt werden, und zwar beispielsweise durch Oxydation über Kupferoxid oder katalytische Verbrennung an einem Platinkontakt mit überschüssigem Sauerstoff, wobei das jeweils entstehende Wasser durch Trockner (Molekularsieb, Silikagel, Bariumoxid usw.) entfernt werden kann.
In der beigefügten Zeichnung ist schematisch der Primärkreislauf eines gasgekühlten Kernreaktors mit erfindungsgemäßer Einspeisung dargestellt. Das wärmeabführende
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Kühlgas, beispielsweise Helium oder Kohlendioxid, wird im Kreislauf 1 mittels eines Gebläses 2 durch das Core 3 gepumpt und gibt seine Wärme in einem Dampferzeuger 4 an einen Speisewasserkreislauf, d.h. den Sekundärkreislauf 5 ab. Hinter den Gebläsen 2 wird ein Teilstrom des Kühlgases abgezweigt und in einer Reinigungsanlage 6 von seinen inaktiven und aktiven Verunreinigungen gereinigt.
Erfindungsgemäß werden nun vorzugsweise vor Eintritt in das Core dem Kühlgas Wasserstoff oder wasserstoffhaltiges Gas 7 zugeführt. Dies kann kontinuierlich oder diskontinuierlich geschehen, wobei je nach Reaktorgröße dafür gesorgt wird, daß zumindest für einige Stunden eine Konzentration von ca, 1000 bis 5000 /^ at H2 (bzw. CH, usw.) im Kühlgas vorhanden ist. Das derart geimpfte Kühlgas führt im Core zu einer Freisetzung des am Graphit adsorbierten Tritiums, das dann im By-pass 8 mittels der Gasreinigungsanlage 6 aus dem Kühlgas entfernt wird. Mit diesen Maßnahmen, nämlich den genügend häufigen Wasserstoff-Einspeisungen in Verbindung mit einer hinsichtlich des Durchsatzes hinreichend bemessenen Gasreinigungsanlage wird in vorteilhafter Weise erreicht, den im Primärkreislauf befindlichen Graphit vollständig von Tritium zu säubern und die Tritiumkonzentration im Primärkreis auf einem so niedrigen Niveau zu halten, daß seine Diffusion in andere Kreisläufe verhindert wird.
/109808/0563

Claims (8)

  1. • 22375Q6
    Arbeitsgemeinschaft Versuchsreaktor AVR Gem.b.H„, 4000 Düsseldorf, Luisenstraße 105
    Patentansprüche:
    . 14 Verfahren zum Entfernen von Tritium aus dem Primärkreislauf gasgekühlter Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff oder wasserstoffhaltige Verbindungen in den Primärkreislauf eingespeist werden„
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Einspeisen von Wasserstoff oder wasserstoffhaltigen Verbindungen intermittierend erfolgt,,
  3. β Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dad urch gekennzeichnet , daß im Primärkreislauf für einige Stunden eine Konzentration von ungefähr 1000 bis 500OyU at an Wasserstoff aufrechterhalten wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis - 3, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserstoffhaltige Verbindungen Kohlenwasserstoffe, insbesondere CHr, verwendet werden.
  5. 5· Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis '3 t dadurch gekennzeichnet, daß als wasserstoffhaltige Verbindung NH, verwendet wird,
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet ,
    409808/0553
    iL-3/506
    daß zum Einspeisen gasförmige wasserstoffhaltige Verbindungen verwendet werden.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff bzw. die wasserstöffhaltigen Verbindungen in das Kühlgas vor dessen Eintritt in das Reaktorcore eingespeist werden.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
    7, dadurch gekennzeichnet , daß das durch das Einspeisen von Wasserstoff oder wasserstöffhaltigen Verbindungen freigesetzte Tritium in einer vorzugsweise in einem By-pass angeordneten Reinigungsanlage aus dem Kühlgas entfernt wird.
    409808/0553
DE19722237506 1972-07-31 1972-07-31 Verfahren zum Entfernen von Tritium aus gasgekiihlten, jedoch nicht mit Kohlendioxid gekühlten Kernreaktoren Expired DE2237506C3 (de)

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