DE2942092C2

DE2942092C2 - Final storage containers for radioactive waste, in particular irradiated nuclear reactor fuel elements

Info

Publication number: DE2942092C2
Application number: DE19792942092
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Finkbeiner; Wolfgang von Dipl.-Ing. 4650 Gelsenkirchen Heesen; Peter Ing.(grad.) Quaaßdorff; Wilhelm Dr.-Ing. 4300 Essen Wick
Original assignee: Steag Kernenergie 4300 Essen De GmbH
Current assignee: Steag Kernenergie 4300 Essen De GmbH
Priority date: 1979-10-18
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE2942092A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus einem Innenbehälter, einem metallenen Außenbehälter und einem zwischen Innen- und Außenbehälter angeordneten Graphitmantel, wobei der Innenbehälter und der Außenbehälter jeweils durch einen Deckel verschlossen sind.The invention relates to a final storage container for radioactive waste, in particular irradiated nuclear reactor fuel elements, consisting of an inner container, a metal outer container and a graphite jacket arranged between the inner and outer container, the inner container and the outer container each being closed by a lid.

Bei einem bekannten Behälter dieser Art (DE-OS 18 518) besteht der Graphitmantei aus zerkleinertem Graphit, der in den Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Außenbehälter eingefüllt ist. Dieser Graphitmantel dient als Neuironcnabschirmung bei einer längeren Zwischenlagcrung des Endlagerbehälters im Freien.In a known container of this type (DE-OS 18 518) the graphite coating consists of crushed Graphite that is filled into the space between the inner container and the outer container. This graphite jacket serves as a new iron shield if the final storage container is to be stored outdoors for a longer period of time.

In das Endlager, z. B. in eine Hartfelsmine, gelangt nur der mit den radioaktiven Abfallstoffen gefüllte metallene Innenbehälter. Dieser besitzt aber keine für geologische Zeiträume ausreichende Korrosionsbeständigkeit, wenn die Endlagerung in einer Steinsalzformation erfolgen soll, wo die Bildung einer wäßrigen und damit korrosiven Salzlösung nicht ausgeschlossen werden kann.In the repository, e.g. B. in a hard rock mine, only gets the metal inner container filled with the radioactive waste. However, this does not have sufficient corrosion resistance for geological periods, if the final storage is to take place in a rock salt formation, where the formation of an aqueous and thus corrosive salt solution cannot be ruled out.

Aus der DE-OS 27 26 335 ist ein für die Lagerung in einer Steinsalzformation geeigneter EndlagerbehälterFrom DE-OS 27 26 335 is a for storage in repository suitable for a rock salt formation

ίο bekannt, bei dem ein metallener Innenbehälter zur Aufnahme der radioaktiven Abfallstoffe in ein Rollreifenfaß eingebracht und der Zwischenraum zwischen Innenbehälter, Rollreifenfaßwandung und Rollreifenfaßdeckel mit einer Füllung aus Beton, Bitumen oder glaskeramiίο known, in which a metal inner container for receiving the radioactive waste in a roll hoop barrel introduced and the space between the inner container, roll hoop barrel wall and roll hoop barrel cover with a filling made of concrete, bitumen or glaskerami iChem Material vergossen ist Das Rollreifenfaß wird in einem mit einem Deckel verschließbaren Außenbehälter aus Beton oder Stahl eingebracht, der als Abschirmung zur Einlagerung von mittelaktiven Abfällen mit höherer Dosisleistung in dem Tieflager dientiChem material is potted The roll hoop barrel is in an outer container made of concrete or steel, which can be closed with a lid, is used as a shield for the storage of medium-level waste higher dose rate in the underground storage is used

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Endiagcfbehaiier der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe radioaktive Abfallstoffe und insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente unmittelbar einer Endlagerung mit korrosiver Umgebung zu-It is the object of the present invention to create an end storage container of the type mentioned at the beginning, with the aid of which radioactive waste materials and in particular irradiated nuclear reactor fuel elements are directly disposed of in a corrosive environment. geführt werden können, wobei auch über geologische Zeiträume eine Kontamination der Biosphäre unterbunden wird.can be managed, whereby a contamination of the biosphere is prevented over geological periods of time.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Graphitmantel als gas- und flüssigkeitsdichterThis object is achieved according to the invention in that the graphite jacket is gas- and liquid-tight Korrosionsschutzbehälter ausgebildet ist und aus einem Graphit-Behältertopf, der mit zwei Graphitdeckeln verschlossen ist, besteht, wobei die mit konischen Dichtflächen versehenen Graphitdeckel in entsprechenden Aufnahmen des Graphitbehälters gehalten sind.Corrosion protection container is formed and consists of a graphite container pot, which is closed with two graphite lids, the graphite lids provided with conical sealing surfaces being held in corresponding receptacles in the graphite container.

