DE2931747C2

DE2931747C2 - Verfahren zum Aufbringen einer metallischen decontaminierbaren Schicht bei einem Lagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe

Info

Publication number: DE2931747C2
Application number: DE19792931747
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Siempelkamp Giesserei KG
Current assignee: Siempelkamp Giesserei KG
Priority date: 1979-08-04
Filing date: 1979-08-04
Publication date: 1982-09-09
Also published as: DE2931747A1

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren /um Aufbringen einer metallischen decontaminierbaren Schicht auf die Innenwand der Aufnahmekammer eines aus Gußeisen oder Gußstahl gegossenen Lagerbehälters für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, wobei die Gußoberflächenschicht zunächst abgearbeitet und auf die dadurch konditionierte Oberfläche eine galvanische decontaminierbare Schicht aufgebracht wird. Galva^ nisch steht dabei als Sammelbegriff für¹ die Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes unter Benützung eines Elektrolyten und für stromlos chemisch; Stromlos chemisch besagt, daß chemische Reaktionspartner in der Elektrolytbadlosung die Metallionen für die decontaminierbare Schicht zum Metaliüberzug reduzieren. Lagerbehälter bezeichnet im Rahmen der Erfindung auch Transportbehälter und/oder solche, die für Transport und Lagerung (Endlagerung) eingerichtet sind. Derartige Lagerbehälter besitzen erhebliche "> Gewichte von z. B. 100 t und mehr, bei einer Bauhöhe von 5 m und mehr. Gußeisen und Gußstahl meint die in Gießereiwesen üblichen Legierungen, insbesondere also auch sphärolithisches Gußeisen. Gußoberflächenschicht meint, daß es sich um die bei der Herstellung durch Gießen entstehende Oberflächenschicht hande'», deren Oberfläche gereinigt, z. B. auch sandgestrahlt sein kann, im übrigen jedoch unbehandelt ist. Grundsätzlich ist es bekannt, die decontaminierbare Schicht auch nicht galvanisch zu erzeugen, nämlich die decontaminierbare Schicht als verlorene Schalung beim Gießen des Lagerbehälters einzusetzen (DE-GM 78 19 282), was für die Schalung große Wanddicken verlangt und aufwendig ist; darüber hinaus ist der Verbund zwischen der verlorenen Schalung und der Gußwand des Lagerbehälters häufig nicht ausreichend stabil.

Gattungsgemäße Lagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, die eine galvanische, decontaminierbare Schicht auf der Innenwand der Aufnahmekammer aufweisen, sind bekannt (DE-AS 27 40 933, DE-GM 77 28 331). Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird die Gußoberflächenschicht mit spanabhebenden mechanischen Werkzeugen, z. B. Schleifwerkzeugen, aogearbeitet. Da die Lagerbehälter in üblichen Werkzeugmaschinen nicht bearbeitet werden können, müssen Personen, die das Abarbeiten der Gußoberflächenschicht vornehmen, mit entsprechenden Werkzeugen häufig in die Aufnahmekammer einsteigen. Das ist aufwendig und verlangt zur Vermeidung von Gesundheitsgefährdungen besondere Schutzmaßnahmen. Andererseits werden an den Langzeitverbund der metallischen decontaminierbaren Schicht mit dem Werkstoff des Lagerbehälters besondere Anforderungen gestellt, die im Rahmen der bekannten Maßnahmen nicht ohne weiteres erfüllbar sind. Störende Poren und Rißhildungen in der decontaminierbaren Schicht, aber auch Ablösungen, werden beobachtet. Das gilt insbesondere, wenn der Lagerbehälter aus Gußeisen besteht und die decontaminierbare Schicht auf eine spanabhebend bearbeitete Oberfläche unter Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes oder stromlos chemisch aufgebracht ist.

