DE2945322A1 - METHOD FOR PREVENTING LEAKING OUT ESCAPE OF TOXIC MATERIALS IN THE ENVIRONMENT - Google Patents

METHOD FOR PREVENTING LEAKING OUT ESCAPE OF TOXIC MATERIALS IN THE ENVIRONMENT

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DE2945322A1
DE2945322A1 DE19792945322 DE2945322A DE2945322A1 DE 2945322 A1 DE2945322 A1 DE 2945322A1 DE 19792945322 DE19792945322 DE 19792945322 DE 2945322 A DE2945322 A DE 2945322A DE 2945322 A1 DE2945322 A1 DE 2945322A1
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Description

PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS Dlpl.-Ing. P. WIRTH ■ Dr. V. SCH MIED-KOWARZIK \ Dlpl.-Ing. P. WIRTH ■ Dr. V. SCH MIED-KOWARZIK \ Dlpl.-lng. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD Dr. D. GUDEL JDlpl.-lng. G. DANNENBERG Dr. P. WEINHOLD Dr. D. GUDEL J

335024 SIEGFRIEOSTRASSE β335024 SIEGFRIEOSTRASSE β

335025 8000 MÖNCHEN 40335025 8000 MONKS 40

SK/SK !SK / SK!

NPD-1339-1 ιNPD-1339-1 ι

Pedro B. MacedoPedro B. Macedo

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Theodore A. LitovitzTheodore A. Litovitz

904 Devere Drive904 Devere Drive

Silver Spring, Maryland 20903 / USA Silver Spring, Maryland 20903 / USA

Verfahren zum Verhüten eines Austretens bzw. Entweichens toxischer Materialien in die
Umwelt
Method of preventing toxic materials from escaping into the
environment

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Die Abführung großer Mengen toxischer Materialien, wie hoch radioaktive Abfälle, die in Sammellagern für verbrauchtesThe removal of large quantities of toxic materials, such as high-level radioactive waste, which is stored in collection points for used up

5 Reaktormaterial gelagert werden, bei der Aufarbeitung von verbrauchten Brennstoffen aus einem Kernenergiereaktor oder beim Betrieb und der Wartung von Kernenergieanlagen gebildet werden, ist ein besonders wichtiges Problem bei der Verwendung von Kernenergie. Allgemein wird anerkannt, daß eine be-5 reactor material are stored in the processing of consumed fuels from a nuclear power reactor or formed during the operation and maintenance of nuclear power plants is a particularly important problem with the use of nuclear energy. It is generally recognized that a sonders vielversprechende Lösungsmöglichkeit darir besteht, diese radioaktiven Abfälle zu trockenen Feststoffen umzuwandeln, wodurch sie chemisch, thermisch und radiolytisch stabil würden.there is a particularly promising solution, convert this radioactive waste to dry solids, thereby making them chemically, thermally and radiolytically would be stable.

'5 Das Problem der TrockenfeststoffStabilität radioaktiver Abfälle steht im engen Zusammenhang mit der menschlichen Sicher helt auf der Erde für eine Dauer von mehr als 20 000 Jahren. So enthalten radioaktive Abfälle gewöhnlich die Isotopen Sr90, Pu239 und Ca137, deren Halbwertzeiten 28 Jahre, 24 0005 The dry solid stability problem of radioactive waste is closely related to human safety on earth for a period of more than 20,000 years. Radioactive waste usually contains the isotopes Sr 90 , Pu 239 and Ca 137 , with a half-life of 28 years and 24,000

20Jahre bzw. 30 Jahre sind. Allein diese Isotopen bedeuten eine erhebliche Gefahr für alles Leben und müssen in die trockene Feststofform gebracht werden, die für Tausende von Jahren stabil ist. Der radioaktive Abfall in Feststofform muß in der Lage sein, die radioaktiven Isotopen für diese20 years and 30 years respectively. These isotopes alone mean a considerable danger to all life and must be brought into the dry solid form, which for thousands of Years is stable. The radioactive waste in solid form must be able to produce the radioactive isotopes for this

25Zeitdauer, vorzugsweise sogar in Anwesenheit einer wässrigen Umgebung, immobilisiert zu halten. Die radioaktiven Abfälle werden in hohem Volumen gebildet und enthalten langlebige, mittellang lebige und kurzlebige radioaktive Ionen und einige nicht-radioaktive Ionen. Diese Lösungen können hoch korrodie-To keep immobilized for a period of time, preferably even in the presence of an aqueous environment. The radioactive waste are formed in high volume and contain long-lived, medium-lived and short-lived radioactive ions and some non-radioactive ions. These solutions can be highly corrosive

A)rend sein, und es ist schwierig, wenn nicht gar unmöglich, sie in konzentrierte Form zur weiteren Verarbeitung oder Lagerung zu bringen.A) endeavor, and it is difficult, if not impossible, bring them in concentrated form for further processing or storage.

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Die beiden üblichsten Arten handelsüblicher Reaktoren, die beide nur geringe Abfallmengen produzieren, sind der Boiling Waser Reactor (B.W.R.) (Siedewasserreaktor) und der Pressurized Water Reactor (P.W.R.) (Druckwasserreaktor). In einem typischen P.W.R. zirkuliert unter Druck stehendes, leichtes Wasser durch den Reaktorkern (Wärmequelle) zu einer äußerlichen Wärmefalle (Wasserdampfgenerator). Im letzteren, wo primäre und sekundäre fließbare Materialien durch undurchlässige Oberflächen zwecks Verhütung einer Verunreinigung getrennt sind, wird die Wärme vom unter Druck stehenden, primären Kühlmittel zum sekundären Kühlwasser übertragen, um Wasserdampf zum Antrieb von Turbinen zwecks Elektrizität sgewinnung zu bilden. In einem typischen B.V.R zirku-The two most common types of commercial reactors, both of which produce low levels of waste, are boiling Waser Reactor (B.W.R.) (boiling water reactor) and the Pressurized Water Reactor (P.W.R.) (pressurized water reactor). In a typical P.W.R. circulates pressurized, light water through the reactor core (heat source) to an external heat trap (water vapor generator). In the latter, where primary and secondary flowable materials pass through impervious surfaces to prevent contamination are separated, the heat is transferred from the pressurized primary coolant to the secondary coolant, to generate water vapor to drive turbines to generate electricity. In a typical B.V.R circu-

i5liert leichtes Wasser durch den Reaktorkern (Wärmequelle), wo es unter Bildung von Wasserdampf siedet, der zu einer äußerlichen Wärmefalle (Turbine und Kühler) laut. In beiden Reaktortypen wird das pirmäre Kühlmittel aus der Wärmefalle gereinigt und zur Wärmequelle zurückgeführt.i5liert light water through the reactor core (heat source), where it boils with the formation of water vapor, which leads to an external heat trap (turbine and cooler). In both In reactor types, the primary coolant is cleaned from the heat trap and returned to the heat source.

Das primäre Kühlmittel und die gelösten Verunreinigungen werden durch Neutroneneinwirkung aktiviert. Materialien dringen in das primäre Kühlmittel durch Korrosion der Brennelemente, des Reaktorbehälters, der Rohrleitungen und sonstigen Anlagen ein. Die Aktivierung dieser Korrosionsprodukte führt dem primären Kühlmittel radioaktive Nuklide zu. Korrosionsinhibitoren, wie Lithium, werden dem Reaktorwasser zugegeben. Dero primären Kuhlmittel der meisten P.W.R.-Anlagen wird zur Kontrolle der Reaktionsfähigkeit ein chemischer Zusatz*!The primary coolant and the dissolved contaminants are activated by the action of neutrons. materials penetrate the primary coolant through corrosion of the fuel elements, the reactor vessel, the pipelines and others Plants a. The activation of these corrosion products adds radioactive nuclides to the primary coolant. Corrosion inhibitors such as lithium are added to the reactor water. The primary coolant in most P.W.R. systems a chemical additive * is used to control the reactivity!

(shim), Bor, zugegeben. Diese Chemikalien werden aktiviert und liefern dem primären Kühlmittel Radionuklide. Spaltprodukte diffundieren oder gelangen durch ein Leck aus den Brennelementen und führem dem primären Kühlmittel weitere : Nuklide zu. Die radioaktiven Materialien aus allen diesen(shim), boron, added. These chemicals are activated and provide radionuclides to the primary coolant. Fission products diffuse or leak out of the fuel assemblies and carry the primary coolant further: Nuclides too. The radioactive materials from all of these

35Quellen werden durch das Systen transportiert und erscheinen durch Lecks und Entlüftungen in allen anderen Teilen der Anlage sowie in den ausfließenden Strömen aus den zum Be-35Sources are transported through the system and appear through leaks and vents in all other parts of the system as well as in the outflowing streams from the

*(zur Kontrolle von Kettenreaktionen)* (to control chain reactions)

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handeln des primären Kühlmittels verwendeten Verfahren. Gasförmige und flüssige, radioaktive Abfälle werden innerhalb der Anlage behandelt, um die radioaktiven Nuklide, die in 5die Atmosphäre oder Gewässer abgeführt werden, unter kontrollierten und überwachten Bedingungen gemäß den Regierungsvor- j Schriften zu reduzieren. ίact of the primary coolant method used. Gaseous and liquid radioactive waste to be treated within the plant, to reduce the radioactive nuclides, which are discharged into the atmosphere or water 5 in controlled and supervised conditions in accordance with the Regierungsvor- j fonts. ί

Die Hauptverfahren oder Bearbeitungen bei der Behandlung flüssiger radioaktiver Abfälle in Kernenergieanlaren sind Filtration, Ionenaustausch und Verdampfung.The main processes or operations involved in the treatment of liquid radioactive waste in nuclear power plants are Filtration, ion exchange and evaporation.

Flüssige radioaktive Abfälle in einem P.W.R. werden gewöhnii> Hch wie folgt gemäß ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften in fünf Kategorien unterteilt: sauberer Abfall, schmutziger oder gemischter Abfall, herabgeblasener Abfall aus dem Wasserdampfgenerator ("steam generator blow down waste"), im Abfluß der Turbine sich akkumulierender Abfall ("turbine building drain waste") und Waschmittelabfall.Liquid radioactive waste in a P.W.R. become habitii> Divided into five categories according to their physical and chemical properties, as follows: clean waste, dirty or mixed waste, waste blown down from the steam generator ("steam generator blow down waste "), waste accumulating in the outflow of the turbine (" turbine building drain waste ") and detergent waste.

Flüssige radioaktive Abälle in einem B.W.R werden gewöhnlich gemäß ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften wie folgt in vier Kategorien unterteilt: hochgradig reiner Abfall, 25Abfall von geringer Reinheit, chemischer Abfall und Waschmittelabfall.Liquid radioactive waste in a B.W.R. becomes common divided into four categories according to their physical and chemical properties as follows: highly pure waste, 25 low-purity waste, chemical waste and Detergent waste.

Die flüssigen radioaktiven" Abfälle aus beiden Reaktortypen j sind stark verdünnte Lösungen radioaktiver Kationen und !^anderer, gelöster, radioaktiver Materialien sowie ungelösterThe "liquid radioactive" waste from both types of reactors j are very dilute solutions of radioactive cations and! ^ other, dissolved, radioactive materials as well as undissolved

radioaktiver Teilchen oder fein zerteilter Feststoffe.radioactive particles or finely divided solids.

Ein praktisches Verfahren zur Abführung der radioaktiven Materialien in trockener Feststofform mit hoher Beständig-3skeit gegen ein Auslaugen und andere Formen des chemischen Angriffs wäre nicht nur zur Abführung radioaktiver Kernnbfäll# sowie auch zur Herstellung radioaktiver, in Industrie, Medizin und im Laboratorium verwendbarer Quellen zweckmäßig.A practical method for the removal of radioactive materials in dry solid form with high resistance against leaching and other forms of chemical attack would not only be for the removal of radioactive nuclear waste as well as for the production of radioactive sources which can be used in industry, medicine and in laboratories.

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Bisher gab es noch keinerlei praktisches, sicheres Mittel für eine sichere Abführung, Lagerung und Immobilisierung schädlicher radioaktiver Abfallmaterialien. Die derzeitigen 5Lagerbehälter ergeben keine sichere Isolierung und Immobilisierung derartiger radioaktiver Materialien und auch keine ausreichende Langzeitbeständigkeit gegen chemischen Angriff durch die Umgebung und keine ausreichende Stabilität gegen hohe Temperatur.Up to now there has been no practical, safe means of safely removing, storing and immobilizing harmful radioactive waste materials. The current 5 storage containers do not provide reliable isolation and immobilization of such radioactive materials, nor sufficient long-term resistance to chemical attack by the environment and insufficient stability to high temperatures.

Zur Zeit werden wenig radioaktive Abfälle, d.h. die in Reaktof. anlagen gebildeten Abfälle, in folgender Weise abgeführt:At the moment there is little radioactive waste, i.e. that in Reaktof. waste generated by facilities, discharged in the following way:

A) Das den radioaktiven Abfall enthaltende, tote Ionenaus-15tauscherharz wird mit Zement gemischt und in 150-1-FässerA) The dead ion exchange resin containing the radioactive waste is mixed with cement and poured into 150-1 barrels

gegossen.poured.

B) Die Bodenmaterialien aus Verdampfern, die radioaktiv verschmutzte Borsäure und die zur Regeneration der Ionenaustauschkolonnen verwendeten Lösungen enthalten, werden mitB) The bottom materials from evaporators, the radioactively contaminated boric acid and those used to regenerate the ion exchange columns solutions used are included with

20Zementpulver gemischt und in 150—1-Fässer gegossen.20 cement powder mixed and poured into 150-1 barrels.

