DE2804828A1

DE2804828A1 - Steel container for storing spent nuclear fuel elements - is internally and/or externally coated with aluminium to inhibit tritium permeation

Info

Publication number: DE2804828A1
Application number: DE19782804828
Authority: DE
Inventors: Horst Ing Grad Ebinger; Dieter Dipl Ing Klein; Hartmut Dipl Phys Kroll; Guenther Dipl Chem Dr Luthardt
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1978-02-04
Filing date: 1978-02-04
Publication date: 1979-08-09

Abstract

The al coating inhibits the permeation of tritium through the steel wall of the vessel and thus greatly hinders its escape. Risk of external pollution from tritium, for example of neighbouring steel control rods stored in the same pool, is very much reduced. The Al coating is pref. 0.5-2 mm thick. Typically, even in the most unfavourable case, a vessel coated with 0.5-2mm al has a tritium permeation rate of =10-15 cm/3/cm2. S. mm for a pressure difference of 1 bar.

Description

Stahlbehälter zur Aufnahme abgebrannter Brennelemente.Steel container for holding spent fuel elements.

Gegenstand der Erfindung ist ein Stahlbehälter zur Aufnahme und Lagerung abgebrannter Brennelewente mit einer Schutzschicht gegen die Permeation von Tritium.The invention relates to a steel container for receiving and storing spent fuel elements with a protective layer against the permeation of tritium.

Abgebrannte Brennelemente aus Kernreaktoren werden zunächst in Abklingbecken ar Reaktor aufbewahrt und danach bis zur Wiederaufarbeitung zwischengelagert. Die Zwischenlagerung erfolgt in Nasslagerbecken oder in Trackenlagern. Dazu werden die abgebrannten Brennelemente beispielsweise in 5 bis 6 m lange büchsenartige Behälter gesteckt und durch Vergiessen mit Blei fixiert und abgeschirmt. Die dichtverschlossenen Büchsen (Bruttogewicht 2000 - 3000 kg) werden anschliessend in die Zwischenlagerposition gebracht.Spent fuel assemblies from nuclear reactors are first placed in spent fuel pools ar reactor and then temporarily stored until reprocessing. the Intermediate storage takes place in wet storage basins or in track storage. To do this, the spent fuel elements, for example, in 5 to 6 m long can-like containers plugged in and fixed and shielded by potting with lead. The tightly closed Canisters (gross weight 2000 - 3000 kg) are then placed in the intermediate storage position brought.

Die Bücksen sind normalerweise aus legiertem Stahl mit den erforderlichen Festigkeits- und Korrosionseigenschaften gefertigt.The bosses are usually made of alloy steel with the requisite Strength and corrosion properties made.

Beispielsweise ist Stahl 15 Mo 3 als Werkstoff für derartige Büchsen geeignet.For example, steel is 15 Mo 3 as a material for such sleeves suitable.

Zum hochradioaktiven Spaltproduktinventan der abgebrannten Brennelemente gehört auch das Wassersteffiseten Tritium@ Bekann@-lich gelten für diesen ß-Strahler (Nalbwertzeit 12,3 Jahre) hinischtlich Handhabung und Inkorporationsvermeidung ebenfalls strenge Vorschriften. Aufgrund seiner radioaktiven Eigenschaften stellt das allen Wasserstoffisotopen eigene hohe Permeationsvermögen von Tritium durch Metalle ein ernstes Problem dar, das sieh insbesondere bei der Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente stellt.For the highly radioactive fission product inventory of the spent fuel elements also includes the water stiff Tritium @ Bekann @ -lich apply to this ß-emitter (Half-life 12.3 years) in terms of handling and avoidance of incorporation also strict regulations. Because of its radioactive properties it represents the high permeation capacity of tritium inherent in all hydrogen isotopes Metals pose a serious problem, especially when it comes to interim storage spent fuel assemblies.

Obwohl ein wesentlicher Tritiumanteil als Zirkonhydrid in den meist aus Zirkonlegierungen bestehenden Hüllrohren der Brennelemente festgebalten wird, permeiert doch noch Tritium in nicht vernachlässigbaren Mengen durch die Hüllrohre hindurch, und weiter durch Vergussmasse und Büchsenwand.Although a substantial proportion of tritium than zirconium hydride in most of the cladding tubes of the fuel assemblies made of zirconium alloys are held in place, Tritium still permeates through the cladding tubes in not negligible amounts through, and on through potting compound and sleeve wall.