Aufgabe der Erfindung ist daher, ein einfaches und funktionssicheres Verfahren zum Aufbringen einer metallischen decontaminierbaren Schicht auf die Innenwand der Aufnahm^kammer eines aus Gußeisen oder Gußstahl gegossenen Lagerbehälters zu schaffen, bei dem ein sicherer Verbund zwischen der aufzubringenden decontaminierbaren Schicht und dem Werkstoff des Lagerbehälters über lange Zeiten sichergestellt ist, und zwar frei von störenden Poren und Rissen.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, ausgehend von dem gattungsgemäßen Verfahren, daß die Gußoberflächerischicht in einer Schichtdicke von etwa einem Millimeter oder mehr elektrochemisch derart abgetragen wird, daß die konditionierte Oberfläche eine Rauhtiefe von etwa 10 μπι oder mehr aufweist. Eine mechanische Bearbeitung der konditionierten Oberfläche findet nicht statt, was selbstverständlich inicht ausschließt, daß vor dem Aufbringen der

decontaminierbaren Schicht Spülbehandlüngen durchgeführt Werden. Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgerriäßeri Verfahrens kann rein elektrochemisch gearbeitet Werden, Man kommt

zum angestrebten Ergebnis aber auch, wenn das elektrochemische Abtragen der Gußoberflächenschicht als elektrochemisches Schleifen durchgeführt wird.

Elektrochemische Bearbeitungsverfahren für Metalloberflächen sind an sich bekannt (H. Opitz »Moderne Produktionstechnik«, 1970, S. 97 bis 119). Die Praxis wendet jedoch die elektrochemische Oberflächenbearbeitung bisher nicht zur Behandlung von Gußoberflächen an. Auch gehen die bekannten Bestrebungen dahin, durch das elektrochemische Abtragen von metallischen Oberflächenschichten Oberflächen mit möglichst geringen Rauhtiefen von weit unter 5 μπι zu erzeugen. Man weiß, daß die Rauhtiefe von der Stromdichte abhängt. In dem Merkmal der Erfindung, wonach eine konditionierte Oberfläche eine Rauhtiefe von etwa 10 μίτι oder mehr aufweist, liegt folglich ein definierter Verfahrensparameter für die elektrochemische Behandlung. Gegenüber diesen bekannten Maßnahmen und Bestrebungen geht die Erfindung von der überraschenden Tatsache aus, daß eine zwar gereinigte und/oder sandgestrahlte, aber im übrigen unbehandelte Gußoberflächenschicht elektrochemisch für die Aufnahme einer galvanischen decontaminierbaren Schicht vorbereitet werden kann, wenn man die Parameter, die in bekannter Weise die elektrochemische Abtragung bestimmen, so wanlt, daß man Rauhtiefen von 10 μπι oder mehr erhält. Eine Gußoberfläche zeigt Einschlüsse und Verunreinigungen. Die Fachwelt befürchtete wohl, daß wegen dieser Einschlüsse und Verunreinigungen ein elektrochemisches Abtragen nicht hinreichend definiert und erfolg- )'« reich durchgeführt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung entsteht eine konditionierte Oberfläche, auf der eine galvanische, metallische decontaminierbare Schicht dauerhaft so haftet, daß der Verbund allen Anforderungen genügt und störende » Poren oder Rißbildungen nicht auftreten. Vermutlich besitzt das Oberflächengebirge, dessen Berge und Täler durch die Rauhtiefe von 10 μίτι oder mehr bestimmt sind, in den Gebirgsflanken und an den Gebirgsspitzen sowie in den Tälern eine Substruktur, die für den 4n galvanischen Verbund mit einer decontaminierbaren Schicht besonders geeignet ist, gleichgültig, ob die decontaminierbare Schicht unter Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes oder stromlos chemisch aufgebracht wird. Das gilt auch für Gußeisen. Überra- Ή schenderweise stören die für das Gußeisengefüge typischen GraphiteiTichlüsse in For ti von Lamellen oder Kugeln nicht. Es entsteht sowohl bei Gußeisen als auch bei Gußstahl eine decontaminierbare Schicht, die allen Anforderungen genügt und durch Poren und w Rißbildungen nicht gefährdet ist. Die decontaminierbare Schicht ist in der konditionierten Oberfläche fest verankert, so daß auch bei erheblichen Wärmedehnungen eine Ablösung der decontaminierbaren Schicht nicht eintritt. v>

Im allgemeinen wird man im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim elektrochemischen Abtragen mit NaCl oder NaCOj als Elektrolytlösung arbeiten. Dabri kommt man ohne weiteres zu der angestrebten Rauhtiefe von etwa ΙΟμηι oder mehr, wenn mit einer Stromdichte von etwa 0,5 A/mm- oder weniger gearbeitet wird.