C) Die fein zerteilte Formen radioaktiven Abfalls enthaltenden Filter werden gewöhnlich in Zement in Fässern eingebettet. C) The filters containing finely divided forms of radioactive waste are usually embedded in cement in barrels.

25Diese Zeraentfässer werden zu den Lagern für wenig radioaktiven Abfall transportiert und etwa 2 m tief im Boden eingegraben. Mindestens eines dieser Lager befindet sich in den Oststaaten der USA und ist erheblichen Regenfällen ausgesetzt In Europa werden diese Fässer im Meer versenkt. In beiden25These cereal barrels become the storage for less radioactive people Waste transported and buried about 2 m deep in the ground. At least one of these camps is located in the Eastern states of the USA and is exposed to significant rainfall In Europe, these barrels are sunk in the sea. In both

3cFällen korrodiert das Wasser zuerst das Metall, dann den Zement und legt relativ schnell die radioaktiven Ionen frei, um ins Grundwasser oder Meerwasser einzudringen. Da die Lager in den USA nur wenig tief sind, kann sich das verschmutzte Wasser leicht mit Bächen, Teichen und Flüssen mischen und3cIn cases, the water first corrodes the metal, then the cement and relatively quickly exposes the radioactive ions, to penetrate into groundwater or seawater. Since the bearings in the USA are only a little deep, the can get dirty Mix water easily with streams, ponds and rivers and

in die ökosphäre eindringen. Eine Überlegung bei dieser Praxis ist die Annahme, daß nach ausreichender Verdünnung die Radioaktivität harmlos wird.penetrate the ecosphere. One consideration with this The practice is the assumption that after sufficient dilution the radioactivity becomes harmless.

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Einige der gefährlichsten Kernabfälle sind Cäsium und Strontium, die biologisch dem Natrium und Calcium ähnlich sind. Sie haben eine Halbwertzeit von 30 Jahren, was zeigt, daß sieSome of the most dangerous nuclear wastes are cesium and strontium, which are biologically similar to sodium and calcium. They have a half-life of 30 years, which shows that they do

SfUr mindestens 300 Jahre (die zehnfache Hablwertzeit) von der ökosphäre isoliert werden sollten. Im Bikini-Atoll nahmen die Experten an, daß nach einigen Dekaden die Insel wieder bewohnbar wäre, wenn in dieser Zeit keine Atomexplosionen erfolgen würden, als aber die Bevölkerung auf dieFor at least 300 years (ten times the useful life) of the ecosphere should be isolated. In Bikini Atoll, the experts assumed that after a few decades the The island would be habitable again if there were no nuclear explosions during this time, but the population on the

ioInsel zurückkehrte, war ihre Gesundheit erheblich gefährdet. Inzwischen hat man erkannt, daß die Pflanzen- und Tierwelt diese radioaktiven Elemente erneut auf gefährliche Werte konzentrieren.When ioInsel returned, her health was seriously endangered. In the meantime it has been recognized that the flora and fauna have again raised these radioactive elements to dangerous levels focus.

15Daher muß die "sichere" Konzentration von radioaktivem Abfall wesentlich niedriger als die angenommenen Werte sein, und es bedarf eines dauerhafteren Ersatzes für Zement. In einem Aspekt liefert die vorliegende Erfindung eine sichere Alternative für die Zement-Verfestigung von wenig radioaktivem 15 Therefore, the "safe" concentration of radioactive waste must be much lower than assumed levels, and a more permanent replacement for cement is required. In one aspect, the present invention provides a safe alternative for cement consolidation of low levels of radioactive material

20 Abfall. 20 waste.

Ein weiterer, vorher vorgeschlagener Weg ist die sog. Trokkenfeststoffixierung die sich mit der Fixierung der Abfälle in Gläsern durch Mischen mit glasbildenden Präparaten undAnother previously proposed way is the so-called dry solids fixation, which deals with the fixation of waste in jars by mixing with glass-forming preparations and Schmelzen zur Bildung von Glas beschäftigt. Diese Möglichkeit bietet eine gewisse Verbesserung bezüglich Isolierung und verminderter Freisetzungsgeschwindigkeit der radioaktiven Elemente, wenn die äußeren Hüllen oder Behälter zerstört werden. Weiterhin bleiben diese Gläser bei hohen TemperaturenMelting is employed to form glass. This possibility offers some improvement in isolation and reduced rate of release of the radioactive Elements if the outer covers or containers are destroyed. Furthermore, these glasses remain at high temperatures

30relativ stabiler als Kunststoff, und sie sind chemisch dauerhafter in Salzlösungen als' Metalle. Die für dieses bekannte Verfahren geeigneten Gläser mit hoher chemischer Beständigkeit und niedriger Alkali-ionenleitfähigkeit wurden bei sehr hohen Temperaturen, z.B. 18000C und mehr, herge 30 relatively more stable than plastic, and they are chemically more durable in salt solutions than 'metals. Suitable for this known process glasses with high chemical resistance and low alkali ion conductivity were at very high temperatures, for example 1800 0 C and more, Herge stellt. Die bisherigen Verfahren unter Verwendung solcher hoch schmelzenden, glasbildenden Präparate sind jedoch wJrtsiiaft>-Iich unzweckmäßig und ergeben ernste Gefahren aufgrund einer möglichen Verflüchtigung der schädlichen, radioaktiven Mate-represents. The previous methods using such However, high-melting, glass-forming preparations are economically inexpedient and pose serious dangers due to a possible volatilization of the harmful radioactive material

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rialien. Weiter ist das Verfahren auf trockene, feste, radioaktive Abfälle beschränkt und bietet keine Lösung für die hohen Volumen an flüssigen radioaktiven Abfällen, die beim 5Betrieb und der Wartung von Kernreaktoren, durch die derzeitige Praxis der Lagerung verbrauchter Brennstoffe in Gewässern und durch Rückgewinnungssysteme von verbrauchten Reaktorbrennstoffen gebildet werden.rials. Further, the method of dry solid radioactive waste is limited and offers no solution to the high volume of liquid radioactive waste that consumed in the 5 operation and maintenance of nuclear reactors, by the current practice of storage of spent fuel in waters and recovery systems of Reactor fuels are formed.

Ό Im Hinblick auf die Gesamtschwierfekeiten bei der Handhabung von radioaktivem Material und insbesondere auf die Gefahr einer Verflüchtigung desselben in die Atmosphäre hat sich die Aufmerksamkeit auf die Verwendung von Glaspräparaten mit relativ niedrigen Schmelztemperaturen, gerichtet, d.h. auf Glasprä-Ό In view of the overall difficulty in handling Radioactive material and, in particular, the risk of its volatilization into the atmosphere has attracted attention directed towards the use of glass preparations with relatively low melting temperatures, i.e. on glass preparations

i5parate mit einem SiO« Gehalt von nur 27 Gew.-%. Obgleich das Problem einer Verflüchtigung radioaktiver Materialien verringert wird, wird es nicht vollständig in den Griff bekommen. Weiter zeigt das erhaltene Glaspräparat eine wesentlich verringerte, chemische Beständigkeit und erhöhte Ionen-I5parate with an SiO2 content of only 27% by weight . While the problem of volatilization of radioactive materials is reduced, it is not completely addressed. Furthermore, the glass preparation obtained shows a significantly reduced chemical resistance and increased ionic

20diffusionsgeschwindigkeiten für die darin anwesenden, radioaktiven Materialien. Je großer diese Diffusionsgeschwindigkei umso geringer ist die Fähigkeit des Glases, die radioaktiven Materialien in seiner Matrix immobilisiert zu halten. Für die nach den derzeitigen Richtlinien geforderte Langzeit- 20 diffusion velocities for the radioactive materials present in it. The higher this diffusion rate, the lower the ability of the glass to keep the radioactive materials immobilized in its matrix. For the long-term

25haltung radioaktiven Abfalls sind diese bekannten Glaspräparate ungeeignet. 25 attitude radioactive waste glass, these known preparations are not suitable.

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Im Gegensatz zu fSinbettungs-verfahren tn Gla.s schaffen die Verfahren der vorliegenden Erfindung eine Kontrolle radioaktiver Materialien, bei denen die Gefahr einer Verflüchtigung bei den hohem, im Einbettungsverfahren verwendeten Temperaturen besteht, wodurch Uraweltgefahren aufgrund eines möglichen Entweichens des verflüchtigten, radioaktiven Materials in die Atmosphäre eliminiert und die Notwendigkeit komplizierter Wiedergewinnungs- und/oder Abführungsverfahren und -vorrichtungen vermieden wird.In contrast to the embedding process, tn Gla.s create The method of the present invention is a control of radioactive materials that are at risk of volatilization at the high ones used in the embedding process Temperatures exists, creating natural hazards due to a possible escape of the volatilized, radioactive Material into the atmosphere and the need for complicated recovery and / or removal procedures and devices is avoided.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein jThe present invention relates generally to a j

Konzentrieren und Immobilisieren toxischer Feststoffe, wie jConcentrating and immobilizing toxic solids, such as j

! Quecksilber, Cadmium, Tellru, Blei, Insektizide und Gifte I! Mercury, Cadmium, Tellru, Lead, Insecticides and Poisons I.

j i5 und insbesondere radioaktive Materialien usw., für eine jj i5 and especially radioactive materials etc., for a j

J äußerst lange Zeitdauer. jJ extremely long period of time. j

j Die vorliegende Erfindung richtet sich insbesondere auf i neue Glasgegenstände, die diese toxischen Feststoffe enthal4 ten und eine hohe mechanische Festigkeit und hohe chemische Beständigkeit gegen wässrige Korrosion sowie ausreichend niedrige Koeffizientenwerte der Radioisotopendiffusion j j haben, um einen Umweltschutz vor der Freisetzung radioakti- I ver Materialien, wie radioaktive Isotopen, Kernreaktorrnüll j usw. zu liefern, und die in den Glasgegenständen konzen- ! triert, immobilisiert und eingebettet werden und zum Ver- j f graben oder Versenken geeignet sind. Die Glasgegenstände j • werden durch Abscheiden der radioaktiven Feststoffe in einety Glasbehälter und anschießendes Erhitzen desselben zum Abtrei- ' j 30 ben nicht-radioaktiver flüchtiger Materialien und nicht- !The present invention is directed in particular to i new glass objects which contain these toxic solids and have high mechanical strength and high chemical resistance to aqueous corrosion as well as sufficiently low coefficient values of radioisotope diffusion jj to protect the environment before the release of radioactive materials , such as radioactive isotopes, nuclear reactor waste j, etc., and which are concentrated in the glass objects! trated, immobilized and embedded and are suitable for digging or sinking. The glass objects are made by separating the radioactive solids in a glass container and then heating it to remove non-radioactive volatile materials and non-!

..

radioaktiver Zersetzungsprodukte hergestellt. Die Glasbehalter können aus porösem Glas hergestellt werden und gege-J benenfalls poröse oder nicht-poröse Glasfüllung enthalten, die vorzugsweise fein zerteilt sein kann oder in 3b relativ großer Form, z.B. als einzelne oder einige Glas- ] stäbe vorliegen kann. Die Zusammensetzung der erfindungsßemißen Glasgegenst^nde ist durch eine Strahlungsaktivität pt.wa fiber 1 Mikx^ocurie, allgemein fiber 1 Millicurie und vorzugsweise über 1 Curie, pro ecm Gegenstand gekennzeichnetradioactive decomposition products produced. The glass holders can be made of porous glass and can be used against J possibly contain porous or non-porous glass filling, which can preferably be finely divided or in 3b relatively large shape, e.g. as a single or several glass] rods can be present. The composition of the invention Glass objects are due to a radiation activity pt preferably over 1 curie, marked per ecm of object

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(Bei erf indungsgem'ißer Behandlung hoch verdünnter, radioaktiv ver Abfälle zwecks Konzentrieren und Immobilisieren derselben zur Lagerung erreicht die Strahlungsaktivität der erhaltenen Gegenstände möglicherweise nicht den Wert von 1 Millicurie pro ecm und kann sogar unter 1 Microcurie pro ecm Glasgegenständ bleiben, wenn es aus anderen Gründen zweckmäßig wird, die Glasbehälter zu kollabieren und zu Versiegeln. Beim Konzentrieren und Immobilisieren radioaktiver Materialien in verdünnten radioaktiven Abfällen kann der Glasbehälter bis zu 10 Microcurie pro ecm, oder mehr beladen werden, die Beladung erfolgt gewöhnlich j jedoch nicht über 1 Microcurie pro ecm Gegenstand.) Das radioaktive Material liegt in Form radioaktiver Feststoffe I(With treatment according to the invention, highly diluted, radioactive ver waste for the purpose of concentrating and immobilizing the same for storage reaches the radiation activity The items received may not be worth 1 millicuries per ecm and may even be below 1 microcurie per cm of glass objects remain if for other reasons it becomes expedient to collapse the glass containers and to seal. When concentrating and immobilizing radioactive materials in dilute radioactive materials Waste, the glass container can be loaded up to 10 microcurie per ecm, or more, the loading usually takes place j but not more than 1 microcurie per ecm object.) That radioactive material is in the form of radioactive solids I

is vor, die innerhalb des Glasbehälters eingeschlossen werden, j In einer Ausführungsform beträgt die Menge des radioaktiven· Materials im Glasbehälter mindestens 1 ppb (Teile pro : Billion (Milliarde), bezogen auf das Gewicht) in fester | Form aus einer Vielzahl radioaktiver Elemente, und zwar gewöhnlich mindestens 5 und vorzugsweise mindestens 10, der im folgenden aufgeführten, radioaktiven Elemente. Die erfindungsgemäßen neuen Glasgegenstände sollten mindestens 75 Mol-%, insbesondere mehr als 89 Mol-#, SiO2 enthalten.in one embodiment, the amount of radioactive material in the glass container is at least 1 ppb (parts per: trillion (billion) by weight) in solid | Form of a large number of radioactive elements, usually at least 5 and preferably at least 10 of the radioactive elements listed below. The new glass objects according to the invention should contain at least 75 mol%, in particular more than 89 mol%, SiO 2 .

