DE2755881A1

DE2755881A1 - Verfahren zur abscheidung von spalt- und aktivierungsprodukten aus einer diese produkte enthaltenden gasatmosphaere und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2755881A1
Application number: DE19772755881
Authority: DE
Inventors: Klemens Dipl Ing Schwarzer
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: GB2010568B; DE2755881B2; FR2412146A1; GB2010568A; DE2755881C3; US4265707A; FR2412146B1; JPS5489200A

Description

Kernforschungsanlage Julien
Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Verfahren zur Abscheidung von Spalt- und Aktivierungsprodukten aus einer diese Produkte enthaltenden Gasatmosphäre und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Abscheidung von Spalt- und Aktivierungsprodukten aus einer diese Produkte enthaltenden Gasatmosphäre sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in einem Reaktorgebäude eines gasgekühlten Kernreaktors. Das Verfahren ist insbesondere bestimmt zur Abscheidung von Spalt- und Aktivierungsprodukten, die sich nach schweren sogenannten "hypothetischen StörfällRn", wie Störfälle mit geringer Eintrittswahrscheinlichkeit bezeichnet werden, innerhalb des Containments von gasgekühlten Hochtemperatur-Reaktoren befinden.

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Als Folge eines schweren hypothetischen Störfalls, bei dem nach Ausfall des Notkühlsystems aus geborstenen gasführenden Leitungen oder Komponenten eines gasgekühlten Hochtemperatur-Reaktors in die Räume des Reaktorgebäudes Spalt- und/oder Aktivierungsprodukte freigesetzt werden, wird ein großer Teil der Räume im Reaktorgebäude radioaktiv verseucht. Die in der Gasatmosphäre enthaltenen Spalt- und Aktivierungsprodukte reduzieren zwar ihre Aktivität durch physikalische und chemische Abbauprozesse, jedoch stellen die in der Gasatmosphäre verbleibenden Radionuklide für die Umgebung eine große Gefahr dar. Dies insbesondere dann, wenn über Leckagen in der äußeren Wandung des Reaktorgebäudes, die infolge des Störfalls entstanden sind, Spalt- und Aktivierungsprodukte in die Umgebung entweichen können.

Für die Ablagerung der Spalt-und Aktivierungsprodukte sind neben physikalischen und chemischen Randbedingungen für den AbbauprozeB vor allem die geometrischen Gegebenheiten innerhalb der Räume des Reaktorgebäudes, insbesondere das Verhältnis von Oberfläche des Raumes zu Bauvolumen, entscheidend. Die freigesetzten Spalt- und Aktivierungsprodukte liegen in Form von Aerosolen, teilweise sogar in elementarer Form, also Atomar oder molekular vor, so daß die Ablagerungsgeschwindigkeit für die Spalt- und Aktivierungsprodukte infolge Diffusion und Sedimentation hinter gewünschten Ablagerungsraten

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weit zurück bleibt. Um die Ablagerungsraten zu βγ-höhen, ist es aus der DE-OS 20 50 152 bekannt, in den Kühlmittelkreislauf von Kernreaktoranlagen gelangte Spalt-und Aktivierungsprodukte durch Impfen des Kühlmittelstroms mit inaktiven Isotopen der entstandenen Spalt- und Aktivierungsprodukte zu binden. Dieses Verfahren erfordert jedoch, unabhängig vom Eintritt eines Störfalles, eine kontinuierliche Zugabe von die inaktiven Isotope enthaltenden verdünnten Lösungen auch während des Normalbetriebes des Reaktors. Bei wassergekühlten Kernreaktoren ist es bekannt, nach Bruch eines Anlagenoder Rohrleitungsteils den ausströmenden Dampf beschleunigt durch Einspritzen von Kondensationskernen, wie Kohlensäureschnee oder Silberjodid, zu kondensieren und auf diese Weise eine Bindung entwichener radioaktiver Substanzen zu erreichen (vergleiche DE-OS 20 57 593). Für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren bleibt die Zugabe von Kondensationskernen jedoch ohne Wirkung, da es sich bei den aus dem Kühlmittelkreislauf entweichenden Gasen in der Mehrzahl der Störfälle um trockene Gase handelt.