Die decontaminierbare Schicht kann unter Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes oder stromlos chemisch aufgebracht werden. Man kann sie auch in zumindest zwei Lagen aufbringen und dabei einen Auftrag unter Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes sowie einen stromlos chemischen Auftrag lagenweise kombinieren. Gerade durch solche Kombinationen läßt sich auch eine Oberfläche der decontaminierbaren Schicht erreichen, die eine decontaminierungsfreundliche, geringe Rauhtiefe von z. B. weit unter 5 μίτι aufweist. Sie kann zusätzlich auch elektrolytisch poliert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Lagerbehälters mit nach dem c-.'indungsgemäßen Verfahren aufgebrachter decontaminier jraren Schicht erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Lagerbehälter mit aufgebrachter decontaminierbarer Schicht und

F i g..': im gegenüber der F i g. 1 wesentlich vergrößerten Maßstab einen Ausschnitt entsprechend A aus dem Gegenstand nacn F i g. 1.

Der in den Figuren dargestellte Lagerbehälter 1 besteht aus Gußeisen oder Gußstahl und ist für die Aufnahme von radioaktiven Abfallstoffen, insbesondere ausgebrannten Kernreaktorbrennelementen bestimmt. Er besitzt eine entsprechende Aufnahmekammer 2. Solche Aufnahmekammern 2 haben im allgemeinen einen rechteckigen (einschl. -quadratischen) Querschnitt mit verrundeten Ecken. Sie werden beim Gießvorgang des Lagerbehälters hergestellt.

In der Fig. 2 ist schematisch angedeutet, daß der Gußwerkstoff eine konditionierte Oberfläche 3 mit einer Rauhtiefe von etwa ΙΟμηι oder mehr aufweist. Diese ist von einer metallischen decontaminierbaren Schicht 4 abgedeckt, die eine Dicke von einem bis einigen Millimeter(n) sowie eine Rauhtiefe von unter 5 μΐη aufweist. Dazu wurde die zunächst beim Gießvorgang sich ausbildende Gußoberflächenschicht (gegebenenfalls nach Reinigung und Sandstrahlung) in einer Schichtdicke von etwa einem Millimeter oder mehr elektrochemisch abgetragen. Auf diese Weise entstand die konditionierte Oberfläche 3 mit ihrer angegebenen Rauhtiefe. Auf diese konditionierte Oberfläche 3 wurde unmittelbar die galvanische decontaminierbare Schicht 4 aufgebracht, durch die das Gebirge der konditionieren Oberfläche 3 gleichzeitig au ~h £ .'glättet wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer metallischen decontaminierbaren Schicht auf die Innenwand der Aufnahmekammer eines aus Gußeisen oder Gußstahl gegossenen Lagerbehälters für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, wobei die Gußoberflächenschicht zunächst abgearbeitet und auf die dadurch konditionierte Oberfläche eine galvanische decontaminierbare Schicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußoberflächenschicht in einer Schichtdicke von etwa einem Millimeter oder mehr elektrochemisch derart abgetragen wird, daß die konditionierte Oberfläche (3) eine Rauhtiefe von etwa 10 μηι oder mehr aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochemische Abtragen der Gußoberflächenschicht rein elektrochemisch durchgeführt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochemische Abtragen der Gußoberflächenschicht als elektrochemisches Schleifen durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim elektrochemischen Abtragen mit NaCI oder tiaCOj als Elektrolytlösung gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim elektrochemischen Abtragen mit einer Stromdichte von etwa 0,5 A/mm² oder weniger gearbeitet wird.

6. Verfahren nach ei iem dt Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, iaß die decontaminierbare Schicht (4) unter Anwendung .ines elektrischen Arbeitsstromes aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die decontaminierbare Schicht (4) stromlos chemisch aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die decontaminierbare Schicht (4) aus zumindest zwei Lagen besteht, deren eine unter Anwendung eines elektrischen Arbeitsstromes, deren andere stromlos chemisch aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die decontaminierbare Schicht (4) elektrolytisch geglättet wird.