Vom praktischen Standpunkt wird die obere Grenze des in den Glasgegenständen enthaltenen, radioaktiven Materials in gewisser Weise durch folgende Faktoren bestimmt: Konzentra- ! tion, Form und Art des in dem Glasgegenstand eingebetteten, radioaktiven Materials, Volumenanteil der gegebenenfalls imFrom a practical point of view, the upper limit of the in the The radioactive material contained in glass objects is determined to a certain extent by the following factors: ! tion, shape and type of radioactive material embedded in the glass object, volume fraction of the im

j 30 Glasbehälter anwesenden Poren, Menge der gegebenenfalls im j Glasbehälter anwesenden Glasfüllung sowie die verschiedenen,:j 30 glass containers present pores, amount of any im j glass container present glass filling as well as the different:

zum Einbetten des radioaktiven Materials in den Glasbehälter verwendeten Verfahren.methods used to embed the radioactive material in the glass container.

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:/iM " r" 29A5322 j: / iM " r " 29A5322 j

Radioaktive Materialien, die in der Glas- oder Kieselsäuregelmatrix chemisch gebunden oder fixiert werden können, umfassen radioaktive Elemente (natürlich vorkommende undRadioactive materials that can be chemically bound or fixed in the glass or silica gel matrix, include radioactive elements (naturally occurring and

5 künstlich hergestellte Isotopen, die als Flüssigkeiten oder in Flüssigkeiten oder Gasen gelöste oder dispergierte Feststoffe vorliegen) in Form des Kations, wie Rubidium, Strontium, die Lanthanide, z.B. La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tp, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Kobalt, Cadmium, Silber, Zirko- 5 artificially produced isotopes that are present as liquids or solids dissolved or dispersed in liquids or gases) in the form of cations, such as rubidium, strontium, the lanthanides, e.g. La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tp , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, cobalt, cadmium, silver, zirconia

ionium, Molybdän, Technetium, Niobium, Ruthenium, Rrjdium, \ Palladium, Tellur, Cäsium, Barium, Francium, Yttrium, Radiua . und Actinide, z.B. Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es; Kationen. Erfindungsgemäß besonders zweckmäßig sind radioaktive Abfälle aus Kernreaktoren, Aufarbeitungsverfahren von \ ionium, molybdenum, technetium, niobium, ruthenium, rrjdium, \ palladium, tellurium, cesium, barium, francium, yttrium, radiua. and actinides, for example Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es; Cations. According to the invention, radioactive waste from nuclear reactors, processing methods from \

ts verbrauchtem Reaktorbrennstoff, lagerstellen von verbrauchtem ■ Brennstoff und anderen, radioaktiven Abfall liefernden Ver- j fahren. ts spent reactor fuel, storage sites of spent fuel and other processes that produce radioactive waste.

Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Ein einfacher, äußerst wirksamer Weg besteht darin, die radioaktiven Materialien, wie radioaktive Nitrate, als Feststoff in einem nicht-porösen Glasbehälter, z.B. einem Glasrohr mit mintedens einer Öffnung, abzulagern, den Behälter dann durch Erhitzen zwecks Abtreiben von Wasser und/oder 25anderer, nicht-radioaktiver, gegebenefalls anwesenden, flüchtiger Materialien zu erhitzen und dann die Rohrwände zu kollabieren und um die eingeschlossenen, radioaktiven Feststoffe zu verschließen. Das Erhitzen kann in solcher Weise ! erfolgen, daß sich die im Rohr abgeschiedenen Feststoffe, z.B« .'»Nitrate unter Bildung nicht-radioakt.ivpr Gase, wie Stick- I oxide, zersetzen, die aus dem Glasrohr vor dem Verschließen ι entfernt werden können. !The present invention can be carried out in various ways will. A simple, extremely effective way is to remove the radioactive materials, such as radioactive nitrates, to deposit as a solid in a non-porous glass container, e.g. a glass tube with a minted opening, the container then by heating to drive off water and / or other non-radioactive, if any, more volatile Heat materials and then collapse the tube walls and remove the trapped radioactive solids to close. Heating can be done in such a way! take place that the solids separated in the pipe, e.g. . '»Nitrates with the formation of non-radioactive gases, such as stick- I oxides, which can be removed from the glass tube before closing. !

Man kann auch einen nicht-porösen Glasbehälter an einem Ende 35verschließen und mindestens teilweise mit einer Füllung, z.B. poröse Glasteilchen, wie poröses Glaspulver oda? säir Jcteine Glaskugelchen, oder Kieselsäuregel in fein zerteilter oder anderer Form füllen. Dann wird das das radioaktive MaterialYou can also have a non-porous glass container on one end 35 close and at least partially with a filling, e.g. porous glass particles, such as porous glass powder oda? säir Jcteine Glass balls, or silica gel in finely divided or fill another shape. Then that becomes the radioactive material

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enthaltende, fließbare Material zum Füllen der Zwischenräume zwischen den Glasteilchen in den Behälter gegossen, worauf
man zum Abtreiben der nicht-radioaktiven, fluchtigen Mate- J 5rialen mit oder ohne Zersetzung der Komponenten, wie Nitrate,j im fließbaren Material erhitzt und schließlich den Glasbehäl-j ter um die auf den Glasteilchen und in den gegebenenfalls J vorhandenen Poren der im Behälter enthaltenen, porösen Glas- ι teilchen abgeschiedenen, radioaktiven Feststoffe verschließt.·
containing flowable material to fill the spaces between the glass particles poured into the container, whereupon
to drive off the non-radioactive, volatile materials with or without decomposition of the components, such as nitrates, in the flowable material, and finally the glass container is heated around the pores in the container that may be present on the glass particles and in any pores contained, porous glass ι particles sealed, radioactive solids.

10In diesem Fall liefern die enthaltenen Glasteilchen Ober- \ flächen, auf denen sich die Feststoffe abscheiden können, j und weiter unterstützen sie eine Kontrolle der Verflüchtigung! um ein Herausbrechen des fließbaren Materials aus dem Rohr ! während der Erhitzangsstufe zu verhindern. Die porösen Glas- !10In this case, provide the glass particles top \ contained areas on which the solids can be deposited, j and continue to support a control volatilization! to prevent the flowable material from breaking out of the pipe! to prevent during the heating stage. The porous glass!

i5teilchen liefern weitere innere Oberflächen innerhalb der j Teilchenporen zum Abscheiden von zusätzlichen, gelösten Fest-j stoffen des fließbaren Materials sowie äußere Oberflächen r zum Abscheiden dispergierter Feststoffe.i5particles provide further internal surfaces within the j Particle pores for the separation of additional, dissolved solids of the flowable material as well as external surfaces r for separating dispersed solids.

20In einer anderen Ausführungsform kann ein nicht-poröser Glas-iIn another embodiment, a non-porous glass i

behälter mit offenem unterem und oberem Ende mit porösen j oder nicht-porösen Glasteilchen gefüllt werden, die mittels I einer porösen Struktur, z.B. Glaswolle oder eine poröse Glas-!Containers with open lower and upper ends are filled with porous j or non-porous glass particles, which by means of I a porous structure, e.g. glass wool or a porous glass!

scheibe oder ein solcher Stab, im unteren Behälterabschnitt
25gehalten werden, um die Glasteilchen im Behälter zu tragen.
Dann wird das die gelösten und/oder dispergierten, radioaktiven Feststoffe enthaltende, fließbare Material in das
obere oder untere Behälterende eingegossen und läuft durch ' das Bett aus Glasteilchen, durch deren Filterwirkung die dis-3opergierten, radioaktiven Feststoffe aus dem fließbaren Material entfernt werden. Das Glasteilchenbett kann Glasteilchen mit siliciumgebundenen Kationenaustauscbergruppen, z.B.
Alkalimetalloxid- oder Ammoniumoxidgruppen, enthalten.
disk or such a rod, in the lower container section
25 are held to carry the glass particles in the container.
The flowable material containing the dissolved and / or dispersed radioactive solids is then poured into the
The upper or lower end of the container is poured in and runs through the bed of glass particles, the filtering effect of which removes the dis-3operated radioactive solids from the flowable material. The glass particle bed can contain glass particles with silicon-bonded cation exchange groups, e.g.
Alkali metal oxide or ammonium oxide groups contain.

35Die porösen, kationenaustauschenden Glasteilchen entfernen
gelöste radioaktive Kationen aus dem fließbaren Material.
Dieses kann durch ein oder mehrere derartige Betten nach den für eine Filtration und/oder einen Ionenaustausch mit
3 5 Remove the porous, cation-exchanging glass particles
dissolved radioactive cations from the flowable material.
This can by one or more such beds after the for a filtration and / or an ion exchange with

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mehreren Betten üblichen Verfahren hindurchgeleitet werden, bis das fließbare Material auf die gewünschte Radioaktivität gereinigt ist. Wenn die ionenaustauschenden Filterglasteil-5chen beladen sind oder ihre weitere Verwendung aus irgendwelchen anderen Gründen nicht mehr gewünscht wird, können die Betten und der sie enthaltende Behälter zum Abtreiben von Wasser und/oder anderer, nicht-radioaktiver flüchtiger Materialien oder Gase, wie Zersetzungsprodukte, z.B. Stickoxide, loerhitzt und dann können die Poren der porösen, die adioaktij ven Kationenfenthaltenden Glasteilchen zum Verschmelzen der j Glasteilchen kollabiert werden, um so die radioaktiven Fest- i ! stoffe und/oder Kationen, die auf den inneren und äußeren j j Teilchenoberflächen abgeschieden sind, einzuschließen, worauf! j i5der Glasbehälter kollabiert wird, um sich um seinen gesamten ι Inhalt zu schließen; so wird die gesamte Masse in eine prak- j ι tisch feste, auslaugbeständige Struktur eingebetten, die für j* j eine Langzeitlagerung geeignet ist. ;Several beds are passed through conventional procedures until the flowable material has the desired radioactivity is cleaned. When the ion-exchanging filter glass parts are loaded or their further use is no longer desired for any other reason, the Beds and the container containing them for expelling water and / or other non-radioactive volatile materials or gases, such as decomposition products, e.g. nitrogen oxides, and then the pores of the porous, the adioaktij ven cation-containing glass particles for fusing the j Glass particles are collapsed to make the radioactive solid- i! substances and / or cations that act on the inner and outer j j particle surfaces are deposited, to include what! j i5the glass container is collapsed to get around its entire ι close content; so the entire mass is converted into a prak- j ι embedded table-solid, leach-resistant structure, which is suitable for j * j long-term storage is suitable. ;

2oln einer anderen Ausführungsform kann der Glasbehälter selbst aus porösen Glas bestehen, und das radioaktive, fließbare Material wird in das Behalterinnere eingeführt und durch die j Glasporen von den inneren zu den äußeren Wänden das Glasbehälj j ters hindurchdringen gelassen. Die ursprünglich im fließbaren i?sMaterial dispergierten, unlöslichen, radioaktiven Feststoffe j j werden auf den Behälterinnenwänden abgeschieden, und die ge- J lösten, radioaktiven Feststoffe werden in den Poren des Glas-! ι behälters abgelagert, wodurch sie nach verschiedenen Ver- ) ! fahren, z.B. denen der US PS 4 110 096, beseitigt werden jIn another embodiment, the glass container itself consist of porous glass, and the radioactive, flowable material is introduced into the interior of the container and through the j Glass pores from the inner to the outer walls of the glass container j ters allowed to penetrate. The insoluble, radioactive solids originally dispersed in the flowable i? S material j j are deposited on the inner walls of the container, and the dissolved radioactive solids are J in the pores of the glass! ι stored in the container, which makes them after various)! drive, e.g. those of US Pat. No. 4,110,096, are eliminated j

I :I:

j :«ikönnen. Dann kann der Glasbehälter wie oben zum Abtreiben j ' der flüchtigen Materialien, zum Kollabieren der Poren und · i schließlich zum Kollabieren des Behälters erhitzt werden und i j bettet so den radioaktiven Feststoff in der Glasstruktur ein.! Vor dem Erhitzen können die äußeren Wandoberflächen des Be- | Anhalters gewaschen werden, um abgeschiedene, radioaktive j Feststoffe von der äußeren Oberflächenschicht des Glasbehäl- ' ters abzuwaschen, so daß schließlich nach Erhitzen zum Kollabieren von Poren und Behälter ein von Radioaktivität freier, äußerer Mantel ('fciad") erhalten wird.j: «i can. Then, the glass container can be as described above for stripping the j 'of the volatile materials, can be finally heated to collapse the pores and · i for collapsing the container and so a ij embeds the radioactive solids in the glass structure.! Before heating, the outer wall surfaces of the loading | Halters are washed in order to wash deposited, radioactive solids from the outer surface layer of the glass container, so that, after heating to collapse the pores and container, an outer coat ('fciad') free of radioactivity is obtained.

