DE2944174A1

DE2944174A1 - Safety enclosure for hazardous underground plant - having layers of gravel mixed with plastic foam and moist clay

Info

Publication number: DE2944174A1
Application number: DE19792944174
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl Phys Morlock
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-11-06
Filing date: 1979-11-02
Publication date: 1980-05-14

Abstract

A safety enclosure for an underground nuclear plant or chemical installation from which radioactive or toxic substances may be released in case of breakdowns consists of a first thick layer of gravel over the wall lining of the excavation. The next layer is made of open-celled polyurethane foam mixed with gravel. A final layer of wet clay and gravel is chosen thick enough to suit the diffusion speed of the expected contaminant and extends below the ground water level. This results in the redn. and retardation of the emission of any dangerous substances into the atmos. or ground water.

Description

"Zusätzlicher Einschluß für eine kerntechnische oder chemische Anlage mit gefährlichen Stoffen" Gegenstand der im folgenden beschriebenen Erfindung ist ein zusätzlicher Einschluß für eine kernt@@hnische oder chemische Anlage mit gefährlichen Stoffen,der bei hypothetischen Störfällen die gefährlichen Stoffe größtenteils zurückhält und erst nach großen Zeiträumen einen verschwindend geringen Teil in die Umwelt gelangen luft."Additional inclusion for a nuclear or chemical plant with dangerous substances" The subject of the invention described below is an additional inclusion for a nuclear or chemical plant with dangerous substances, which in hypothetical accidents the dangerous substances for the most part retains and only after a long period of time a negligibly small part is released into the environment.

Größere Freisetzungen gefährlicher Stoffe - z.B. radioaktiver Gase aus kerntechnischen Anlagen - in die Umgebung können zu schweren Schäden führen.Eine große Freisetzung ist z.B. zu erwarten,wenn der Kern eines Kernkraftwerks schmelzen sollte und dr Sicherheitsbehälter dem entstehenden Überdruck nicht standhält.Solch ein tjnfall ist sehr unwahrscheinlich,er wird jedoch bei Risikountersuchungen betrachtet (vergl. Rasmussen et al: Reactor Snfety Study -RSS- Wasch 1400).Diese Studie zeigt,daß die Konsequenzen einer solchen unfallbedingten Freisetzung entscheidend vermindert werden können,wenn die radioaktiven Stoffe durch eine geeignete Erdschicht diffundieren müssen,bevor sie in die Umgebung gelangen können.Die Reduktion der Freisetzung in die Umgebung geschieht dadurch,daß die radioaktiven Stoffe einesteils durch Adsorption oder chemische Prozesse an da Bodenmaterial gebunden werden oder anderenteils einem langrnmen Diffusinnsiprozcn unterliegen,der zu einer stark verzögerten und wegen des radioaktiven Zerfalls reduzierten Freisetzung in die Umgebung führt (vergl. Reactor Safety tudy -RSS-,Hauptband S.97) Gleiches gilt mit Ausnahme des radinaktiven Zerfalls auch für giftige Stnffe aus chemischen Anlagen. Larger releases of dangerous substances - e.g. radioactive gases from nuclear facilities - into the environment can lead to serious damage large releases are to be expected, for example, when the core of a nuclear power plant melts should and the containment cannot withstand the resulting overpressure an accident is very unlikely, but it will be considered in risk investigations (See Rasmussen et al: Reactor Safety Study -RSS-Wash 1400). This study shows that the consequences of such an accidental release are significantly reduced if the radioactive substances diffuse through a suitable layer of soil before they can get into the environment. The reduction of the release in the environment happens because the radioactive substances are partly by adsorption or chemical processes are bound to the soil material or otherwise long diffusion processes which lead to a strongly delayed and due to the reduced release of radioactive decay into the environment (cf. Reactor Safety tudy -RSS-, main volume p.97) The same applies with the exception of the inactive wheel Decays also for toxic substances from chemical plants.

