DE2856243C2 - Vorrichtung zum Abfangen von Tritium aus Behältern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abfangen von Tritium aus Behältern mit einem das Tritium oxidierenden Katalysator und einem wasserbindenden Material.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 34 876 bekannt Dabei wird ein das Tritium enthaltendes Gas nacheinander durch eine einen Katalysator enthaltende Verbrennungsvorrichtung und einen Trockner zur Aufnahme des tritiierten Wassers geschickt Diese Verfahrensweise setzt eine systematische Förderung des zu behandelnden Gases voraus.

Solche Fördereinrichtungen und Anlagen für Verbrennung und Wasser-Absorption bedeuten einen erheblichen Aufwand, der bei Tritium als Verunreinigung mitführenden Gasen in Leitungen zur Abtrennung; des Tritiums vernünftig, bei Behältern für die Lagerung von Tritium oder Tritium abgebenden Materialien oder auch bei nur Tritium führenden Leitungen unzweckmäßig ist.

Der sichere Abschluß von Tritium enthaltenden Systemen spielt in der Kerntechnik eine wesentliche Rolle, wie z. B. bei der mehrjährigen Zwischenlagerung von verbrauchten Hochtemperatur-Brennelementen in geschlossenen Behältern oder etwa bei der Konzeption von Leitungen für tritiumhaltige Gase oder Flüssigkeiten. Eine Rückhaltung des Tritiums in solchen Systemen ist eine unabdingbare Forderung für den praktischen Betrieb. Wasserstoff zeigt bei erhöhten Temperaturen eine beachtliche Permeation durch Behllterwände, so daß eine Freigabe durch die Wand zu befürchten ist

Besonders problematisch ist auch die Verhinderung von Tritiumleckagen an den Behälteröffnungen, Übliche

Kunststoffdichtungen versagen im allgemeinen^ bei Anwendung in dem genannten Bereich, da durch die erhebliche Strahlenbelastung Versprödungen oder Erweichungen auftretende die Dichtigkeit beeinträchtigen,

Bei Leitungen und Behältern hat man bereits versucht eine Schwächung der Tritiumpermeation durch aufgewachsene Korrosionsschichten zu erzielen. Bei Langzeitversuchen zeigt sich jedoch im Bereich höherer Temperaturen ein nur unbefriedigender Effekt

In Form von Wasser vorliegendes Tritium kann durch ein wasserbindendes oxidisches Gettermaterial, z. B. aus Calciumoxid, gemäß der US-PS 37 64 552 in Behältern fixiert werden. Diese Schrift betrifft ein Verfahren zur Vermeidung eines Druckanstiegs in Behältern mit

brennbaren Materialien durch Absorption der Verbrennungsgase.

Die für die Absorption von elementarem Wasserstoff in Betracht gezogene Hydridbiidung mit MetaJien der Behälterwand erscheint zwar primär als besonders attraktiv, da der Wasserstoff so unter Bildung von Verbindungen angelagert werden könnte, die einen relativ geringen Dampfdruck besitzen. Leider wird die Hydridbildung jedpch durch nicht zu vermeidende Spuren oxidierender Substanzen stark gehemmt, und im

jo übrigen entgehen erhebliche Tritiumanteile bei gleichzeitig anwesender Feuchtigkeit über Austauschphänomene mit vorhandenem Wasser der gewünschten Hydridbildung. Aus diesem Grunde ist auch die aus der DE-OS 25 36 798 bekannte Tritiumaufzehrung mit Hilfe

J5 von Absorberkörpern, die einen Hydridbildner innerhalb einer festen, für Wasserstoff durchlässigen Hülle enthalten, abgesehen von der verringerten Aktivität solcher umhüllten Körper, nicht voll befriedigend. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung

zu schaffen, mit der eine angemessene Hemmung der Tritiumabgabe aus Behältern oucr Rohren erreicht werden kann, die Tritium oder tritiumhaltiges Material enthalten, wobei ein Nachlassen der Abdichtwirkung aufgrund von Strahlenschäden kompensiert werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator und das wasserbindende Material zu einem einheitlichen Körper zusammengesetzt sind.