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AV _ __ ■■ _ AV _ __ ■■ _

Die für die Glasbehälter und/oder die Glasfüllung in denselben verwendeten, nicht-porösen Glaspräparate können von jeder geeigneten Art sein, sind jedoch vorzugsweise stark, !» dauerhaft, auslaugbeständig und chemisch beständig. Jedes GIa r.prjiparat mit diesen Eigenschaften kann verwendet werden, j wie z.B. hoch kieselsäurehaltige Glase, z.B. Vycor und Pyrexi Geeignete Glase können mindestens etwa 70 %, vorzugsweise ! mindestens etwa 80 % und insbesondere mindestens etwa 93 %, ίο Kieselsäure enthalten. ; The non-porous glass preparations used for the glass containers and / or the glass filling therein can be of any suitable type, but are preferably strong! » durable, resistant to leaching and chemical resistance. Any GIa r.prjiparat with these properties can be used, such as high silica glasses, e.g. Vycor and Pyrexi. Suitable glasses can contain at least about 70 %, preferably ! at least about 80 % and in particular at least about 93 %, ίο contain silica. ;

11

Die in den erfindungsgemäßen Verfahren als poröse Glaspräpa-. rate verwendbaren Präparate enthalten allgemein SiOg als Hauptkomponente und haben ein großes Oberflächengebiet. BeiThe in the inventive method as porous Glaspräpa-. rate usable preparations generally contain SiOg as Main component and have a large surface area. at

is der Durchführung der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beträgt der SiOp Gehalt des porösen Glases oder Kieselsäuregels zweckmäßig mindestens etwa 75 ' Mol-94, vorzugsweise mindestens etwa 82 Mol-% und insbesondere mindestens etwa 89 Mol-% SiO2. Diese Glase sind z.B. in der US PS 2 106 744, 2 215 036, 2 221 709, 2 272 342, 2 326 059,In carrying out the various embodiments of the present invention, the SiOp content of the porous glass or silica gel is expediently at least about 75 mol-94, preferably at least about 82 mol% and in particular at least about 89 mol% SiO 2 . These glasses are, for example, in US Pat. No. 2,106,744, 2,215,036, 2,221,709, 2,272,342, 2,326,059,

2 336 227, 2 340 013 und 4 110 096 beschrieben.2,336,227, 2,340,013 and 4,110,096.

Die porösen Silicatglaspräparate können auch gemäß der US PSThe porous silicate glass preparations can also according to US Pat

3 147 225 hergestellt werden, indem man eine fein zerteilte Silicatglasfritte bildet, diese durch eine strahlende Heizzone leitet, damit sie während des freien Falles fließbar werden und eine allgemein sphärische Form aufgrund der Oberflächenspannungskräfte annehmen, worauf man sie zur Bewah- ! rung ihrer glasartigen Natur und Kugelform abkühlt. !so3,147,225 can be produced by forming a finely divided silicate glass frit through a radiant heating zone conducts to make them flowable during free fall and a generally spherical shape due to surface tension forces accept what to keep them! tion of their vitreous nature and spherical shape cools. !so

ι Gewöhnlich kann das poröse Silicatglas hergestellt werden, ! indem man ein Alkali-Borsilicat-Glas schmilzt, eine Phasen- , j trennung in zwei miteinander in Verbindung stehende Glas- j j phasen bewirkt und eine Phase, d.h. die Boroxid- und Alkali-i !j«, metalloxidphase, unter Hinterlassung eines porösen Skelettes ' im v/esentlichen aus der verbleibenden, silicatreichen Glas- . phase auslaugt. Die wesentliche Eigenschaft des porösen Glases besteht darin, daß es nach seiner Bildung ein großes, inneres, durch siliciumgebundene Hydroxylgruppen bedecktesι Usually the porous silicate glass can be produced! by melting an alkali borosilicate glass, a phase, j separation into two interconnected glass j j phases and one phase, i.e. the boron oxide and alkali i ! j ", metal oxide phase, leaving behind a porous skeleton ' mainly from the remaining, silicate-rich glass. phase leaches. The essential property of the porous Glass consists in the fact that, after its formation, it has a large inner surface covered by silicon-bonded hydroxyl groups

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Oberflächengebiet enthält. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise ein poröses Glas verwendet, das durch Phasentrennung und Aus-jlaugen hergestellt ist, weil es mit einem hohen Oberflächengebiet pro Volumeneinheit erhalten werden kann und kleine Porengrößen hat, um eine hohe Konzentration siliciumgebundener Hydroxyloberflächengruppen zu ergeben, und weil das Auslaugverfahren zur Bildung der Poren Rückstände aus hydrolysierten Kieselsäuregruppen in den Poren zurückläßt, wodurclji die Anzahl der siliciumgebundenen, vorhandenen Hyd.oxyloberflächengruppen erhöht wird. Bei Verwendung als Verpackung kann das poröse Borsilicatglas in Pulverform wie zur Ver- ! wendung in Chromatographiekolonnen oder in vorherbestimmter j Form, z.B. als Platten, Kugeln oder Zylinder, vorli?gen. jContains surface area. According to the invention is preferred a porous glass is used, which is produced by phase separation and leaching is made because it can be obtained with a high surface area per unit volume and small Has pore sizes to give a high concentration of silicon-bonded hydroxy surface groups, and because that Leaching process to form the pores from hydrolyzed residues Leaving silicic acid groups in the pores, wodurclji the number of silicon-bonded hyd.oxy surface groups present is increased. When used as packaging, the porous borosilicate glass can be used in powder form as for packaging! used in chromatography columns or in a predetermined form, e.g. as plates, spheres or cylinders. j

::

Es ist zweckmäßig, im Behälter ein Glaspräparat zu verwenden Ϊ" das einen Mantel oder eine Hülle mit wenig auslaugbaren S Komponenten, wie Alkalimetalle oder Bor, liefert. Wenn dies nicht möglich oder durchführbar ist, wird der Glasbehälter zweckmäßig vor oder nach dem Kollabieren in einen zweiten Glasbehälter einer solchen Zusammensetzung gegeben, daß er keine oder nur geringe Mengen an Alkalimetallen oder Bor oder anderen auslaugbaren Komponenten enthält. Insbesondere werden Glasarten mit sehr hohem Kieselsäuregehalt sowohl für den Glasbehälter als auch für die Glasfüllung verwendet.It is advisable to use a glass preparation in the container Ϊ " that provides a shell or shell with little leachable S components, such as alkali metals or boron. If this is not possible or feasible, the glass container is expediently before or after collapsing in a second Glass containers of such a composition that they contain no or only small amounts of alkali metals or boron or other leachable components. In particular, types of glass with a very high silica content are used for both used the glass container as well as for the glass filling.

Wenn ein Reißen des Glasbehälters vermieden werden soll, falls dieser eine Glasfüllung, wie Glasteilchen, -kügelchen oder einen Glasstab, enthält, wird für den Behälter vorzugsweise ein solches Glas verwendet, das nach der Abscheidestufe eine Glasübergangstemperatur bis zu 1000C über der Glasübergangstemperatur desjenigen Glases hat, das aus der Glasfüllung und den in und auf derselben abgeschiedenen Fest stoffen gebildet wird. Dazu wird weiterhin vorzugsweise ein solches Behälterglas verwendet, das nach der Abscheidestufe einen thermischen Expansionskoeffizienten hat, der bis zu etwa 2 χ 10~ pro 0C unter dem thermischen Expansionskoeffizienten des Glases liegt, das durch Sintern der GlasfüllungIf tearing of the glass container is to be avoided if it contains a glass filling, such as glass particles, spheres or a glass rod, a glass is preferably used for the container which, after the separation stage, has a glass transition temperature of up to 100 ° C. above the glass transition temperature of the container Has glass that is formed from the glass filling and the solids deposited in and on the same. For this purpose, such a container glass is preferably used which, after the separation stage, has a thermal expansion coefficient that is up to about 2 × 10 −8 per ° C. below the thermal expansion coefficient of the glass that is produced by sintering the glass filling

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und den in und auf derselben abgeschiedenen Feststoffen gebildet wird. Bei der Bestimmung von GlasUbergangstemperatur und thermischen Expansionskoeffizienten können Menge und Art der in den Poren des (gegebenenfalls verwendeten, porrösen) Glasbehälters abgeschiedenen Feststoffe und der in den Poren und auf den äußeren Oberflächen der gegebenenfalls verwendeten porösen Glasfüllung sowie den auf den äußeren Oberflächen einer (gegebenenfalls verwendeten) nicht-porösenand the solids deposited in and on the same is formed. When determining glass transition temperature and thermal expansion coefficients can amount and type of in the pores of the (possibly used, porous) Solids deposited in the glass container and in the pores and on the outer surfaces of the optionally used porous glass filling as well as on the outer surfaces of a (possibly used) non-porous

ίο Glasfüllung abgeschiedenen Feststoffe eine erhebliche Wirkung auf die GlasUbergangstemperatur und den thermischen Expansionskoeffizienten haben und sollten berücksichtigt werden. Zweckmäßig wird auch das Abkühlen des Gebildes aus Glasbehälter und Inhalt nach Abscheiden und Sintern so regu-jίο glass filling deposited solids have a significant effect on the glass transition temperature and the thermal expansion coefficient have and should be taken into account will. It is also expedient to cool the structure of the glass container and its contents after separation and sintering

is liert, daß die Abkühlgeschwindigkeit im gesamten Gebilde aus j Glasbehälter und Inhalt möglichst gleichmäßig ist. Obgleich i in gewissen Fällen eine Rißbildung festgestellt wurde, hat : diese die erfindungsgemäßen Ziele, nämlich die Immobilisie- j rung und Isolierung radioaktiver Feststoffe aus Abfällen, die derartige Feststoffe in gelöster oder ungelöster Form enthalten, nicht beeinträchtigt. !is liert that the cooling rate in the entire structure from j Glass container and contents are as even as possible. Although i was found to have cracked in certain cases: this the goals according to the invention, namely the immobilization and isolation of radioactive solids from waste, which contain such solids in dissolved or undissolved form is not affected. !

In einem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein radio-j aktives Material als Feststoff in einem hohlen Glasbehälter \ mit mindestens einer öffnung abgeschieden. Das radioaktive Material wird aus einem fließbaren Material abgeschieden, das kontinuierlich durch den Behälter läuft oder absatzweise in diesen gegeben wird. Das fließbare Material kann gelöste j radioaktive Materialien und/oder fein zerteilte radioaktive !In a method of the present invention, a radio-j active material as a solid in a hollow glass container \ is deposited with at least one opening. The radioactive material is deposited from a flowable material that runs continuously through the container or is added to it in batches. The flowable material can be dissolved j radioactive materials and / or finely divided radioactive!

Materialien enthalten, und es kann ein Gas und/oder eine j ! Flüssigkeit sein. Die radioaktiven Materialien, die im j zu behandelnden, fließbaren Material in fein zerteilter oder j gelöster Form vorliegen, können auf einem nicht-porösen oder porösen Glas mit einer untereinander verbundenen, porösenContain materials, and it can be a gas and / or a j! Be liquid. The radioactive materials used in the j to be treated, flowable material in finely divided or j dissolved form, can be on a non-porous or porous glass with an interconnected, porous

3b Struktur abgeschieden werden. Bei Verwendung eines porösen Glases sind die Poren gewöhnlich kleiner als die fein zerteilten radioaktiven Materialien im fließbaren Material, wodurch ihr Durchgang in die untereinander verbundenen Poren3b structure to be deposited. When using a porous In glass, the pores are usually smaller than the finely divided radioactive materials in the flowable material, thereby allowing their passage into the interconnected pores

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verhindert wird. In diesem Fall werden die fein zerteilten Materialien auf den inneren Wandoberflächen des porösen Glasf behälters abgeschieden. Im fließbaren Material gelöste oderis prevented. In this case, the finely divided materials on the inner wall surfaces of the porous glassf container deposited. Dissolved or in the flowable material

i> gasförmige, radioaktive Materialien dringen in die Glasporen ein und werden innerhalb der porösen Struktur durch Reaktion mit dem Glas, durch Kationenaustausch mit dem Glas oder durch Ausfällung innerhalb der Glasporen eingeschlossen. Bei Verwendung eines poren oder nicht-porösen Glases werden die radioaktiven, im hohlen Glasbehälter abgeschiedenen Materialien durch Kollabieren der Behälterwände innerhalb der Glasmatrix eingeschlossen. Das Kollabieren der Behälterwände erfolgt durch Erhitzen des Behälters, während man a) auf das Behälterinnere ein Vakuum anlegt, b) auf deni> gaseous, radioactive materials penetrate the glass pores a and are within the porous structure by reaction with the glass, by cation exchange with the glass or trapped by precipitation within the glass pores. When using a porous or non-porous glass the radioactive ones deposited in the hollow glass container Materials trapped within the glass matrix by the collapse of the container walls. The collapse of the container walls takes place by heating the container while a) is applied to the inside of the container, a vacuum, b) on the

is Behälter einen äußeren Druck anlegt, z.B. durch Auflegen | eines Gewichtes oder Erhöhung des Gasdruckes außerhalb des ; Behälters und c) eine Kombination der Verfahren a) und b) anwendet. Bei Abscheidung des radioaktiven Materials in den Poren eines porösen Glases wird der Behälter zum Kollabieren der Poren vor dem Kollabieren der Behälterwände erhitzt.if the container is applying external pressure, e.g. by placing | a weight or increase in gas pressure outside the; Container and c) a combination of methods a) and b) applies. When the radioactive material is deposited in the pores of a porous glass, the container will collapse the pores are heated before the container walls collapse.

