DE2820060C2 - - Google Patents
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- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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- G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
- G21C19/34—Apparatus or processes for dismantling nuclear fuel, e.g. before reprocessing ; Apparatus or processes for dismantling strings of spent fuel elements
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung von nuklearem Brennstoff aus ausge
brannten nuklearen Brennelementen, in denen der Brennstoff in einem metallischen
Schutzmantel aus austenistischem rostfreiem Stal oder aus
austenistischer Nickellegierung enthalten ist.
Bevor der bestrahlte Brennstoff aufbereitet wird, um darin enthaltene
Spaltprodukte abzutrennen, wird der Brennstoff vorzugsweise von seinem
Schutzmantel befreit. Zur Zeit ist es üblich, die Brennelemente mecha
nisch in kurze Stücke zu schneiden und den Brennstoff zu lösen.
Dafür ist in der GB-PS 13 14 803 eine für diesen Zweck besonders geeig
nete Zerkleinerungsvorrichtung beschrieben. Aus der DE-OS 14 64 978 ist es
bekannt, den Kernbrennstoff und den Schutzmantel gemeinsam zu zerkleinern
und dann den Kernbrennstoff von dem Schutzmantelmaterial zu trennen.
Die Wartung einer mechanischen Schneidevorrichtung, die radioaktiven Be
dingungen ausgesetzt ist, ist jedoch schwierig, ferner verursacht der
Schneidevorgang Staub, der die unmittelbare Umgebung der Vorrichtung ver
seucht und der kontrolliert werden muß. Nach Auflösung des Brennstoffs
wird die erhaltene Lösung weiter aufbereitet, um die Spaltprodukte von
dem wiederverwendbaren Kernbrennstoff (Uran oder Plutonium) abzutrennen.
Diese wir zurückgewonnen und kann zur Herstellung neuer Brennelemente
für einen Kernreaktor verwendet werden. Diese Trennverfahren sind be
kannt; es gehören dazu Lösungsmittelextraktionsverfahren, bei denen Tri
butylphosphat als Extraktionsmittel verwendet wird.
Ein weiteres Verfahren ist in der DE-OS 18 06 954 beschrieben, bei dem
man das aus rostfreien Stahlen bestehende Mantelmaterial mit einem
schmelzflüssigen metallischen Lösungsmittel aus Antimon und Kupfer auf
löst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Ober
begriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welches
ein einfaches Zerkleinern des Mantels ohne Verwendung wartungsauf
wendiger Vorrichtungen wie Schneid-, Zerspanungs-, Bohr- oder
Schleifvorrichtungen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in den folgenden Beispielen näher er
läutert. Es werden darin beispielsweise die ersten Stufen der Rückgewin
nung von Kernbrennstoff aus ausgebrannten Brennelementen beschrieben. Die
Brennelemente sind den Kernbrennstoff enthaltende Stäbe aus rostfreiem
Stahl; ein Bündel diese Stäbe ist in einer Umhüllung aus rostfreiem
Stahl untergebracht und bildet eine Brennstab-Gruppe. Die Stäbe werden
durch Abstandsgitter in ihrer Stellung gehalten.
Ein für die Stäbe geeigneter rostfreier
Stahl ist ein austenistischer rostfreier Stahl Typ 316,
der in der Regel die folgende Zusammensetzung hat:
Cr 16-18%, Ni 10-14%, Mo 2-3%, C 0,04-0,06%, Mn 1,5-2%, bis zu 0,75% Si, der Rest besteht aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen, die aus der Stahlherstellung stammen.
Cr 16-18%, Ni 10-14%, Mo 2-3%, C 0,04-0,06%, Mn 1,5-2%, bis zu 0,75% Si, der Rest besteht aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen, die aus der Stahlherstellung stammen.
Eine ausgebrannte Brennstab-Gruppe aus einem Kernreaktor,
die den Kernbrennstoff in Stäben aus austenistischem rost
freiem Stahl Typ 316 enthält, wird zunächst für eine Abküh
lungsperiode gelagert, während der kurzlebige Spaltproduk
te zerfallen können. Anschließend wird die Umhüllung der
Brennstab-Gruppe entfernt und die Brennstäbe sowie die da
zugehörigen Roste werden in einen Behälter gegeben, der aus
glasiertem Graphit bestehen kann. In den Behälter wird
Tellur gegeben, danach wird er versiegelt. In dem Behälter
wird eine inerte Atmosphäre, z. B. Argon, aufrecht erhalten.
Die von dem ausgebrannten Brennstoff abgegebene Hitze läßt
die Temperatur in dem Behälter ansteigen und fördert die
Versprödung. Werden die Brennstäbe 18 Stunden bei 800°C
in einer tellurhaltigen Atmosphäre gehalten, dann werden
sie spröde und können leicht mechanisch aufgebrochen werden.