Es ist bekannt, daß bei unterirdischer Bauweise von Kernkraftwerken in einem solchen hypothetischen Fall freigesetzte radioaktive Stoffe durch Erdschichten diffundieren müssen, bevor sie in die Atmosphäre gelangen können.It is known that in the underground construction of nuclear power plants in such a hypothetical case radioactive substances released through layers of earth must diffuse before they can get into the atmosphere.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erdbedeckung einer solchen Anlage, beispielsweise Kies unterirdischen Kernkraftwerks, derart weiter zu entwickeln, daß die Reduktion und Verzögerung der Preisetzung gefährlicher Stoffe in die Umgebung verbessert werden.The invention is based on the object of the earth cover of such To further develop the plant, e.g. gravel underground nuclear power plant, that the reduction and delay in the release of dangerous substances into the environment be improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, das der zusätzliche Einschluß aus einer Folge von Schichten auf der äußeren Wand (1) des Gebäudes oder Behälters mit gefährlichen Stoffen besteht. Der Aufbau ist folgender (Fig. 1): Die innerste Schicht (2) des zusätzlichen Linschlusses besteht us Kies, wobei die Dicke der Kiesschicht (2) groß ist verglichen mit der Starke der Gebäude- oder Behälterwand (1). Die nächste Schicht (3) auf der äußeren Oberfläche der Kiesschicht (2) besteht aus einem offenzelligen Plastikhartschaum mit eingemischtem Kies, wobei die Dicke der Schicht (3) größer als drei Durchmesser der benutzten Kieselsteine ist. Die nächste Schicht (4) auf der äußeren Oberfläche der Schicht (3) besteht aus nassem Ton irit eingemischtem Kies, wobei die Dicke der Schicht (4) in Abhängigkeit von der Diffusionsgeschwindigkeit der gefährlichen Stoffe durch diese Schicht (4) gewählt wird. Die Schicht (4) reicht tiefer als der Grundwasserspiegel (7) am Standort.According to the invention, this object is achieved in that the additional Inclusion of a series of layers on the outer wall (1) of the building or Containers with dangerous substances. The structure is as follows (Fig. 1): The innermost layer (2) of the additional lining consists of gravel, the thickness being the gravel layer (2) is large compared to the thickness of the building or container wall (1). The next layer (3) consists on the outer surface of the gravel layer (2) made of an open-cell rigid plastic foam with mixed in gravel, whereby the thickness the layer (3) is larger than three diameters of the pebbles used. the next layer (4) on the outer surface of layer (3) consists of wet Clay irit mixed in gravel, the thickness of the layer (4) depending on the rate of diffusion of the hazardous substances through this layer (4) will. The layer (4) extends deeper than the water table (7) at the site.

Der Kies in den verschiedenen Schichten (2), (3) und (4) gewährleistet in preiswerter Weise die Stabilität der Konstruktion des zusätzlichen Einschlusses. Die Last des zusätzlichen Einschlusses wird durch den Kies homogen auf die Gebäude- oder Behälterwand und auf die Fundamente (6) (Fig. 3) verteilt. Um das Eindringen von Grundwasser in die Hohlräume des unter dem Grundwasserspiegel (7) liegenden Teils der Schicht (2) zu verhindern, wird der ofienzellige Plastikhartschaum im unteren Teil (8) der Schicht (3) durch Plastikhartscllaum init geschlossenen Zellen ersetzt, wobei der untere Teil (8) der Schicht (3) den höchsten Grundwasserspiegel wenigstens um 1 m überragt. Die äußerste Schicht (?) dient als Schutz gegen Witterungseinflüsse und besteht beispielsweise aus dem vorhandenen Bodenmaterial des Standort und bedeckt die genannten Schichten (2), (3) und (4), Der zustitzliche Einschluß wirkt wie folgt: Nach einem hypothetischen Kernschmelzunfall in Verbindung mit Sicherheitsbehälterversaen in einem Kernkraftwerk strömt das kontaminierte Dampf-Luftgemisch in die Hohlräume der Schicht (2). ort reduzieren das zusätzliche Volumen in den Hohlräumen der Kiesschicht (2) und die Kondensation des Dampfes auf den großen Oberflächen des Kiesmaterials den hohen Druck des einströmenden Dampf-Luftgemisches.The gravel in the different layers (2), (3) and (4) ensures inexpensively the stability of the construction of the additional enclosure. The load of the additional inclusion is distributed homogeneously through the gravel on the building or container wall and distributed on the foundations (6) (Fig. 3). To penetrate of groundwater into the cavities of the below the groundwater table (7) To prevent part of the layer (2), the open cell plastic rigid foam in the lower part (8) of layer (3) by means of plastic hard cells with closed cells replaced, the lower part (8) of the layer (3) den highest Raised groundwater level by at least 1 m. The outermost layer (?) Serves as the Protection against the elements and consists, for example, of the existing Soil material of the site and covers the mentioned layers (2), (3) and (4), The additional containment works as follows: After a hypothetical core meltdown in connection with containment failures in a nuclear power plant, the contaminated flows Steam-air mixture in the cavities of the layer (2). place reduce the additional Volume in the cavities of the gravel layer (2) and the condensation of the steam the large surfaces of the gravel material the high pressure of the steam-air mixture flowing in.

Dieser reduzierte Druck breitet sich homogen in der Schicht (2) aus, so daß keine lokalen Druckspitzen auftreten können, die schädliche Risse in den Schichten (3) und (4) hervorrufen i:(inr.tcn.This reduced pressure spreads homogeneously in the layer (2), so that no local pressure peaks can occur that could cause harmful cracks in the Layers (3) and (4) produce i: (inr.tcn.