js Graphit gehört zu den chemisch beständigsten Materialien und kann daher einen durch Korrosion praktisch unzerstörbaren Schutz für den Innenbehälter bilden, wenn der Graphitmantel gas- und flüssigkeitsdicht gemacht wird. Gas- und flussigkeitscni.hi.er Graphit istjs graphite is one of the most chemically resistant materials and can therefore be used by corrosion Form indestructible protection for the inner container if the graphite jacket is made gas and liquid tight. Graphite is gas and liquid handelsüblich und verhältnismäßig billig zu beschaffen. Es ist z.B. aus Techn. Überwach. Bd. 9 (1968), Nr. 1, S. 12—14 bekannt. Kohlenstoff in die Poren von Elektro-Graphit einzulagern, um dadurch ein gas- und flüssigkeitsdichtes Material zu erhalten. Auch ist es möglich,commercially available and relatively cheap to procure. It is e.g. from Techn. Vol. 9 (1968), No. 1, Pp. 12-14 known. To store carbon in the pores of electro-graphite in order to obtain a gas- and liquid-tight material. It is also possible den Behältertopf und die Graphitdeckel für den Korrosionsschutzbehälter hinsichtlich Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid zu verbessern. Weiterhin zeigt die US-PS 32 31 521. daß Graphitkörper mit gewünschthe container pot and the graphite lid for the corrosion protection container with regard to gas and liquid tightness with pyrolytically applied carbon and / or to improve silicon carbide. Furthermore, the US-PS 32 31 521th shows that graphite body with desired ter Dichte hergestellt werden können, indem Graphit pulver mit Borkarbid und einem Kunstharz als Binder vtrmischt wird und der gewünschte Formkörper in einer Presse erzeugt und danach so erwärmt wird, daß nur der karbonisierte Rest des verwendeten BindemittelsThe density can be produced by using graphite powder is mixed with boron carbide and a synthetic resin as a binder and the desired shaped body is produced in a press and then heated so that only the carbonized remainder of the binder used verbleibt.remains.

Während der Innenbehälter wie bei der DE-OS 24 18 518 als metallener Behältertopf mit aufgeschweißtem metallenen Deckel ausgeführt werden kann, wird zur weiteren Erhöhung der KorrosionsbeständigkeitWhile the inner container can be designed as a metal container pot with a welded-on metal lid, as in DE-OS 24 18 518 to further increase the corrosion resistance

bo des Endliigcrbehäliers bevorzugt, daß der Innenbehälter aus Graphit besteht. In diesem Falle kann der Behältcrtopf des Innenbehälters einstückig mit dem Behältcrtopf des Korrosionsschutzbehälters ausgeführt werden. Es kann zweckmäßig sein, daß der Innenbehälter mitbo des Endliigcrbehäliers preferred that the inner container consists of graphite. In this case, the container pot of the inner container can be made in one piece with the container pot of the corrosion protection container. It can be useful that the inner container with dem Behältertopf verbunden ist. Dies kann z. B. durch Kleben erreicht werden. Eine einfache Ausbildung des Innenbehälters erhält man, wenn der Innenbehälter als Wabenkörper ausgebildet ist, in dessen Waben die ra-is connected to the container pot. This can e.g. B. by Gluing can be achieved. A simple design of the inner container is obtained when the inner container as Honeycomb body is formed, in whose honeycombs the ra-

dioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind, ζ. Β. Brennelementbündel, und zwar auch zusammen mit Stäben aus einer neutronenabsorbierenden Substanz, z. B. Bor.dioactive waste materials can be used, ζ. Β. Fuel assemblies, namely also together with rods made of a neutron-absorbing substance, e.g. B. boron.