Die Brennstäbe und die dazugehörigen Gitter können nach der
Versprödung aufgebrochen werden, indem man sie aus dem Be
hälter nimmt und sie durch Walzen oder unter einen Hammer
führt, um den versprödeten rostfreien Stahl zu zerkleinern.
Die zerkleinerten Brennstäbe und Gitter werden dann in eine
magnetische Trennanlage gebracht, wo der versprödete Stahl
von dem Brennstoff abgetrennt wird. Der Brennstoff wird
dann aufgelöst und die erhaltene Lösung wird weiter aufbe
reitet, um wieder verwendbaren Brennstoff von den Spaltpro
dukten abzutrennen. Dies geschieht mit bekannten Verfahren,
z. B. mit Lösungsmittelextraktionsverfahren.
Eine ausgebrannte Brennstab-Gruppe, deren Umhüllung entfernt
worden ist, wird in einen Gußeisenbehälter mit geschmolzenem
Zink eingetaucht. In dem Behälter werden die Stäbe und Git
ter mit Zink überzogen. Die verzinkte Brennstab-Gruppe wird
dann aus dem geschmolzenen Zink genommen und in einen Ofen
gebracht, wo sie bei 750°C in einer inerten Atmosphäre ge
speichert wird und eine Versprödung des rostfreien Stahls
stattfindet. Der versprödete Stahl wird dann mechanisch zer
kleinert und magnetisch von dem Brennstoff getrennt. Der
Brennstoff wird dann in einer Säurelösung gelöst, und die
erhaltene Lösung weiter aufbereitet, um den wieder verwend
baren Brennstoff von den Spaltprodukten zu trennen.
Eine Brennstoff-Gruppe, deren Umhüllung entfernt wurde, wird
in einen Behälter aus einer Nickellegierung gebracht, in den
ein Gemisch aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid eingeführt
wird. Die Temperatur im Behälter steigt an und es findet
eine Aufkohlung der Stäbe und Gitter aus rostfreiem Stahl
statt, die eine Versprödung des rostfreien Stahls bewirkt.
Dieser kann mechanisch zerkleinert und von dem Brennstoff
abgetrennt werden.
In den obigen Beispielen war der metallene Schutzmantel
aus austenistischem rostfreiem Stahl Typ 316.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die Rückgewin nung von Brennstoff aus ausgebrannten Brennelementen ange wandt werden, in denen der Brennstoff in einem aus Nimonic- Legierungen (Handelsmarke) hergestellten Mantel enthalten ist. So ist z. B. Nimonic PE 16 eine austenistische Nickel legierung der folgenden Zusammensetzung: Ni 42-45%, Cr 15-18%, Mo 2,5-4%, Ti 1,1-1,5%, Al 1,1-1,5%, C 0,05- 0,1%, B 0,005-0,01%, der Rest besteht aus Eisen und zufäl ligen Verunreinigungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für die Rückgewin nung von Brennstoff aus ausgebrannten Brennelementen ange wandt werden, in denen der Brennstoff in einem aus Nimonic- Legierungen (Handelsmarke) hergestellten Mantel enthalten ist. So ist z. B. Nimonic PE 16 eine austenistische Nickel legierung der folgenden Zusammensetzung: Ni 42-45%, Cr 15-18%, Mo 2,5-4%, Ti 1,1-1,5%, Al 1,1-1,5%, C 0,05- 0,1%, B 0,005-0,01%, der Rest besteht aus Eisen und zufäl ligen Verunreinigungen.
Claims (2)
1. Verfahren zur Rückgewinnung von nuklearem Brennstoff aus aus
gebrannten nuklearen Brennelementen, in denen der Brennstoff in
einem metallischen Schutzmantel austenistischem rostfreiem
Stahl oder aus austenistischer Nickellegierung enthalten ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel mit
einem Versprödungsmittel ausgewählt aus Tellur, Zink oder einer
Mischung aus Kohlendioxid und Kohlenmonoxid in Kontakt gebracht
wird, um durch eine Reaktion mit dem Metall des Mantels eine
Versprödung des Mantels zu erreichen, und daß anschließend
der versprödete Mantel zerkleinert und der Kernbrennstoff
von den auf diese Weise erzeugten Mantelteilen abgetrennt wird.
2. Verfahren zur Rückgewinnung von nuklearem Brennstoff nach Anspruch 1,
bei dem der Schutzmantel in geschmolzenes Zink getaucht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der mit Zink
überzogene Schutzmantel in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird,
um die Vesprödung des Mantelmetalls zu bewirken.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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DE2820060A1 DE2820060A1 (de) | 1978-12-07 |
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Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19782820060 Granted DE2820060A1 (de) | 1977-05-11 | 1978-05-08 | Verfahren zur rueckgewinnung von nuklearem brennstoff |
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- 1978-05-04 US US05/902,719 patent/US4248836A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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Free format text: IN HEFT 31/85, SEITE 6489, SP. 3: DIE VEROEFFENTLICHUNG IST ZU STREICHEN |
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