Für gasgekühlte Hochtemperatur-Reaktoren sind in den Umluftanlagen des Reaktorgebäudes Filtersysteme vorgesehen, über die nach Eintritt des Störfalls durch Absaugen der Gasatmosphäre aus den radioaktiv verseuchten Räumen die Spalt- und Aktivierungsprodukte abgeschieden werden sollen. Nachteilig ist jedoch, daß solche Anlagen infolge ihrer technisch begrenzten Anlauf- und

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Wärmekapazität die freigesetzten Spalt- und Aktivierungsprodukte nur verhältnismäßig langsam ausfiltern und wegen ihrer Abhängigkeit von der Zufuhr von Fremdenergie - je nach Schwere des Störfalls - unter Umständen überhaupt nicht einsatzfähig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Abscheiden von Spalt- und Aktivierungsprodukten aus einer Gasatmosphäre zu schaffen, mit dem hohe Ablagerungsraten für die in der Gasatmosphäre enthaltenen Produkte erzielbar sind, ohne daß die Gasatmosphäre aus den radioaktiv verseuchten Räumen abgezogen werden muß.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der oben genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in

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die Gasatmosphäre pro 50 m Raumvolumen zumindest 1 kg Staubpartikeln mit einer Korngrößenverteilung, deren mittlere Korngröße einen Wert im Bereich zwischen 0,3 bis 5 ,um aufweist, in feiner Verteilung eingeführt werden. Als "mittlere Korngröße" wird ein Korngröösnmittelwert bezeichnet, der sich im Körnungsnetz nach Rosin-Rammler-Sperling als Kenngröße d¹ des Staubpartikelhaufwerks am Schnittpunkt der RRS-Geraden beim Rückstandswert R = 36,8 % ergibt (vergleiche hierzu Kiesskalt, "Verfahrenstechnik", Carl Hanser Verlag, München, 1958, Seiten 61 ff.). Mit Hilfe der Staubpartikelnwird die für die Ablagerung der Spalt- und Aktivierungsprodukte zur Verfügung stehende Oberfläche

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im radioaktiv verseuchten Raum erheblich vergrößert. Zugleich verringert sich bei homogener Partikelverteilung im Raum die für die Anlagerung der Spalt- und Aktivierungsprodukte maßgebende freie Weglange drastisch, die Spalt- und Aktivierungsprodukte werden an der Oberfläche der Staubpartikeln gebunden. Dies fuhrt in vorteilhafter Weise zu einer erheblichen Steigerung der Ablagerungsgeschwindigkeit, die nun nicht mehr abhängig ist von der Größenordnung der Spalt- und Aktivierungsprodukte selbst, sondern von der Größe der Staubpartikeln. Die Grenzen des mittleren Korndurchmessers des Staubpartikelhaufwerks werden daher nach unten bestimmt von der gewünschten Ablagerungsgeschwindigkeit, nach oben von der Verteilung der Staubpartikeln und der Aerosolbildung in der Gasatmosphäre im radioaktiv verseuchten Raum. Die Bindung der Spalt- und Aktivierungsprodukte an die Staubpartikeln verringert zugleich die Austrittswahrscheinlichkeit von Spalt- und Aktivierungsprodukten aus Leckagen in der äußeren Wandung des Reaktorgebäudes.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, Staubpartikeln aus keramischem Material einzusetzen, die sich gegenüber Sauerstoff inert verhalten. Geeignete Staubpartikeln bestehen aus Betonit oder Ton, verwendbar sind auch Zement oder Kieselgelpulver. Bevorzugt werden sogenannte Löschpulver, die üblicherweise zur Brandbekämpfung eingesetzt werden. Für Inertgas-Atmosphäre im Reaktorgebäude ist auch Graphitstaub um seiner adsorbierenden Wirkung willen

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einsetzbar. In diesem Fall ist es erforderlich, diesen mittels Inertgas in die Gasatmosphäre einzublasen, um Explosionen des Graphitstaubes zu verhindern.

Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung in einem Reaktorgebäude eines gasgekühlten Kernreaktors mit einer einen Liner aufweisenden äußeren Spannbetonwandung ist eine Vorrichtung mit folgenden Merkmalen vorgesehen: der Ausgang eines Staubbehälters mündet zum Abzug von im Behälter gelagerten Staubpartikeln in eine durch die Spannbetonwandung hindurchgeführte pneumatische Förderleitung, die an ihrem äußeren Ende an eine in der Umgebung des Reaktorgebäudes vorhandene Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas anschließbar ist, und die an ihrem im Innenraum des Reaktorgebäudes mündenden Ende wenigstens eine Zerstäuberdüse aufweist. In vorteilhafter Weise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig von infolge des Störfalls zerstörten Einrichtungen innerhalb des Reaktorgebäudes einsatzfähig. Insoweit handelt es sich also um ein passives Sicherheitssystem. Zweckmäßig ist auch der Staubbehälter außerhalb des Reaktorgebäudes angeordnet, so daß gegebenenfalls die in das Reaktorgebäude einzuführende Staubmenge über die im Staubbehälter vorrätig gehaltene Menge hinaus erhöht werden kann. Um bei Verwendung von Graphitstaub Staubexplosionen zu vermeiden, wird als Druckgas zur pneumatischen Förderung Inertgas eingesetzt.