Aus der DE-OS 23 04 665 ist im Zusammenhang mit einem Transportbehälter für radioaktives Material an sich bekannt, in einem metallenen Innenbehälter einen Wabenkörper als Abstandshalter aus einer Aluminiumlegierung vorzusehen, der die vom Innenbehälter aufzunehmenden Brennelemente im Behälter in ihrer Soll-Lage halten soll und gleichzeitig als Wärmeableitung und Neutronenabsorber dient. Die Aufnahmeräume für die Brennelemente sind im wesentlichen gleichförmig über den Querschnitt des Abstandhalters verteilt. Ein Hinweis auf Graphit findet sich nicht.From DE-OS 23 04 665 is in connection with a transport container for radioactive material known to be in a metal inner container Honeycomb body as a spacer made of an aluminum alloy to be provided, the to be received by the inner container To keep fuel elements in the container in their target position and at the same time as heat dissipation and Neutron absorber is used. The receiving spaces for the fuel assemblies are essentially uniform across distributed across the cross-section of the spacer. There is no reference to graphite.

Anstelle des Einbringens von Stäben aus einer neutronenabsorbierenden Substanz zusammen mit dem radioaktiven Material in die Waben des Wabenkörpers ist es jedoch vorteilhafter, wenn der Wabenkörper Zusatzbohrungen aufweist, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.Instead of introducing rods from a neutron absorbing Substance together with the radioactive material is in the honeycomb of the honeycomb body However, it is more advantageous if the honeycomb body has additional bores that are made with a neutron-absorbing one Substance are filled.

Unabhängig von der Ausbildung des Innenbehälters als Wabenkörper oder Hohlkörper ist es für die Neutronenabsorption u. U. auch zweckmäßig, wenn der Graphit des Korrosionsschutzbehälters mit einer neutronenabsorbierenden Substanz versetzt istRegardless of the design of the inner container as a honeycomb body or a hollow body, it is responsible for neutron absorption may also be useful if the graphite of the corrosion protection container is covered with a neutron-absorbing Substance is added

Um einen einwandfreien, voneinander unabhängigen Verschluß der Graphitdeckel in den zugeordneten Aufnahmen des Behältertopfes zu gewährleisten, sollten die beiden Graphitdeckel mit zwar geringem, aber endlichem Abstand übereinander in den Aufnahmen des Behältertopfes gehalten sein. Am einfachsten kann dies bewerkstelligt werden, wenn die Graphitdeckel mit dem Behältertopf verschraubt sind. Zweckmäßigerweise liegen dabei zwischen den Graphitdeckeln und dem Behältertopf jeweils Graphitdichtungen.To ensure a perfect, independent closure of the graphite lids in the associated receptacles To ensure the container pot, the two graphite lids should have a small, but finite Be kept at a distance one above the other in the receptacles of the container pot. The easiest way to do this be accomplished when the graphite lids are screwed to the container pot. Expediently lie graphite seals between the graphite lids and the container pot.

Es ist aber auch möglich, daß die Graphitdeckel mit dem Behälter verklebt sind. Dabei sollte das verwendete Klebemittel so eingestellt bzw. nachbehandelt werden, daß es die gleiche Korrosionsschutzbeständigkeit wie der Korrosät.issehutzbehälter aufweist.But it is also possible that the graphite lids are glued to the container. The should be used Adhesive can be adjusted or treated so that it has the same corrosion protection resistance as the corrosion protection container has.

Verschiedene Ausführungsformen des Endlagerbehälters sollen nun anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigtVarious embodiments of the final storage container will now be explained with reference to the figures. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Endlagerbehälters,1 shows a longitudinal section through a first embodiment of the final storage container,

F i g. 2 ei;;en Querschnitt durch der. Endlagerbehälter nach F i g. 1 undF i g. 2 ei ;; en cross section through the. Final storage container according to FIG. 1 and

Fig.3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform. 3 shows a cross section through a second embodiment.