Da zwischenzulagernde Absorberstäbe meist nur eine Stahlhülle aufweisen, ist hier die Permeationsrate besonders hoch.Since absorber rods to be temporarily stored usually only have a steel shell, the permeation rate is particularly high here.

Unter den abgebrannten Brennelementen befinden sich auch solche mit Hüllrohrdefekten. Hier kommt dann besonders der Vergussmasse und der Büchse gegenüber den durch did Hüllrohrdefekte freigesetzten Spaltprodukten eine wichtige Rückhaltefunktion zu, die natürlich fir das Tritium nicht so wirksam wird wie ein unversehrtes Zirkonhüllrohr.Among the spent fuel elements there are also those with Duct defects. This is where the potting compound and the bushing come in particular the fission products released by did duct defects have an important retention function too, which of course is not as effective for the tritium as an intact zirconium cladding tube.

Es ist bekannt, dass oxydische Oberflächenschutzschichten eine gewisse Permeationsbarriere gegenüber Wasserstoff darstellen (Journal of The Amerioan Ceram@c Society, Vol. 59, Nr. 7 - 8, Seite 316 - 320). Die beschriebenen Schutzschichten sind jedoch weder hinreichend dicht, dick , haftfest und vor allem nicht schlagfest, so dass sie als Schutzschicht auf den Behälterbüchsen nicht infrage kommen.It is known that oxidic surface protection layers have a certain Represent a permeation barrier to hydrogen (Journal of The Amerioan Ceram @ c Society, Vol. 59, No. 7-8, pp. 316-320). The protective layers described However, they are neither sufficiently dense, thick, adhesive and, above all, not impact-resistant, so that they cannot be used as a protective layer on the container liners.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Stahlbehälter zur Aufnahme und Lagerung abgebrannter Brennelemente zu finden, die eine Permeation von Tritium aus den Brennelementen an die Umgebung vermeiden, ohne auf wenig stossfeste Oxidschichten auf den Behältern zurückgreifen zu müssen.It was therefore an object of the present invention to provide steel containers for Ingestion and storage of spent fuel assemblies to find a permeation Avoid tritium from the fuel elements to the environment without compromising on little impact resistance Having to resort to oxide layers on the containers.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man Stahlbehälter verwendet, auf deren inneren und/oder äusseren Oberfläche sich eine Aluminiumschicht befindet.According to the invention, this object was achieved by using steel containers used, on the inner and / or outer surface of which there is an aluminum layer is located.

Die Abbildung zeigt einen erfindungsgemässen Stahlbehälter sehelatisch in beispielhafter Ausführungsform, wobei die Wände (2) es Stahlbehälters (1) auf der äusseren Oberfläche eine Aluminiumschicht (3) tragen. Dieser Behälter ist im Anwendungsfall dann mit einem ebenfalls aluminium-beschichteten Deckel verschlossen Es hat sich nun gezeigt, dass die vorzugsweise mit einem Aluminiumauftrag von 0,5 bis 2 mm Dicke versehenen Stahlbehälter auch im ungünstigen Fall nur eine Tritiumpermeierung mit einer Rate um 10-15 cm3/cm2 .S.mm bei einer Druckdifferenz von 1 atm zulassen.The figure shows a steel container according to the invention, sehelatic in an exemplary embodiment, the walls (2) of the steel container (1) on wear an aluminum layer (3) on the outer surface. This container is in The application is then closed with an aluminum-coated lid It has now been shown that the preferably with an aluminum application of 0.5 Steel tanks up to 2 mm thick, even in the worst case, only have a tritium permeation at a rate of 10-15 cm3 / cm2 .S.mm at a pressure difference of 1 atm.

Diese Permeationsrate ist inesstechnisch gerade noch erfassbar und stellt kein Gefährlichkeitspotential für die Umwelt dar.This permeation rate is just barely detectable and does not represent any hazard potential for the environment.

Der Aluminiumüberzug kann durch an sich bekannte Verfahren auf der Oberfläche aufgebracht werden. Wichtig ist dabei auch, dass die Deckelschweissnaht der Büchse ebenfalls mit einer Aluminium schicht versehen ist.The aluminum coating can be applied by methods known per se Surface can be applied. It is also important that the cover weld seam the rifle is also provided with an aluminum layer.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Steel containers for receiving and storing spent ones Fuel elements, characterized in that on the inner and / or outer Surface of the container is an aluminum layer.

2. Steel container according to claim 1, characterized in that the Layer thickness of the aluminum is 0.6 to 2 mm.