Der Glasbehälter ist hohl und hat mindestens eine öffnung. Zur Bearbeitung von Flüssigkeiten hat der Behälter vorzugsweise die Form eines Reagenzglases. Wenn er mehr als eine öffnung hat, wie im Fall eines hohlen Glasstabes (oder -rohres), kann eine oder mehrere Öffnungen durch einenThe glass container is hollow and has at least one opening. For processing liquids, the container is preferably in the form of a test tube. If he's more than one opening, as in the case of a hollow glass rod (or tube), one or more openings can be made through a

i Glasstöpsel verschlossen sein, damit beim absatzweiseni The glass stopper must be closed so that it is possible to use it intermittently

ι Betrieb das fließbare Material nicht entweicht. Für das kontinuierliche Arbeiten wird ein Glasrohr mit einer Öffnungι Operation the flowable material does not escape. A glass tube with an opening is used for continuous work

'30 an beiden Enden bevorzugt; dabei können beide Öffnungen mit einem porösen Glasstöpsel verschlossen sein. Je größer das Volumen des zu behandelnden fließbaren Materials ist, umso zv/eckmäßiger wird ein kontinuierlicher Betrieb. Andere, erfindungsgemäß geeignete Konfigurationen des Glasbehälters sind z.B. U-förmige, becherförmige oder schachteiförmige Konfigurationen.'30 preferred at both ends; Both openings can be closed with a porous glass stopper. The bigger that Volume of the flowable material to be treated, the more angular a continuous operation becomes. Other, Configurations of the glass container suitable for the present invention are, for example, U-shaped, cup-shaped or box-shaped Configurations.

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Die einfachste Ausfiihrungsform der vorliegenden Erfindung j betrifft die Abscheidung der radioaktiven Materialien in j einem nicht-porösen Glasbehälter mit anschließendem Kolla- ;The simplest embodiment of the present invention j relates to the deposition of radioactive materials in a non-porous glass container with subsequent colla;

i bieren der ßehälterwände und Vergraben oder Versenken der, j erhaltenen Glasgegenstandes. Der Glasbehälter kann z.B. die Form eines Reagenzglases haben und aus einem nicht-porösen Glas, wie Vycor Glas (Handelsname eines wärme- und chemikalienbeständigen Glases mit geringer thermischer Ausdehnungi beer of the container walls and burying or sinking the, j obtained glass object. The glass container can, for example, have the shape of a test tube and be made of a non-porous one Glass, such as Vycor glass (trade name of a heat and chemical resistant glass with low thermal expansion

ίο der Firma Corning Glass Works) bestehen. In einer anderen j Ausführungsform wird das radioaktive Material in einem porö-i sen Glasbehälter abgeschieden. In einer weiteren Ausführungsl· form kann es in einem nicht-porösen Glasbehälter abgeschie- ; den werden, in welchem ein zweites Glas, z.B. eine Glasfül-ίο the company Corning Glass Works) exist. In another j Embodiment, the radioactive material is deposited in a porous glass container. In another embodiment form it can be deposited in a non-porous glass container; in which a second glass, e.g. a glass filling

iü lung angeordnet ist. Weiterhin kann das radioaktive Material; in einem porösen Glasbehälter abgeschieden werden, in dom ; ein zweites Glas oder Glasfüllung angeordnet ist. Bei den j" beiden letztgenannten Ausführungsformen kann das zweite Glas ein nicht-poröses oder poröses Glas sein. Das zweite, porösej oder nicht-poröse Glas kann eine Glasvorform jeder geeigneten Konfiguration sein (z.B. ein Stab, Quader, fein zerteilt oder kugelförmig usw.), um in den Glasbehälter zu passen und diesen mindestens teilweise zu füllen. Das zweite Glas ist jedoch vorzugsweise in fein zerteilter Form, z.B.iü ment is arranged. Furthermore, the radioactive material; deposited in a porous glass container in dom; a second glass or glass filling is arranged. In the two latter embodiments, the second glass can be a non-porous or porous glass. The second, porous or non-porous glass can be a glass preform of any suitable configuration (e.g., rod, parallelepiped, finely divided or spherical, etc.) to fit in and at least partially fill the glass container , however, the second glass is preferably in finely divided form, e.g.

als KUgelchen, anwesend. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet ein nicht-poröses Glasrohr mit einer Füllung aus porösen Glasteilchen. 1 Nuklearer Abfall in einem nicht-porösen Rohr j Ein aus Vycor oder Silicatglas hergestellter, nicht-poröser ;as a ball, present. A preferred embodiment of the present invention uses a non-porous glass tube with a filling of porous glass particles. 1 Nuclear waste in a non-porous tube j A non-porous tube made from Vycor or silicate glass;

Hohlbehälter wird mindestens teilweise mit einem fließbaren,I radioaktive Materialien enthaltenden Material gefüllt. Beim j Behälter ist vorzugsweise eine Öffnung mit einem porösen Glasstöpsel verschlossen. Ist das fließbare Material eine Flüssigkeit, wie Wasser, dann wird der Glasbehälter zum Eindampfen des fließbaren Materials zur Trockne erhitzt, so daß die radioaktiven Materialien sich auf den Innenwänden des Behälters abscheiden. Es können Temperaturen etwas oberhalb des Siedepunktes bis etwa 500C oberhalb des Siedepunkte^The hollow container is at least partially filled with a flowable material containing radioactive materials. In the case of the j container, an opening is preferably closed with a porous glass stopper. When the flowable material is a liquid such as water, the glass container is heated to dryness to evaporate the flowable material so that the radioactive materials are deposited on the inner walls of the container. Temperatures can be anything above the boiling point to about 50 ° C. above the boiling point ^

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des fließbaren Materials verwendet werden. Niedrigere Temperaturen können zum Trocknen des Materials verwendet werden, wenn auf das Glasbehälterinnere ein Vakuum angelegt wird. Der Glasbehälter wird weiter erhitz L, und bei etwa 400°C zersetzen sich die ursprünglich im nuklearen Abfall anwesenden, radioaktiven Salze, z.B. radioaktive Metallnitrate, oder sie werden unter Bildung der entsprechenden Oxide, z.B. der radioaktiven Metalloxide, calciniert. D\e nichtradioaktiven, gasförmigen Zersetzungsprodukte, wie Stickoxide, werden durch Erhitzen abgetrieben, und der poröse Stöpsel wirkt als Barriere, um ein Entweichen des nuklearen Abfall aus dem Glasbehälter zu verhinden. Letzterer wird bis zum Kollabieren weiter erhitzt, um den ausgefallenen, kristallinen Kernabfall innerhalb des verschlossenen Behälters einzuschließen. Vor Zugabe des fließbaren Materials inof the flowable material can be used. Lower temperatures can be used to dry the material when a vacuum is applied to the interior of the glass container. The glass container is further heated L, and at around 400 ° C, those originally present in the nuclear waste decompose. radioactive salts, e.g. radioactive metal nitrates, or they are formed with the formation of the corresponding oxides, e.g. the radioactive metal oxides, calcined. The non-radioactive, Gaseous decomposition products, such as nitrogen oxides, are driven off by heating, and the porous Stopper acts as a barrier to prevent nuclear waste from escaping from the glass container. The latter will Further heated until it collapses in order to keep the precipitated, crystalline core waste inside the sealed container to include. Before adding the flowable material in

• den Glasbehälter können dem fließbaren Material Kieselsäure j und Tonerde zugefügt werden, damit nach Erhitzen ein calciniertes Material geschaffen wird. Das Calcinieren nuklearer Abfallmaterialien in metallischen Behältern ist bekannt. Die dabei verwendeten Verfahren und Betriebsbedingungen sind auch beim Calcinieren der erfindungsgemäßen Glasbehälter anwendbar und werden hiermit in die vorliegende Erfindung mitaufgenommen. Gewöhnlich kollabiert das Glasrohr bei etwa 13000C. Weitere Einzelheiten des Trocknungsverfahrens,• Silica and clay can be added to the flowable material in the glass container so that a calcined material is created after heating. It is known to calcine nuclear waste materials in metallic containers. The methods and operating conditions used can also be used when calcining the glass containers according to the invention and are hereby included in the present invention. Usually the glass tube collapses at around 1300 ° C. For more details on the drying process,

Einschließens der radioaktiven Zersetzungsprodukte und j Kollabierens des Glasbehälters werden im Folgenden aufge-Including the radioactive decomposition products and j Collapsing of the glass container are shown below.

• führt.• leads.

I Kernabfall in einem porösen Glasbehälter I nuclear waste in a porous glass container

j ;io JJie Herstellung der im erfindungsgemäßen Verfahren verwende-J ten porösen Glasbehälter kann nach jedem geeigneten Verfahren! j zur Bildung eines porösen Glases in jeder gewünschten Form, j z.B. als Zylinder oder Quader, erfolgen. Seine Zusammensetzung enthält vorzugsweise mehr als 75 % Kieselsäure. Das poröse Glas wird vorzugsweise nach den Verfahren der US PS 4 110 096 hergestellt. Es wird z.B. ein Kieselsäure, Bortrioxid und zwei Alkalimetalloxide (wie Na2O und K2O) enthaltendes Glaspräparat geschmolzen und zu langen Stäben oderThe production of the porous glass containers used in the process according to the invention can be made by any suitable process! j to form a porous glass in any desired shape, j for example as a cylinder or cuboid. Its composition preferably contains more than 75 % silica. The porous glass is preferably made according to the method of US Pat. No. 4,110,096. For example, a glass preparation containing silica, boron trioxide and two alkali metal oxides (such as Na 2 O and K 2 O) is melted and made into long rods or

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Rohren gezogen. Durch geeignete Wärmebehandlung kann man bei diesen Stäben oder Rohren eine Phasentrennung in zwei Phasen bewirken, nämlich in eine kieselsäurereiche Phase, die auch geringe Mengen BpO, und Alkalimetalloxid enthält, und eine kieselsäurearme Phase, die größere Mengen an BpO* und Alkalimetalloxid enthält. Dann werden die wärmebehandelten Stäbe oder Rohre in eine geeignete Auslauglösung getaucht, um die Phase mit der geringeren Kieselsäurekonzentration zuPipes pulled. By means of a suitable heat treatment, these rods or tubes can be phase separated into two Cause phases, namely in a silica-rich phase, which also contains small amounts of BpO, and alkali metal oxide, and a low-silica phase that contains larger amounts of BpO * and alkali metal oxide. Then the heat treated rods or tubes are immersed in a suitable leach solution, around the phase with the lower silica concentration

ίο entfernen. Die Entfernung dieser Phase und das anschließende Waschen liefert ein poröses Glas mit einem SiOp Gehalt über 90 Mol-%, das als Glasbehälter zum Einbetten von gelöstem oder gasförmigem radioaktiven Material gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist.ίο remove. The removal of this phase and the subsequent one Washing provides a porous glass with an SiOp content of over 90 mol%, which is used as a glass container for embedding dissolved or gaseous radioactive material according to the present invention is suitable.

Die vorliegende Erfindung wird weiter mit Bezug auf einen hohlen, porösen, reagenzglasartigen Glasbehälter beschrieben. Eine Lösung, die gelöste und fein zerteilte, radioaktive Materialien, wie metallische Niederschlage der PlatinfThe present invention is further made with reference to a hollow, porous, test tube-like glass container described. A solution that is dissolved and finely divided, radioactive Materials, such as metallic deposits of platinum

Λ) metallfamllie enthält, die gewöhnlich in nuklearen Abfalllösungen aus Aufarbeitungsanlagen für verbrauchten Kernbrennstoff anwesend sind, wird in ein poröses Reagenzglas gegossen. Die Lösung imprägniert die Wände und scheidet so das gelöste radioaktive Material in Form eines "dopant" innerhalb der porösen Reagenzglaswände ab. Dagegen dringt das fein zerteilte, radioaktive Material aufgrund seiner Teilchengröße nicht in die Wände des Glasbehälter;:; f in, sondern wird durch Absetzen oder Filtrieren \ auf der ^ehälterinnenwand abgeschieden. Die Abscheidung auf I den inneren Behälterwänden erfolgt durch Filtration und j anschließendes Abdampfen des fließbaren Materials. jΛ) containing metal families, usually present in nuclear waste solutions from spent nuclear fuel reprocessing plants, is poured into a porous test tube. The solution impregnates the walls and thus separates the dissolved radioactive material in the form of a "dopant" within the porous test tube walls. On the other hand, the finely divided, radioactive material does not penetrate into the walls of the glass container due to its particle size;:; f in, but is deposited by settling or filtration \ ^ on the ehälterinnenwand. The deposition on the inner container walls takes place by filtration and subsequent evaporation of the flowable material. j

Das ursprünglich in der Lösung anwesende, radioaktive Material wird dagegen in den Behälterporen in gelöster Form, z.B. als Nitrat, abgeschieden. Dann wird die Behälteröffnung vorzugsweise mit einem porösen oder nicht-porösen Stöpsel verschlossen, und das gelöste, radioaktive Material durch Ausfällen aus der Lösung nach Verfahren, z.B. gemäß **(siehe dazu US PS 4 110 096, Spalte 8, Zeile 15 bis 21)The radioactive material originally present in the solution, on the other hand, is deposited in the container pores in dissolved form, for example as nitrate. Then the container opening is preferably closed with a porous or non-porous stopper, and the dissolved radioactive material is precipitated out of the solution according to methods, e.g. according to ** (see US Pat. No. 4,110,096, column 8, lines 15 to 21)