Die zur Lösung dieser Aufgabe entwickelte erfindungsgemäße Vorrichtung basiert auf der Grundidee,

so daß der Tritiumiransport durch Behälterwände oder entlang von Grenzflächen bei Dichtungen oder Verschlüssen durch Vergrößerung des Moleküls infolge einer chemischen Umwandlung dann besonders wirkungsvoll verlangsamt oder unterbunden werden kann,

wenn der Katalysator und das wasserbindende Material unmittelbar nebeneinander vorliegen. Die Anlagerung oder Fixierung der gebildeten Verbindung führt zu einem ähnlichen Effekt wie die unmittelbare Umwandlung des Tritiums in eine Verbindung mit, bei den infrage

kommenden Temperaturen, niedrigem Sättigungsdruck und geringer Permeationsrate. Dabei erfolgt die Umwandlung in an sich bekannter Weise katalytisch zum Wasser, das dann am Trockenmittel angelagert wird. Diese Umsetzung und Anlagerung stören sich gegenseitig nicht, so daß es ohne weiteres möglich ist, sowohl den Katalysator als auch das Trockenmittel nebeneinander an Stellen vorzusehen, wo eine Tritiumsenke erwünscht oder erforderlich ist.

Ein solcher Körper Har»n in vorteilhafter Weise durch eine entsprechende Granulatmischung oder -schichtung in einer gasdurchlässigen Hülle innerhalb eines Behälters oder an Behälleröffnungen oder durch entsprechende Beläge oder Zwischenschichten an Behälterwänden gebildet werden.

Auf diese Weise wird nicht nur Tritium oder tritiierter Wasserstoff, sondern auch tritiiertes Wasser zurückgehalten, das ohnehin aufgrund von vorhandener Feuchtigkeit und Austauschphänomenen anwesend sein wird.

Die Anlagerung des Tritiums an im Behälter vorhandenen Sauerstoff wird durch Katalysatoren herbeigeführt, die je nach Anwendungsgebiet bei unterschiedlichen Temperaturen wirksam sind. So erfolgt bereits bei Zimmertemperatur eine ausreichend rasche Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff an Edelmetallkatalysatoren, die mithin in diesem Bereich bevorzugt angewandt werden sollten.

Ab etwa 100 bis 150⁰C eignen sich speziell aktivierte Kupferoxidkatalysatoren, wie sie z.B. als Verbrennungskatalysatoren im Handel erhältlich sind. Im Bereich hoher Temperaturen, die eiwa über 500 bis 600⁰C hinausgehen, kommt auch eine reine Reduktion von Oxidmassen wie z.B. Kupferoxid oder etwa Manganoxid oder Rheniumoxid in Betracht, wobei die Temperaturgrenze nach oben primär durch die thermische Stabilität dieser Massen bestimmt wird. Daneben ist jedoch zu berücksichtigen, daß es bei hohen Temperaturen Schwierigkeiten bereiten wird, das gebildete Wasser als solches aufrechtzuerhalten und zu fixieren oder zurückzuhalten, ohne daß eine Rückverwandlung in Wasserstoff erfolgt

Das gebildete tritiierte Wasser wird zwar aufgrund der verminderten Permeationsgeschwindigkeit des vergrößerten Moleküls von der Behälterwand selbst zurückgehalten, jedoch ergibt sich eine verbesserte Wirkung durch die benachbart zum Oxid-Katalysator vorgesehenen wasserbindenden Materialien, die Wasserspuren begierig aufnehmen und nur eine außerordentlich kleine Desorptions- oder Zerfallskonstante besitzen.

Materialien, die bei den infrage kommenden Temperaturen als gute Trockenmittel bekannt sind, wie Phosphorpentoxid, Calciumchlorid, Barium- und/oder Calciumoxid, Silicagel oder auch wasseranlagernde Verbindungen, wie z. B. entsprechende Magnesiumsalze oder spezielle Sulfate, die eine angemessene Aufnahmefreudigkeit für Wasser besitzen und angelagertes Wasser erst bei erhöhten Temperaturen wieder abgeben, sind geeignet. Zu letzteren sind Verbindungen wie Magnesiumperchlc^at, Magnesiumchromat, Magnesium- oder Manganphosphat, Cer- oder Thoriumsulfat oder ai-";h Kobaltphosphat oder -sulfat zu zählen.

Bei der für die Brennelementlagerung besonders interessierenden Temperatur von etwa 15O⁰C wird vorzugsweise eine Kombination von aktiviertem Kupferoxid mit Barium- und/oder Calciumoxid oder auch Cer- oder Thoriumsulfat oder mit streng getrocknetem Silicagel vorgesehen.

Die anfangs eingesetzte Menge an Katalysator und Wasser bindendem Material soll auf die zu oxidierende Menge Tritium und Wasserstoff sowie die Standzeit des tritiumführenden Behälters abgestimmt sein.

Nachstehend werden Ausföhrungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung erläutert:
Fig, 1 zeigt eine mit üblichem Verschluß versehene

Behälteröffnung mit darin angeordneter gasdurchlässig umhüllter Packung.