Die homogene Verteilung und Aerosolbildung in den

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radioaktiv verssuchten Räumen wird zweckmäßig dadurch gefördert, daß mehrere Förderleitungen mit Zerstäubardüse im Innenraum in gleichmäßiger Verteilung über den Deckenflachen des Reaktorgebäudes münden.

Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens näher erläutert. Es zeigen im einzelnen

Fig. 1 Vorrichtung zum Einblasen von Staubpartikeln in den Innenraum eines Reaktorgebäudes, schematisch

Fig. 2 Verteilung von Zerstäuberdüsen über einer Deckenfläche

Fig. 3 Reduktion des Anteils von Spalt- und Aktivierungsprodukten nach Einblasen verschiedener Staubmengen mit mittlerem Korndurchmesser d* » Q,5 /Um₃ in einen Raum der GröBe 50 . 10" m als Funktion der Zeit.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens aus einem Staubfcehälter 1, dessen Ausgang 2 in eine pneumatische Förderleitung 3 mündet. Das eine Ende der Förderleitung 3 ist an eine Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas angeschlossen, die ein Reduzierventil 4 zur Einstellung des Gasdruckes in der Förderleitung sowie einen Druckgasspeicher 5 aufweist, der nach öffnen einss Absperrhahns 6 an einem Kompressor 7 mit Druck-

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gas füllbar ist. Im Ausführungsbeispiel wird als Druckgas Luft verwendet. Am Ansaugstutzen 8 des Kompressors 7 lassen sich jedoch auch Gasspeicher für Inertgase, insbesondere Stickstoffspeicher anschließen, die vor allem eingesetzt werden, urn Staubexplosionen zu vermeiden. Im Ausführungsbeispiel sind im Staubbehälter 1 Löschpulver gelagert, deren Explosionsgefahr gering ist.

Die Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas ist außerhalb des Reaktorgebäudes installiert. Vom Reaktorgebäude selbst sind in Fig. 1 und 2 lediglich die äußere Spannbetonwandung 9 mit an deren Innenseite angeordnetem Liner 10 wiedergegeben. Innerhalb des Reaktorgebäudes befindet sich ein in der Zeichnung nicht gesondert dargestellter gasgekühlter Hochtemperatur-Reaktor. Die pneumatische Förderleitung 3 ist durch die Spannbetonwandung 9 hindurchgeführt und endet im Innenraum 11 des Reaktorgebäudes. An diesem Ende der Förderleitung 3 ist eine Zerstäuberdüse 12 angebracht, über die der in der Förderleitung 3 vom Druckgas geförderte Staub in feiner Verteilung in den Innenraum austritt. Der Gasdruck in der Förderleitung 3 wird in Abhängigkeit vom Druck im Innenraum 11 eingestellt. Hierzu steht das Reduzierventil 4 in Wirkverbindung mit einer Druckmeßdose 13, die sich im Innenraum 11 befindet. Um unerwünschte Auswirkungen von entstehendem Überdruck im Innenraum des Reaktorgebäudes, insbesondere von Druckstößen bei Eintritt

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des Störfalls auf pneumatische Förderleitung 3 und Staubbehälter 1 zu vermeiden, ist in der Förderleitung in Forderrichtung hinter dem Ausgang 2 des Staubbehälters ein Rückschlagventil 14 eingesetzt.