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der US PS A 110 096, in den Poren abgeschieden. Die Ausfällung kann durch Abkühlen des Glasbehälters (thermische Ausfällung) und/oder durch chemische Ausfällung erfolgen. ' Die chemische Ausfällung umfaßt eine solche durch übliche Ionenwirkung zur Verminderung der Löslichkeiten der gelösten radioaktiven Materialien. Sie umfaßt auch einen Austausch der Lösungsmittel zum Vermindern der Löslichkeiten zwecks Ausfällung. Bei diesem Verfahren kann das poröse Reagenzglas in ein Lösungsmittel eingetaucht werden, in welmem das lösliche, radioaktive Material in den Poren weniger löslich ist. Die Zugabe eines geeigneten, mit demof US PS A 110 096, deposited in the pores. The precipitation can be done by cooling the glass container (thermal precipitation) and / or by chemical precipitation. The chemical precipitation includes such a conventional ionic action to reduce the solubilities of the dissolved radioactive materials. It also includes an exchange of solvents to reduce solubilities for the purpose Precipitation. In this method, the porous test tube can be immersed in a solvent in which the soluble, radioactive material in the pores is less soluble. The addition of a suitable, with the

"dopant" oder den gelösten radioaktiven Materialien in den Poren reagierenden Ausfällungsmittels oder eine zweckmäßige Veränderung des pH Wertes sind weitere Mittel der chemischen Ausfällung. Diese kann auch durch Verdampfen des fließbaren Materials aus den Poren, vorzugsweise unter Vakuum und bei Temperaturen um Zimmertemperatur oder darunter, bewirkt werden. Andere Verfahrens als die Verdampfung des Lösungsmittels als einzige Maßnahme zur Ausfällung werden verwendet wenn die Erzielung von Glasarten höherer Festigkeit gewünscht wird. Es können auch Kombinationen von Ausfällungsverfahren, vorzugsweise eine solche aus der thermischen Ausfällung und Ausfällung durch Austausch der Lösungsmittel,"dopant" or the dissolved radioactive materials in the pores reacting precipitant or an appropriate Changing the pH value is another means of chemical precipitation. This can also be achieved by evaporation of the flowable Material from the pores, preferably under vacuum and at temperatures around room temperature or below, effected will. Methods other than evaporation of the solvent as the sole means of precipitation are used when it is desired to obtain higher strength glasses. Combinations of precipitation processes, preferably one from thermal precipitation and precipitation by exchanging the solvents,

25 verwendet werden. 25 can be used.

Die Abscheidung der gelösten, radioaktiven Materialien in den Poren kann auch durch Kationenaustausch mit dem Glas erfolgen. Die Herstellung geeigneter Glasarten für den Kationenaustausch sowie die genaue Beschreibung des Kationenaustauschverfahrens werden in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (interne Nr.NPD-1331-1) mit deih Titel "Verfahren air Fixierung toxischer Materialien in einer { Glasmatrix durch Ionenaustausch" beschrieben, die hiermit j in die vorliegende Anmeldung mitaufgenommen wird. Ein poröser Glasbehälter mit Kationenaustauschkapazität eignet sich besonders für ein kontinuierliches Verfahren. Die Lösung ♦(entsprechend US Ser.No. 959 222 vom 9. Nov. 1978)The separation of the dissolved, radioactive materials in the pores can also be achieved by cation exchange with the glass take place. The production of suitable types of glass for cation exchange and the precise description of the Cation exchange processes are described in the patent application filed at the same time (internal number NPD-1331-1) with deih Title "Method of air fixation of toxic materials in a { Glass matrix by ion exchange ", which is hereby included in the present application. A porous Glass containers with cation exchange capacity are particularly suitable for a continuous process. The solution ♦ (corresponding to US Ser.No. 959 222 of Nov. 9, 1978)

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wird zwecks Kationenaustausch und Einschließen der gelösten, radioaktiven Materialien in das Behälterinnere durch die porösen Wände geleitet, und dann läuft die restliche Lösung, d.h. das Lösungsmittel, wie Wasser, durch die äußere Behälterwand.is used for the purpose of cation exchange and inclusion of the dissolved, radioactive materials passed into the container interior through the porous walls, and then the remaining runs out Solution, i.e. the solvent such as water, through the outer container wall.

Nach der Abscheidestufe kann die Außenwand des porösen Glasrohres gewaschen werden, so daß die die in den Poren derAfter the separation stage, the outer wall of the porous glass tube can be washed so that the in the pores of the

ίο äußeren Oberflächenschichten des porösen Rohres abgeschiedenen, radioaktiven Materialien entfernt erden. Die Waschstufe ist zweckmäßig, wenn die Herstellung eines Gegenstandes ohne oder mit nur geringer-Menge an radioaktivem j Material in den äußeren Oberflächenschichten gewünscht wirdίο deposited outer surface layers of the porous tube, Ground radioactive materials away. The washing stage is useful when making an item without or with only a small amount of radioactive material in the outer surface layers is desired

is und ist im weiten Sinn der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich. Dann wird das Lösungsmittel der Lösung vorzugsweise ohne Hinüberwandern des radioaktiven Materials in die Poren entfernt, was durch Trocknungsverfahren gemäß der US PS 4 110 096 geschehen kann. Der poröse Glasbehälter wird zweckmäßig in einen Trocknungsofen gegeben und unter Vakuum mit einer Geschwindigkeit unter 100°C/std auf eine obere Trocknungstemperatur erhitzt. In manchen Fällen kann jedoch eine höhere Erhitzungsgeschwindigkeit verwendet werden, um j den Durchsatz von Materialien durch das Behandlungssystem jis and is not in the broad sense of the present invention essential. Then the solvent is preferably added to the solution without the radioactive material migrating over removes the pores, which can be done by drying processes according to US Pat. No. 4,110,096. The porous glass container will expediently placed in a drying oven and under vacuum at a rate below 100 ° C / h on an upper Heated drying temperature. In some cases, however, a higher heating rate can be used to j the throughput of materials through the treatment system j

zu erhöhen. jto increase. j

Nach Trocknen des Rohres erhält man zwei Formen abgeschicde-j ner, radioaktiver !Materialien: 1) die ursprünglich ungelös- j ten, fein zerteilten Materialien, die in dem durch die Innen-r wände des Glasrohres definierten Innenraum abgeschieden sind, und 2) die ursprünglich gelösten Materialien, die in den Poren der Glasbehälterwände abgeschieden sind.After the tube has dried, two forms are obtained more radioactive! walls of the glass tube defined interior are deposited, and 2) the originally dissolved materials that in the Pores of the glass container walls are deposited.

Nach der Trocknungsstufe bewirkt ein fortgesetztes Erhitzen des Glasbehälters eine Zersetzung der radioaktiven Materialien sowohl in den Poren und außerhalb derselben. So geht z.B. das radioaktive Material von seiner Nitratform (oder irgendeiner, ursprünglichen Form) in die Oxid-, Phosphat-After the drying step, continued heating of the glass container will cause the radioactive materials to decompose both in the pores and outside of them. For example, the radioactive material comes from its nitrate form (or any, original form) into the oxide, phosphate

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oder Silicatform / wobei die Stickoxid-Zersetzungsprodukte abgetrieben werden. SoUen radioaktive Gase, wie Krypton oder Jod, eingebettet werden, können diese in die Poren des <, porösen Glases bei einer Temperatur, z.B. 50 bis 1500C unterhalb der Glasübergangstemperatur T , des die abge-or silicate form / with the nitrogen oxide decomposition products being driven off. Be embedded Souen radioactive gases, such as krypton or iodine, this may in the pores of the <porous glass at a temperature, for example 50 to 150 0 C below the glass transition temperature T, of the off

schiedenen Materialien enthaltenden Glasesrohres eingeführt werden.different materials containing glass tube are introduced.

Das Erhitzen wird bis zum Kollabieren der poröser Glasporen fortgesetzt. Danach ist das aus der Lösung abgeschiedene, radioaktive Material einschließlich radioaktiver Gase vollständig innerhalb der Glasmatrix eingeschlossen. Es ist chemisch an das Glas gebunden und physikalisch in diesemThe heating continues until the porous glass pores collapse continued. After that, the radioactive material including radioactive gases separated from the solution is complete enclosed within the glass matrix. It is chemically bound to the glass and physically in it

ib eingeschlossen. Das Erhitzen kann ohne große Gefahr, das radioaktive Material im Glas durch Verdampfen zu verlieren, weil es nun im Glas selbst eingeschlossen ist. Während des f fortgesetzten Erhitzens des Rohres kann ein geringer Druck unterschied zwischen dem Inneren und Äußeren des Rohres zum Kollabieren desselben verwendet werden. Der Druck im Rohr wird durch Vakuum etwas niedriger als der Druck außerhalb des Rohres eingestellt, um so das Rohr zu einem Stab zu kollabieren. Zum Kollabieren der Behälterwände kann auch ein äußerlicher Druck von einem auf das Rohr gelegten Gewicht verwendet werden. Nach Kollabieren des Rohres (oder anderen Glasbehälters) ist das ursprünglich fein zerteilte, radioaktive Material innerhalb des erhaltenen, verschlossenen Glasgefäßes eingeschlossen. Das ursprünglich ungelöste, fein zerteilte, radioaktive, nun im Glasgefäß eingeschlosse- Iib included. Heating can do that without great risk Lose radioactive material in the glass by evaporation because it is now trapped in the glass itself. During the f continued heating of the tube can mean a slight pressure difference between the inside and outside of the tube can be used to collapse the same. The pressure in the pipe is slightly lower than the pressure due to a vacuum set outside the tube so as to collapse the tube into a rod. To collapse the container walls can also external pressure from a weight placed on the pipe can be used. After collapsing the pipe (or other glass container) is the originally finely divided, radioactive material inside the preserved, sealed Glass vessel included. The originally undissolved, finely divided, radioactive, now enclosed in the glass vessel

.„, ne Material kann in elementarer Metallform oder als Metallsalz, Metalloxid oder andere Metallformen vorliegen. Ein fein zerteiltes, radioaktives, sich wie unten beschrieben j zersetzendes Material würde in Oxid-, Phosphat- oder Silicat-j form vorliegen. Das kollabierte Rohr ist ein Stab mit zwei J 3b Arten darin eingeschlossener, radioaktiver Materialien: 1) einem ursprünglich in der Lösung löslichen Material, das allmählich chemisch an das Glas gebunden oder in diesem eingeschlossen wird, und 2) ein unlösliches, festes, radioaktives Material, das allmählich durch das Glas eingeschlossen. ", Ne material can be in elemental metal form or as a metal salt, metal oxide or other metal forms. A finely divided radioactive material which decomposes as described below would be in the oxide, phosphate or silicate form. The collapsed tube is a rod with two J 3b types of radioactive materials entrapped therein: 1) a material originally soluble in solution that gradually becomes chemically bonded to or entrapped in the glass, and 2) an insoluble, solid, radioactive material that is gradually trapped by the glass

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wird. So erhält man nach Kollabieren des hohlen Glasgegenstandes einen solchen, der die ursprünglich ungelösten, festen, radioaktiven, in seinem Kern eingeschlossenen Materialien umfaßt. Die ursprünglich gelösten, radioaktiven Materialien sind in der den Kern umgebenden Glasmatrix eingeschlossen und immobilisiert.will. After the hollow glass object collapses, one obtains one that contains the originally undissolved, includes solid, radioactive materials enclosed in its core. The originally dissolved, radioactive Materials are trapped and immobilized in the glass matrix surrounding the core.

Die Verwendung eines hohlen, porösen Glasbehälters, insbesondere in Rohrform, bietet gegenüber einem porösen Galsstab verschiedene Vorteile. Ein Vorteil eines porösen Glasbehälter in Reagenzglasform besteht in der Verwendung von zwei Oberflächen, nämlich der Innen- und Außenwand. Die den Kernmüll enthaltende Lösung wird in dasThe use of a hollow, porous glass container, in particular in the form of a tube, offers an advantage over a porous gals rod various advantages. One advantage of a porous glass container in the form of a test tube is that it can be used of two surfaces, namely the inner and outer wall. The solution containing the nuclear waste is poured into the

1b Rohr gegeben, um die fein zerteilten, radioaktiven Materialien einzuschließen und die Poren mit der die gelösten, radioaktiven Materialien enthaltenden Lösung zu durchdringen. Eine Lösung, die ein Ausfällen des gelösten, radioaktiven Materials in den Poren bewirkt, kann durch die äußere Oberfläche des porösen Rohres eingeführt werden. So reagiert z.B. Kaliumsilicat mit vielen nuklearen Abfällen (wie Eisen) Der durch das Kaliumsilicat bewirkte, hohe pH Wert bewirkt die Ausfällung (z.B. Eisenoxid) innerhalb der Poren. Im Fall von Ruthenium fällt Rutheniumsilicat aus usw. Durch Einführung des Materials von den äußeren Oberflächen des porösen Rohres wird eine kontrollierte Ausfällung des nuklearen Abfall in den Poren des porösen Glases verbessert. 1b tube to enclose the finely divided radioactive materials and to penetrate the pores with the solution containing the dissolved radioactive materials. A solution that causes the dissolved radioactive material to precipitate in the pores can be introduced through the outer surface of the porous tube. For example, potassium silicate reacts with many nuclear waste (such as iron). The high pH value caused by the potassium silicate causes precipitation (eg iron oxide) within the pores. In the case of ruthenium, ruthenium silicate precipitates, etc. By introducing the material from the outer surfaces of the porous tube, controlled precipitation of the nuclear waste in the pores of the porous glass is enhanced.