Die in den Figuren durgestellten Endlagerbehälter dienen der Endlagerung von radioaktiven Abfallstoffen, insbesondere von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, in korrosiver Umgebung. In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht jeder Endlagerbehälter aus einem Innenbehälter 1, aus einem Graphitmantel und einem metallenen Außenbehälter 2, die jeweils durch einen Deckel 3 bzw. 4 verschlossen sind. Der Graphitmantel liegt zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Außenbehälter 2 und ist als gas- und flüssigkeitsdichter Korrosionsschutzbehälter ausgebildet und besteht aus einem Graphit-Behältertopf 5 und zwei diesen verschließenden Graphitdeckeln 6 und 7, die mit konischen Dichtflächen 8 in entsprechende Aufnahmen 9 des Graphit-Behältertopfes 5 gehalten sind. Aus Fig. 1 und 2 erkennt man, daß der Außenhehälter 2 mit Augen 10 versehen t>5 ist, die ein Angreifen von Kranhaken am Behälter ermöglichen. Bei der in der Γ i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist de' Innenbehälter I in Metall und mil aufge schweißtem Deckel 3 ausgeführt. Er kann aber auch aus Graphit bestehen und mit dem Graphit-Behältertopf 5 einstückig ausgebildet sein (diese Ausführungsform ist nicht dargestellt). Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 besitzt der Innenbehälter außen und innen Quadergestalt. The final storage containers shown in the figures are used for the final storage of radioactive waste materials, especially of irradiated nuclear reactor fuel elements in a corrosive environment. In its fundamental Each final storage container consists of an inner container 1, a graphite casing and a structure metallic outer container 2, which are each closed by a lid 3 and 4, respectively. The graphite coat lies between the inner container 1 and the outer container 2 and is a gas- and liquid-tight corrosion protection container formed and consists of a graphite container pot 5 and two these closing Graphite lids 6 and 7 with conical sealing surfaces 8 in corresponding receptacles 9 of the graphite container pot 5 are held. From FIGS. 1 and 2 it can be seen that the outer holder 2 is provided with eyes 10 t> 5 that enable crane hooks to grip the container. In the case of the Γ i g. 1 embodiment shown is de 'inner container I made of metal and mil welded cover 3 executed. However, it can also consist of graphite and with the graphite container pot 5 be formed in one piece (this embodiment is not shown). In the embodiment according to FIG. 1 and 2, the inner container has a parallelepiped shape on the outside and inside.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 besitzt der Innenbehälter 1 außen die Gestalt eines Kreis/.ylindcrs und ist im übrigen als Wabenkörper ausgebildet, in dessen Waben die radioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind Der Wabenkörper ist mit Zusatzbohrungen Il versehen, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.In the embodiment of Figure 3 has the Inner container 1 outside the shape of a circle / .ylindcrs and is also designed as a honeycomb body, in whose honeycombs the radioactive waste can be used The honeycomb body is provided with additional bores II, which are filled with a neutron-absorbing substance are filled.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist die neutronenabsorbierende Substanz gleichmäßig im Graphit des Korrosionsschutzbehälters, d. h. im Behältertopf 5 und den Deckeln 6 und 7 verteilt. Behältertopf 5 und Graphitdeckel 6 und 7 sind mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid beschichtet.In the embodiment according to FIG. 1 is the neutron absorbing Substance evenly in the graphite of the corrosion protection container, d. H. in the container 5 and the lids 6 and 7 distributed. Container pot 5 and graphite lids 6 and 7 are pyrolytically applied Coated with carbon and / or silicon carbide.

Wie die F i g. 1 zeigt, sind die beiden Graphitdeckel 6 und 7 mit Abstand übereinander in ac-n Aufnahmen 9 des Graphit-Behältertopfes 5 gehalten, und zwar durch Verschrauben. Entsprechende Gewinde 12 sind im Bereich der konischen Dichtflächen in der F i g. 1 angedeutet. Weiterhin sind in der Fig. I Graphitdichtungen 13 angedeutet, die zwischen den Graphitdeckeln 6 und 7 einerseits und dem Behältertopf 5 andererseits liegen. Der metallene Außenbehälter 2 weist außerdem noch äußere Kühlrippen 14 auf.As the F i g. 1 shows the two graphite lids 6 and 7 spaced one above the other in ac-n recordings 9 of the graphite container pot 5 held, namely by Screw. Corresponding threads 12 are shown in the area of the conical sealing surfaces in FIG. 1 indicated. Furthermore, graphite seals 13 are indicated in FIG. I, which are located between the graphite covers 6 and 7 on the one hand and the container pot 5 on the other hand. The metal outer container 2 also has outer cooling fins 14.