Die Mündung des Ausgangs 2 des Staubbehälters 1 in der Förderleitung 3 ist zweckmäßig als ein in Förderrichtung offenes Rohr ausgebildet, so daß der im Staubbehälter 1 gelagerte Staub störungsfrei und vollständig vom in der Förderleitung 3 strömenden Gas abgesaugt werden kann. Um über die vorrätig gelagerte Menge hinaus noch zusätzliche Staubmengen in den Raum des Reaktorgebäudes einbringen zu können, ist am Staubbehälter 1 eine Eingabevorrichtung 15 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist der Staubbehälter 1 zweckmäßig außerhalb des Reaktorgebäudes angeordnet. Der Staubbehälter kann aber auch innerhalb des Reaktorgebäudes untergebracht sein.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß an der Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas mehrere Förderleitungen 3a, 3b, 3c in Parallelschaltung anschließbar sind, wobei jede der Förderleitungen 3a, 3b, 3c mit einem Ausgang eines Staubbehälters 1a, 1b, 1c verbunden ist. Jede der Förderleitungen führt im Innenraum 11 zumindest zu einer Zerstäuberdüse, wobei jedoch durch Verzweigung der Förderleitungen 3a, 3b, 3c auch mehrere Zerstäuberdüsen 12', 12'' aus einem der Staubbehälter 1a, 1b, 1c versorgt werden. Die Anordnung meh-

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rerer unabhängiger Systeme für die Einführung von Staubpartikeln ist schon aus Sicherheitsgründen von Vorteil.

Die Verteilung von Zerstäuberdüsen 12', 12*' über einer Deckenfläche 16 im Innenraum 11 des Reaktorgebäudes zeigt Fig. 2. Der Abstand zwischen den Zerstäuberdüsen 12', 12'' sowie zu den übrigen Zerstäuberdüsen ist in Abhängigkeit von der Größe des erzeugten Zerstäubungsradius für die Staubpartikeln so festgelegt, daß eine weitgehend homogene Verteilung der Staubpartikeln in der Gasatmosphäre des Innenraums erreicht wird. Die einzublasende Staubmenge wird bestimmt von der angestrebten Reduktion des Anteils von Spalt- und Aktivierungsprodukten nach Einblasen der Staubpartikeln in die Gasatmosphäre. Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß wenigstens 0,5 kg Staubpartikeln mit mittlerer Korngröße von d' =0,5 ,um pro 50 m Raumvolumen in die Gasatmosphäre eingegeben werden müssen, um die Staubund Aktivierungsprodukte innerhalb einer Zeit von 100

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Stunden bis auf einen Anteil von 1 . 10 % niederzuschlagen. Kürzere Zeiten für die Reduktion der Spalt- und Aktivierungsprodukte in der Gasatmosphäre werden durch Zugabe größerer Staubmengen erreicht. Führt man 40 t Staubpartikeln mit gleicher mittlerer Korngröße

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von d' ■ 0,5 ,um in einen Raum der Größe 50 . 10 m

ein, so sinkt der Anteil der Spalt- und Aktivierungsprodukte bereits nach 1 Stunde auf einen Wert von 1 . 10"⁴ %.

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Leerseite

Claims

Kernf orschungsanlage JCiI ich
Gesellschaft mit beschrankter Haftung

Patentansprüche

Verfahren zur Abscheidung von Spalt- und Aktivierungsprodukten aus einer diese Produkte enthaltenden Gasatmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gasatmosphäre pro 50 m Raumvoiumen zumindest 1 kg Staubpartikel⁰ mit einsr Korngrößenverteilung, deren mittlere Korngröße einen Wert im Bereich zwischen 0,3 bis 5 /um aufweist, in feiner Verteilung eingeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Staubpartikelnaus keramischem Material eingesetzt werden, die sich gegenüber Sauerstoff inert verhalten.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Löschpulver verwendet wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 in einem Reaktorgebäude eines gasgekühlten Kernreaktors mit einer einen Liner aufweisenden äußeren Spannbstonwandung, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (2) eines Staubbehälters (1) zum Abzug von im Behälter

ORIGINAL INSPtu ι cD - 2 -

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gelagerten Staubpartikeln in eine durch die Spannbetonwandung O) hindurchgeführte pneumatische Förderleitung (3) mündet, die an ihrem äußeren Ende an eine in der Umgebung des Reaktorgebäudes vorhandene Einrichtung zur Erzeugung von Druckgas {4, 5, B, 7) angeschlossen ist und an ihrem im Innenraum (11) des Reaktorgebäudes mündenden Ende wenigstens eine Zerstäuberdüse (12) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Staubbehälter (1) außerhalb des Reaktorgebäudes angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Förderleitungen (3a, 3b, 3c) mit Zerstäuberdüsen im Innenraum (11) in gleichmäßiger Verteilung über den Deckenflächen (16) des Reaktorgebäudes münden.

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