Ein weiterer Vorteil der Rohrkonfugiation besteht darin, daß jAnother advantage of pipe confugiation is that j

die gelöste, radioaktiven, während der Ausfällungsstufe nichithe dissolved, radioactive, nichi during the precipitation stage

ausfallenden Materialien an die Rohrinnenwand gesaugt werden können; somit ist das Rohr vollständig mit dem fließbaren, das radioaktive Material enthaltenden Material gefüllt. Dann wird es in sauberes Wasser oder eine zweite Lösung gegeben, und auf das Rohrinnere wird ein Vakuum angelegt. Dabei werden einige gelöste, radioaktive Materialien durch eine Temperaturverminderung, durch Unlöslichkeit im zweiten Lösungsmittel oder durch chemische Aktivität mit demselbenfalling materials can be sucked onto the inner wall of the pipe; thus the pipe is complete with the flowable, the material containing radioactive material is filled. Then it is put in clean water or a second solution, and a vacuum is applied to the inside of the pipe. In doing so, some dissolved, radioactive materials are carried through a decrease in temperature, by insolubility in the second solvent or by chemical activity with the same

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möglicherweise nicht ausgefällt. Dieses aus irgendwelchen Gründen nicht ausfallende, gelöste, radioaktive Material wird an die Rohrinnenwand gesaugt, wobei die Außenwand sauber bleibt. Dieser Fluß zur Innenwand bewirkt eine Verteilung des ursprünglich gelösten, radioaktiven Materials ("dopant"^ die auf der inneren Rohroberfläche höher ist. Beim abschließenden Kollabieren des Rohres zu einem Stab wird dieser Bereich einer hohen Konzentration an radioaktiven Materials im gesamten Glassystem eingeschlossen, wodurch ein*=; hohe Konzentration an nuklearem Abfall auf dem Äußeren des Glasgegenstandes vermieden werden kann.may not have failed. This dissolved, radioactive material that does not precipitate for any reason is sucked against the inner wall of the pipe, whereby the outer wall remains clean. This flow to the inner wall causes a distribution of the originally dissolved, radioactive material ("dopant" ^ which is higher on the inner pipe surface. When the tube finally collapses into a rod, it becomes a rod Area of high concentration of radioactive material enclosed in the entire glass system, creating a * =; height Concentration of nuclear waste on the exterior of the glass object can be avoided.

Ein anderer Vorteil der Rohrkonfiguration besteht im Einschließen jeglicher radioaktiver, durch Zersetzung derAnother advantage of the tube configuration is that it confines any radioactive material, by decomposing the

is radioaktiven Materials während der Trocknungsstufe gebildeter Gase. Wird z.B. innerhalb der Poren Rutheniumtetraoxid aus den radioaktiven Materialien gebildet, so kann es aus dem Rohrzentrum, aus dem Trocknungs/Kollabierungsofen und in ein anderes Rohr aus porösen Glas, das sich bei niedrigerer Temperatur befindet, aspiriert werden. Die radioaktiven Gase werden durch das zweite, proöse Glasrohr filtriert; sie reagieren mit dem Silicat des Glases und werden innerhalb der Glasporen ausgefällt. Rubidium wird z.B. aus dem Tetraoxid in einen niedrigeren Oxidationszustand reduziert und innerhalb der Poren ausgefällt. Das zweite Rohr dient als Mikroporenfilter. Seine Poren werden kollabiert, wodurch die Rohrwände zusammenfallen und so die gasförmigen, radioaktiven, in einer verschlossenen Glasmatrix eingeschlossen und immobilisiert. is radioactive material formed during the drying stage Gases. If, for example, ruthenium tetraoxide is formed from the radioactive materials within the pores, it can consist of the tube center, from the drying / collapsing furnace and into another tube made of porous glass, which is at lower Temperature is to be aspirated. The radioactive gases are filtered through the second, proous glass tube; they react with the silicate of the glass and are precipitated within the glass pores. For example, rubidium is made from tetraoxide reduced to a lower oxidation state and precipitated within the pores. The second tube serves as a micropore filter. Its pores are collapsed, causing the pipe walls to collapse and so the gaseous, radioactive, enclosed and immobilized in a sealed glass matrix.

Wie ersichtlich, können die porösen Glasrohr zum Absorbieren radioaktiver Gase aus Beseitigungssystemen für radioaktiven Abfall, die keine porösen Glasbehälter verwenden, eingesetzt werden. Radioaktive Gase aus anderen Aufarbeitungssystemen 35von nuklearem Abfall können in einem porösen Glasfilter behandelt werden. Die radio aktiven Gase können fein zerteilte, radioaktive Materialien und gasförmige radioaktive Materialien enthalten. Nicht-radioaktive Materialien, wie Wasser uswAs can be seen, the porous glass tube can be used to absorb radioactive gases from radioactive disposal systems Waste that does not use porous glass containers can be used. Radioactive gases from other processing systems 35of nuclear waste can be treated in a porous glass filter will. The radioactive gases can be finely divided radioactive materials and gaseous radioactive materials contain. Non-radioactive materials such as water, etc.

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gehen vollständig durch die porösen Glasfilter hindurch, während nuklearer Abfall, wie Rutheniumtetraoxid oder Cäsium, im porösen Glasfilter eingeschlossen wird. Wenn die Filter ί> ihre Wirksamkeit zu verlieren beginnen, können sie selbst zum Kollabieren ihrer Poren und Wände erhitzt werden. So werden sowohl die fein zerteilten, im Gas suspendierten, als auch die gasförmigen, radioaktiven Materialien in der Glasmatrix eingeschlossen und immobilisiert. Bei Verwendung poröser Glasbehälter als Filter brauchen diese keine Rohrform zu haben; ebenso geeignet oder manchmal sogar besser sind z.B. flache Konfigurationen.go completely through the porous glass filters, while nuclear waste, such as ruthenium tetraoxide or cesium, is enclosed in the porous glass filter. If the filters ί> As they begin to lose their effectiveness, they can be heated by themselves to collapse their pores and walls. Be like that both the finely divided materials suspended in the gas and the gaseous, radioactive materials in the glass matrix trapped and immobilized. When using porous glass containers as filters, they do not need to be tubular to have; Flat configurations, for example, are equally suitable or sometimes even better.

Noch ein Vorteil der Verwendung eines porösen GlasbehältersAnother benefit of using a porous glass container

is im Gegensatz zu einem porösen Glasstab ist die für eine gegebene Dicke des porösen Glases verringerte Verarbeitungszeit. So ist z.B. die zum vollständigen Imprägnieren eines porösen Glasstabes von 10 cm Radius benötigte Zeit dieselbe wie zum vollständigen Imprägnieren eines porösen Glasbehälteris in contrast to a porous glass rod which is for one given thickness of the porous glass reduced processing time. For example, the one for the complete impregnation of a porous glass rod of 10 cm radius took the same time as for completely impregnating a porous glass container

2omit einem inneren Radius von 10 cm und einem äußeren Radius von 30 cm. Die Glasbehälterwand ist 20 cm dick, die Imprägnierung erfolgt Jedoch auf der inneren und äußeren Oberfläche auf eine Tiefe von 10 cm. Beieinem Glasstab ist die Querschnittsfläche des Glases nur 100 Tf (oder etwa 314) cm2. Bei einem Glasbehälter ist die Querschnittsfläche des porösen Glases jedoch 800 7Γ oder etwa 2514 cm2 bzw. das 8-Fache derjenigen des Stabes. So kann in derselben Zeiteinheit eine wesentlich größere Glasmenge imprägniert werden. Dieser Vorteil gilt auch während der Trocknungsstufe und Zersetzung.2o with an inner radius of 10 cm and an outer radius of 30 cm. The glass container wall is 20 cm thick, but the impregnation is carried out on the inner and outer surface to a depth of 10 cm. For a glass rod, the cross-sectional area of the glass is only 100 Tf (or about 314) cm 2 . For a glass container, however, the cross-sectional area of the porous glass is 800 7Γ or about 2514 cm 2 or 8 times that of the rod. In this way, a significantly larger amount of glass can be impregnated in the same time unit. This benefit also applies during the drying stage and decomposition.

3oFür Vergleichszwecke wird eine Schrumpfung des porösen Glases von 0 angenommen. Beim Kollabieren des Glasbehälters beträgt der endgültige Durchmesser des erhaltenen Stabes etwa 28 cm. Dagegen liegt der endgültige Durchmesser eines Glasstabes mit 10 cm Radius bei etwa 20 cm. So erhält man ein größeres End-3o For comparison purposes, a shrinkage of the porous glass of 0 is assumed. When the glass container collapses, is the final diameter of the rod obtained about 28 cm. In contrast, the final diameter of a glass rod is with 10 cm radius at about 20 cm. So you get a bigger end

35produkt mit mehr radioaktivem Abfall in derselben Verarbeitungszeit wenn ein Glasbehälter verwendet wird. 35 Product with more radioactive waste in the same processing time when a glass container is used.

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Fein zerteiltes Glas innerhalb eines Glasbehälters In den Glasbehälter kann fein zerteiltes Glas in Form von nicht-porösen oder porösem Glas mit untereinander in Verbindung stehenden Porenstruktur oder eine Mischung aus beiden eingeführt werden..Die Bildung nicht-poröser Glasteilchen ist bekannt und/sind von üblicher Zusammensetzung, oder es können Modifikationen derselben verwendet werden. Poröse Glasteilchen erhält man aus Glasarten mit ähnlicher Zusammensetzung wie bei den zur Herstellung porörer Glasbehälter verwendeten Arten. Das poröse Glas wird vorzugsweise aus Präparaten und nach Verfahren der US PS 4 110 gebildet. Finely divided glass inside a glass container Finely divided glass in the form of non-porous or porous glass with interconnected pore structure or a mixture of both can be introduced into the glass container. The formation of non-porous glass particles is known and / are common Composition, or modifications thereof can be used. Porous glass particles are obtained from types of glass with a similar composition to the types used to make porous glass containers. The porous glass is preferably formed from preparations and by the methods of US Pat. No. 4,110.

is Zur Herstellung eines pulverisierten Glases kann das geschmolzene Glas direkt zum Reißen und Zerbrechen in kleine Stücke in kalter Wasser gegossen werden; es kann auch zu Stäben gezogen oder in jede gewünschte Form gebracht werden. Im letztgenannten Fall wird es in einer Mahlvorrichtung zer-is To make a pulverized glass, you can use the melted Glass can be poured directly into cold water to tear and break into small pieces; it can also become rods drawn or shaped into any desired shape. In the latter case, it is crushed in a grinding device.

20kleinert. Die Glasstücke werden gesiebt, um Glasteilchen der gewünschten Teilchengröße zu erhalten. Dann werden die gesiebten Teilchen zur Bildung kleiner Kügelchen durch eine Flamme geleitet. Der Vorteil einer Herstellung von KUgelchen anstelle der bloßen Verwendung des gesiebten Glases20 reduced. The pieces of glass are sieved to get glass particles to obtain the desired particle size. Then the sieved particles are passed through a Flame headed. The advantage of making spheres instead of just using the sifted glass

25mit zufälliger, unregelmäßiger Form besteht in einer einheitlicheren, größeren Fülldichte im Glasbehälter. Somit können zwei Arten von Glasteilchen hergestellt werden; eine wird einfach zerbrochen und gesiebt und hat daher längliche Körner, zufälliger, unregelmäßiger Form. Die andere Art wird zerkleinert, gesiebt und im Durchgang durch eine heiße Zone erneut geschmolzen und dann schnell zur Bildung von Glaskügelchen abgekühlt.2 5 with a random, irregular shape consists of a more uniform, greater filling density in the glass container. Thus, two types of glass particles can be made; one is simply broken up and sifted and therefore has elongated grains, of a random, irregular shape. The other type is crushed, sieved and remelted while passing through a hot zone and then rapidly cooled to form glass beads.

Die so erhaltenen Teilchen sind nicht-porös und können in der 35Ausführungsform verwendet werden, wo das radioaktive Material auf nicht-porösen Glasteilchen innerhalb des Glasbehälters abgeschieden wird. Um die nicht-porösen Glasteilchen porös zu machen, werden sie erneut etwa 2 Stunden auf etwa 55O0CThe particles thus obtained are non-porous and can be used in the 35 embodiment where the radioactive material is deposited on non-porous glass particles inside the glass container. To make the non-porous glass particles porous, they are again about 2 hours to about 55O 0 C

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erhitzt. So wird eine Phasentrennung und ein Auslaugen bewirkt; (Vgl. die US PS 4 110 096). Das fertige Produkt ist ein nasses, fein zerteiltes, poröses Glas, bei welchem die Poren im gesamten Teilchen miteinander in Verbindung stehen und das im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann. Durch Erhitzen des porösen Glases über 1000C wird Wasser entfernt,und man erhält ein trockenes, fein zerteiltes, poröses Glas als fließbares, pulveriges Produkt.heated. This causes phase separation and leaching; (See U.S. Patent 4,110,096). The finished product is a wet, finely divided, porous glass in which the pores throughout the particle are in communication with one another and which can be used in the method according to the invention. Water is removed by heating the porous glass over 100 0 C, and there is obtained a dry, finely divided, porous glass as a flowable, pulverulent product.