Einzulagernde Brennstäbe werden ggf. in Tragkörben oder Kochern gebündelt in den Innenbehälter 1 eingesetzt, woraufhin der zugeordnete Deckel 3 aufgesetzt und rundum verschweißt wird. Dieser dicht verschlossene, an sich für die Endlagerung nicht hinreichend korrosionsbeständige metallene Innenbehälter 1 wird dann in den Graphit-Behältertopf 5 eingesetzt, in den anschließend die Graphitdeckel 6 und 7 nacheinander eingeschraubt werden. Hieran wird der aus Behältertopf ii und Deckeln 6 und 7 bestehende Korrosionsschuizbehälter in den metallenen Außenbehälter 2 eingesetzt und mit dem zugehörigen Deckel 4 verschweißt. Abschließend wird der Behälter der Endlagerung zugeführt. Fuel rods to be stored are, if necessary, bundled in carrier baskets or stoves and inserted into the inner container 1, whereupon the assigned cover 3 is put on and welded all around. This tightly closed, Metal inner container 1, which is not sufficiently corrosion-resistant per se for final disposal, is then used in the graphite container pot 5 is inserted into which the graphite lids 6 and 7 are then screwed one after the other will. The corrosion protection container consisting of container pot ii and lids 6 and 7 is attached to this inserted into the metal outer container 2 and welded to the associated cover 4. Finally the container is sent to final disposal.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

Patent claims:

1. Endlagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus einem Innenbehälter, einem metallenen Außenbehälter und einem zwischen Innen- und Außenbehälter angeordneten Graphitmantel, wobei der Innenbehälter und der Außenbehälter jeweils durch einen Deckel verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitmantel als gas- und flüssigkeitsdichter Korrosionsschutzbehälter (5,6,7) ausgebildet ist und aus einem Graphit-Behältertopf (5), der mit zwei Graphitdekkeln (6, 7) verschlossen ist. besteht, wobei die mit konischen Dichtflächen (8) versehenen Graphitdekkel (6,7) in entsprechenden Aufnahmen (9) des Graphit-Behältertopfes (5) gehalten sind.1. Final storage container for radioactive waste, in particular irradiated nuclear reactor fuel elements, consisting of an inner container, a metal outer container and an inner container and outer container arranged graphite jacket, wherein the inner container and the outer container are each closed by a cover, characterized in that the graphite jacket is designed as a gas- and liquid-tight corrosion protection container (5,6,7) and consists of a Graphite container pot (5) which is closed with two graphite lids (6, 7). consists, with the Conical sealing surfaces (8) provided graphite cover (6,7) are held in corresponding receptacles (9) of the graphite container pot (5).

2. Endlagerbehälter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) aus Graphit besieht.2. Final storage container according to claim I, characterized in that the inner container (1) made of graphite considered.

3. Endlagerbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) mit dem Behältertopf (5) verbunden ist3. Final storage container according to claim 1 or 2, characterized in that the inner container (1) with the container pot (5) is connected

4. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne! daß der Innenbehälter (1) als Wabenkörper ausgebildet ist, in dessen Waben die radioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind.4. final storage container according to one of claims 1 to 3, characterized in that! that the inner container (1) is designed as a honeycomb body, in which The radioactive waste materials can be used in honeycombs.

5. Endlagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper Zusatzbohrungen (11) auf. eist, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.5. Final storage container according to claim 4, characterized in that the honeycomb body has additional bores (11). ice filled with a neutron absorbing substance.

6. EndlagerbehäJter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, ^aß der Graphit des Korrosionsschutzbehälters (5,6.7) mit einer neutronenabsorbierenden Substanz versetzt ist.6. Final storage container according to one of claims 1 to 5, characterized in that the graphite of the Corrosion protection container (5,6.7) is mixed with a neutron-absorbing substance.

7. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältertopf (5) und die Graphitdeckel (6, 7) mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid beschichtet sind.7. final storage container according to one of claims 1 to 6, characterized in that the container pot (5) and the graphite cover (6, 7) with pyrolytically applied carbon and / or silicon carbide are coated.

8. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche ? bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitdekkel (6,7) mit dem Behältertopf (5) verschraubt sind.8. Final storage container according to one of the claims? to 7, characterized in that the graphite covers (6, 7) are screwed to the container pot (5).

9. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Graphitdeckeln (6, 7) und dem Behältcrtopf (5) jeweils Graphitdichtungen (13) liegen.9. final storage container according to one of claims 1 to 8, characterized in that between the Graphite lids (6, 7) and the container pot (5) each have graphite seals (13).

10. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitdekkel (6,7) mit dem Behältertopf (5) verklebt sind.10. Final storage container according to one of claims 1 to 7, characterized in that the graphite cover (6,7) are glued to the container pot (5).