Der Restdruck des kontaminierten Dampf-Luftgemisches in der Schicht (2) fiihrt zu einer Diffusion des Gemisches durch den offenzelligen Plastikhartschaum der Schicht (3) bis zur inneren Oberfläche der Schicht (4), die im nassen Zustand die Ausbreitung der gefährlichen Stoffe durch diese Schicht (4) extrem verlangsamt. Die Ursache hierfür sind Adsorptionsprozesse an großen inneren Oberflächen und sehr kleine wassergefüllte Poren im Ton. So werden die gefährlichen Stoffe teils vollständig zurückgehalten und teils nur mit ganz geringen Wanderungsgeschwindigkeiten durchgeklassen.The residual pressure of the contaminated vapor-air mixture in the layer (2) leads to a diffusion of the mixture through the open-celled rigid plastic foam the layer (3) to the inner surface of the layer (4), which is in the wet state the spread of dangerous substances through this layer (4) is extremely slowed. The cause of this are adsorption processes on large internal surfaces and very small pores filled with water in the clay. In this way, the dangerous substances are partially complete restrained and sometimes only graded with very low migration speeds.

Aufgrund des radioaktiven Zerfalls kann nur ein sehr geringer Teil der langlebigen Spaltprodukte nach großen Zeiträumen diese Schicht (4) überwinden.Due to the radioactive decay, only a very small part can the long-lived fission products overcome this layer (4) after long periods of time.

Die Schicht (3) aus offenzelligem Plastikhartschaum mit eingernischtem I;ies verhindert ein Eindringen des Tons der Schicht (4) in die Hohlräume der Schicht (2). Der untere Teil (8) der Schicht (3) aus Plastikhartschaum mit geschlossenen Zellen verhindert das Eindringen von Grundwasser in die Hohlräume der Schicht (2), die tiefer als der Grundwasserspiegel wiegen. Die Schicht (4) muß tiefer als der Grundwasserspiegel reichen, damit die Kapillarkräfte die gesamte Tonschicht (4) feucht halten. In Tonmaterialien reichen die kapillaren Aulstiegskräfte aus, um Wasser entgegen der Schwerkraft mehr als 50 m über den Grundwasserspiegel anzuheben. (Detaillierte Berechnungen der kapillaren Aufstiegshöhe können nach einer Methode durchgeführt werden, die in K. Terzaghi and R.B. Peck: 'Soil Mechanics In Engineering Practice' John Wiley & Sons Inc. New York 1948 p. 116 beschrieben wird). Die äußerste Schicht (5) beispielsweise aus am Standort vorhandenem Bodenmaterial schützt den Ton der Schicht (4) g:gen Austrocknen.The layer (3) made of open-cell rigid plastic foam with niche This prevents the clay of the layer (4) from penetrating into the voids of the layer (2). The lower part (8) of the layer (3) made of rigid plastic foam with closed Cells prevents the penetration of groundwater into the cavities of the layer (2), that weigh lower than the water table. The layer (4) must be deeper than the Groundwater levels are sufficient so that the capillary forces the entire Clay layer (4) keep moist. In clay materials, the capillary exit forces are sufficient to raise water against gravity more than 50 m above the groundwater level. (Detailed calculations of the capillary height of ascent can be done according to a method which are described in K. Terzaghi and R.B. Peck: 'Soil Mechanics In Engineering Practice 'John Wiley & Sons Inc. New York 1948 p. 116 is described). the outermost layer (5) protects, for example, soil material available at the site the tone of layer (4) g: gen drying out.

Claims

Claims) An additional inclusion for a nuclear or chemical plant with hazardous substances, characterized in that the additional Inclusion (Fig.l) is made up of - a layer (2) of gravel on the outer (Surface of the building or container wall (1), the thickness of the layer (2) being large is compared to the thickness of the building or container wall (l), and - one layer (3) made of rigid plastic foam with open cells - e.g. Made of polyurethane foam with mixed in Gravel on the outer surface of the layer (2), the thickness of the layer (3) is greater than three diameters of the mixed pebbles, and - a layer (4) of wet clay with gravel mixed in on the outer surface of the layer (3), the thickness of the layer (4) depending on the diffusion rate of the hazardous substances is chosen by the layer (4) and being the layer (4) extends deeper than the water table.

2.) Additional inclusion according to claim l, characterized in that that the outer layer (4) from a protective layer (5) e.g. from the one at the site existing flodenmaterial is covered. (Fig.2) 3.) Additional inclusion according to claim 2, characterized in that the layers (2), (3), (4) on the extended building or container foundation. (Fig.3) 4.) Additional inclusion according to claim 2, characterized in that in the lower part (8) of the layer (3) the rigid plastic foam with open cells is replaced by rigid plastic foam with closed cells' whereby this lower part (8) of the layer (3) the uppermost groundwater level at least towered over by one meter (Fig. 3)