Fig.2 zeigt eine Rohr- oder Behälterwand mit Tritium abfangender Zwischenschicht
Die Umsetzung des Tritiums zu tritiiertem Wasser

ίο und dessen Fixierung an Wasser bindenden Materialien dient zur Verminderung des Tritiumpartialdrucks in abgeschlossenen Behältern, wie z. B. in Lagerkannen für verbrauchte Brennelemente, indem in die Kannen zusammen mit den Brennelementen Packungen eingebracht werden, die eine gasdurchlässige Hülle haben und Oxidkatalysatormaterial, das ggf. als Mischung bei unterschiedlichen Temperaturen wirksam ist, sowie Wasser bindendes Material ggf. in schichtweisem Aufbau aufweisen. Sowohl Katalysatoren als auch Wasser bindende Materialien sind in Granulatform bekannt, wd daß Granulatmischungen oder eine schichtweise Anordnung solcher Gunu'ate mit einer netzartigen Umhüllung zweckmäßig aiigr wandt werden können. Eine solche Packung in Form eines Verschlußpfropfens kann auch für eine primäre Abdichtung von Behälteröffnungen gegen Tritiumaustritt verwendet werden, und über diesen Pfropfen kann dann der eigentliche Behälterverschluß übergreifen, wie es durch die Zeichnung veranschaulicht wird.

Gemäß F i g. 1 ist die öffnung einer Trockenlagerkanne 1 für verbrauchte Brennelemente mit einem gasdichten Behälterstopfen 2 von üblicher Art versehen. Da Tritiumleckagen über lange Zeiten hinweg insbesondere bei Nachlassen der Dichtwirkung des Stopfens 2 nicht ausgeschlossen werden können, ist unterhalb des Stopfens 2 eine Packung 3 aus umhülltem Katalysator und Wasser bindendem Material derart in der öffnung angeordnet, daß zum Stopfen gelangendes Gas zwangsläufig die Packung 3 durchsetzen muß. In der

•to Kanne 1 ist üblicherweise Luft als Lagergus enthalten, so daß der für die Tritiumumwandlung erforderliche Sauerstoff ausreichend zur Verfügung steht.

Die Kanne kann zusätzlich Packungen enthalten und/oder eine Tritium oxidierende und Wasser fixieren-

■t-3 de Schicht an der Behälterwandung, auch als Zwischenschicht im Spalt einer Doppelwand oder als Oberflächenschicht, wie etwa einen mit entsprechenden Bindemitteln aufgetragenen Anstrich aufweisen.
Fig.2 zeigt den Aufbau eines doppelwandigen

so Behälters oder Rohres, das ein tritiumhaltiges Medium führt:

An eine als wasserstoffdurchlässig angesehene innere Wand 4 schließt sich eine Tritium oxidierende und Wasser bindende Zwischenschicht 5 an, die nach außen ru v,n einer wasserundurchlässigen Wand 6 begrenzt wird. Im Medium 7 enthaltene Wasserstoffanteile 8, die durch die innere Wand 4 hindurchgelangtn, treffen so auf die Zwischenschicht 5 und werden dort in Wasser umgewandelt und fixiert. Die vorstehende Anordnung

besteht z. B. a-js zwei konzentrischen Rohren aus V2A-Stahl, zwischen die ein Kupferoxid-Silicagelgranulat eingefüllt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Abfangen von Tritium aus Behältern mit einem das Tritium oxidierenden Katalysator und einem wasserbindenden Materiell dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator und das wasserbindende Material zu einem einheitlichen Körper zusammengesetzt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper eine gasdurchlässig umhüllte Packung (3) ist,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als Granulatmischung oder als schichtweise Anordnung von Granulaten in einer gasdurchlässigen Hülle ausgebildet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper als Belag auf der Behälterwandung ausgebildet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei doppelwandig ausgebildeten Behältern der Körper eine im Spalt der Doppelwand (4.6) angeordnete Zwischenschicht (5) ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Packung (3) unter einem eine öffnung des Behälters (1) verschließenden Behälterverschluß (2) abdichtend angeordnet ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daa bei Behältern für die Zwischenlagerung von verbrauchten Hochtemperaturbrennelementen der Körper eine Kombination von in der Gegend von 100 bis 200⁰C reaktivem Kupferoxirt mit Barium- und/oder Calciumoxid, Cer- oder Thoriumsulfat oder Silicagel enthält

8. Vorrichtung nach einen, der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper an möglichen Austrittsstellen vor esehen ist