Bei Verwendung länglicher Körner ist die Füllung des Glasbehälters möglicherweise nicht sehr wirksam, gewöhnlich können Hohlräume von 60 % vorhanden und die Teilchen (oder Körner) nur in 40 % des Innenvolumens des Glasbehälters anwesend sein. Dagegen lassen sich runde Kügelchen besser einfüllen und ergeben gewöhnlich Füllmengen von 60 % oder mehr. Die ideale Füllung bei Kügelchen liegt um 80 %. Eine verbesserte Füllung erhält man durch Druckanlegen, wobei man Glasteilchen einer Größe zwischen 5 Micron bis 5 mm,When elongated grains are used, the filling of the glass container may not be very effective, usually 60 % voids and the particles (or grains) only being present in 40 % of the internal volume of the glass container. On the other hand, round beads are easier to fill and usually result in fill quantities of 60 % or more. The ideal filling for beads is around 80%. An improved filling is obtained by applying pressure, whereby glass particles with a size between 5 microns and 5 mm,

20 vorzugsweise 50 Micron bis 1 mm, verwenden kann.20, preferably 50 microns to 1 mm.

Die Beladung des Glasbehälters kann in der hier beschriebenen Weise oder in Jeder anderen geeigneten Weise erfolgen.The loading of the glass container can take place in the manner described here or in any other suitable manner.

Die Trocknungsstufe kann in verschiedener Weise erfolgen. Erstens kann Glaswolle oder eine poröse Glasscheibe oder andere Art von porösem Deckel oben auf die Glasteilchen gelegt werden, um ihr vertikales Bewegen beim Abtreiben der Gase aus dem darin enthaltenen, radioaktiven Abfall zu vermeiden. Weiter kann am Behälterkopf ein angemessener Abstand belassen werden, so daß sich die Glasteilchen beim Abtreiben der Gases aufwärts bewegen und dann beim Abbrechen des Gasflusses wieder senken. Weiter ist es zweckmäßig, die enthaltenen Gase und Glasteilchen durch eine relativ kleine Heizzone zu trocknen, die sich abwärts vom Kopf befindet, um so die Gases fortschreitend vom Kopf zum Boden zu treiben. Wird dagegen sehr starke Hitze oder Hitze am Boden angelegt, kann ein Sieden im Behälterinneren nahe des Bodens vorkommen, das ein Ausblasen der Glasteilchen am Kopf bewirkt. Zweck-The drying stage can be carried out in various ways. First, glass wool or a porous sheet of glass or other type of porous lid can be placed on top of the glass particles be placed in order to avoid their vertical movement when expelling the gases from the radioactive waste contained therein. Furthermore, a reasonable distance can be left at the container head so that the glass particles are drifted off move the gas upwards and then lower it again when the gas flow is interrupted. It is also useful to use the included Drying gases and glass particles through a relatively small heating zone located down from the head, so as to drive the gas progressively from the head to the ground. If, on the other hand, very strong heat or heat is applied to the ground, boiling can occur inside the container near the bottom, that blows out the glass particles on the head. Purpose-

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ΊΑ ΊΑ : : ii

mäßig wird der obere Behälterteil oberhalb 100°C gehalten. Dieses Verfahren kann relativ schnell sein, so daß durch ein Erhitzen vom Kopf und Abwärtsbringen der Hitze alles Wasser 5 im Behälter allmählich verdampft werden kann. Wird dann eine Schicht poröser Glasteilchen am Kopf getrocknet, dann wird sie im Temperaturbereich von 100 bis 1500C gehalten, um ein Entweichen anderer, giftiger Gase zu vermeiden. Nicht-radioaktive Nitratzersetzungsdämpfe im Behälter können durch die trockene poröse Schicht entweichen, während die Cfoium-, Natrium- und anderen radioaktiven Isotopen, wie Cadmium, im porösen Sieb zurückgehalten. Ist das Wasser erst einmal aus der gesamten Kolonne abgedampft, kann sie schnell genug auf eine Temperatur um 4000C erhitzt werden, um das Destil-15lieren der radioaktiven Nitrate zu vermeiden. Bei derartigen Temperaturen beginnt die Zersetzung, und nitrose Oxiddämpfe werden abgetrieben. Wiederum kann Rutheniumtetraoxid ein Problem sein, weil man sein Entweichen aus dem Behälterkopf vermeiden muß, indem man die Schicht aus porösen Glasteilchen im Kopf heiß genug zum Entweichen von Wasserdampf aber kalt genug halten muß, so daß RuO^ im Behälter bleibt, während die Nitratzersetzung andauert. Solange die Dämpfe aus der Nitratzersetzung weiterhin anfallen, befindet sich das Material unter hohen Oxidationsbedingungen, und es beisteht nicht viel Möglichkeit, daß Ruthenium in einen niedrigeren, weniger flüchtigen Oxidationszustand reduziert wird.The upper part of the container is kept moderately above 100 ° C. This process can be relatively rapid so that by heating from the head and bringing the heat down, all of the water 5 in the container can be gradually evaporated. If a layer of porous glass particles is then dried on the head, it is kept in the temperature range from 100 to 150 ° C. in order to prevent other, toxic gases from escaping. Non-radioactive nitrate decomposition vapors in the container can escape through the dry porous layer, while the cfoium, sodium and other radioactive isotopes such as cadmium are retained in the porous sieve. If the water is evaporated once from the entire column, it can be heated quickly enough to a temperature of 400 0 C to the Destil- 15 lose to avoid the radioactive nitrates. At such temperatures, decomposition begins and nitrous oxide vapors are driven off. Again, ruthenium tetroxide can be a problem because one must avoid its escape from the container head by keeping the layer of porous glass particles in the head hot enough to allow water vapor to escape but cold enough so that RuO ^ remains in the container while the nitrate decomposition continues . As long as the vapors from the nitrate decomposition continue, the material is under high oxidizing conditions and there is not much possibility that ruthenium will be reduced to a lower, less volatile, oxidation state.

Nach beendeter Nitratzersetzung kann auf das Behälterinnere ein Vakuum angelegt werden, wobei die erhöhte TemperaturAfter the nitrate decomposition has ended, a vacuum can be applied to the inside of the container, with the increased temperature

^aufrechterhalten wird, um den Sauerstoffdampfdruck ausreichem zu verringern, so daß sich Rutheniumtetraoxid spontan in einer niedrigeren Oxidationzustand mit hohem Temperaturcharakteristikum oder sehr niedrigem Dampfdruck zersetzt, um so das Ruthenium permanent im Glas einzuschließen. Das Vakuum sollte^ is maintained to keep the oxygen vapor pressure sufficient to decrease, so that ruthenium tetraoxide spontaneously in a lower oxidation state with high temperature characteristics or very low vapor pressure, so as to permanently lock the ruthenium in the glass. The vacuum should

35angelegt werden, bevor das poröse Glas tatsächlich seine Poren unter Hitze zu schließen beginnt, weil man unter derartigen Bedingungen auch die Menge an gelösten Gases im Endprodukt verringern kann. Durch eine verringerte Gasmenge in 35 before the porous glass actually begins to close its pores under heat, because under such conditions one can also reduce the amount of dissolved gas in the end product. A reduced amount of gas in

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jeder Glaspore wird tatsächlich die Mengejlöslicher Gase im Glas verringert. Anschließend wird die Temperatur erhöht und wann immer ein Drucksprung erfolgt, wird ein Vakuum angelegt, bis der Druck wieder langsam absinkt. Das Rohr kollabiert um 13000C, wobei die genaue Temperatur von der Ofenkonfiguration, der Behälterporengröße, der Art des fein zerteilten Glases usw. abhängt. Sind die Behälterwände dünn, dann kollabieren sie zu einem flachen oder elliptischen Querschnitt und bilden eher ein Band als einen Stab. Sind die Wände dick, wird eher ein stabartiger Querschnitt erhalten. Eine Begünstigung des stabartigen Querschnitts besteht weiterhin im Ziehen des Behälters beim Erhitzen, so daß er während des Kollabierens gestreckt wird. Zum zweckmäßigeren Stapeln bzw. Einfüllen der fertigen Glasgegenstände kann ein stabartiger Querschnitt zum Lagern günstiger sein. Ist jedoch die Wärmeübertragung ein Hauptproblem, kann es zweckmäßiger sein, mit flachen, bandartigen Querschnitten zu arbeiten, um diese Wärmeübertragung zu begünstigen. Durch Verwendung einer engen Heizzone und deren Aufwärtsbewegen vom Boden aus wird nahe des Kopfes ein Bereich erreicht, wo keine Glasteilchen übrig gelassen sind, und der Glasbehälter kollabiert in sich selbst und verbessert das Versiegeln des nuklearen Abfalls noch weiter.each pore of the glass actually reduces the amount of soluble gases in the glass. The temperature is then increased and whenever there is a pressure jump, a vacuum is applied until the pressure slowly drops again. The tube collapsed around 1300 0 C, the exact temperature of the furnace configuration, the container pore size, the type of finely divided glass depends so on. If the container walls are thin, they will collapse into a flat or elliptical cross-section and form a ribbon rather than a rod. If the walls are thick, a rod-like cross-section is more likely to be obtained. A further benefit of the rod-like cross-section is the pulling of the container when it is heated so that it is stretched during the collapse. For more convenient stacking or filling of the finished glass objects, a rod-like cross section can be more favorable for storage. However, if heat transfer is a major problem, it may be more appropriate to work with flat, ribbon-like cross-sections to promote this heat transfer. By using a narrow heating zone and moving it up from the bottom, an area near the head is reached where no glass particles are left and the glass container collapses on itself, further improving the sealing of the nuclear waste.

Wenn das Entgasen richtig erfolgt, gibt es nur eine ganz geringe Mengen an Blasen, und man erhält ein fertiges Produkt mit einer Hülle aus einem strahlungsfreien Glas mit niedrigem Temperaturexpansionskoeffizienten, die ein Glas mit hohem Temperaturexpansionskoeffizienten einschließt. Dies erzeugt Druck auf die äußeren Glasschichten und Spannung beim inneren Glaskern. Ist das Glasinnere relativ blasenfrei, dann hält es die Spannung aus und liefert als Endgegenstand ein starkes, vor-"gestreßtes" Material mit einem erheblich höheren Reißmodul als getempertes Glas. Die Vorteile einer Monolithform des fertigen Produktes sind wie folgt: 1) das äußere Oberflächengebiet des Monolithglases ist wesentlich kleiner als bei diskontinuierlicher Form, und daIf the degassing is done properly, there will be very little bubbles and a finished product will be obtained with a shell made of a radiation-free glass with a low temperature expansion coefficient, which a glass with a high Includes temperature expansion coefficients. This creates pressure on the outer layers of the glass and tension inner glass core. If the inside of the glass is relatively free of bubbles, then it can withstand the tension and deliver as the end object a strong, pre-"stressed" material with a significantly higher tensile modulus than tempered glass. The advantages of a Monolith shape of the finished product are as follows: 1) is the outer surface area of the monolith glass much smaller than with discontinuous form, and there

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Auslaugmenge proportional zum Oberflächengebiet ist, wird die Gefahr eines Auslaugens erheblich verringert; 2) wenn sich kein nuklearer Abfall in den äußeren Behälterschichten 5 befindet, steht in der Anfangsperiode der Auslaugbedingungen kein nuklearer, auszulaugender Abfall zur Verfügung, bis - falls das Je vorkommt - das Auslaugen durch die Dicke der von radioaktivem Abfall freien Außenschichten des kollabierten Behälters vordringen kann. Letzteres kann als sehr langeThe amount of leaching is proportional to the surface area, the risk of leaching is significantly reduced; 2) if if there is no nuclear waste in the outer container layers 5, it is in the initial period of the leaching conditions no nuclear leachable waste available until, if that ever happens, leaching through the thickness of the outer layers of the collapsed container free of radioactive waste can penetrate. The latter can be very long

relativ Dauer angenommen werden im Vergleich zur/kurzen Ha"1 bwertzeit der im Behälter eingeschlossenen, radioaktiven Isotopen, wodurch sie für die Dauer ihrer Radioaktivität eingebettet sind und keine Radioaktivität an die Biosphäre dringt. Weite hat die erfindungsgemäße Verarbeitung von nuklearem Abfall den Vorteil, daß sie keine Ofenelektrode verwendet, die durch das geschmolzene Glas korrodiert werden können, es werden keine Gase radioaktiver Elemente ausgestoßen, und ganz allgemein ist ein sehr sauberer Betrieb möglich. Falls ein Glasbehälter bricht, kann das Glas beseitigt werden, indem man es zu Teilchen zerkleinert oder erneut schmilzt und es in oben beschriebener Weise zu Teilchen verarbeitet, die in eine einen anderen Glasbehälter eingeschlossen werden. So wird kein neuer Abfall gebildet, der ein getrenntes Beseitigungssystem erfordert. relative duration are accepted in comparison with the / short Ha "1 bwertzeit trapped in the container, radioactive isotopes, whereby they are embedded for the duration of their radioactivity and penetrates no radioactivity in the biosphere. width has the processing according to the invention of nuclear waste the advantage that it does not use furnace electrodes which can be corroded by the molten glass, no radioactive element gases are emitted, and generally very clean operation is possible. If a glass container breaks, the glass can be disposed of by breaking it into particles or remelting and processing it into particles as described above which are sealed in another glass container so as not to create new waste which requires a separate disposal system.

Ein monolithischer (nicht fein zerteilter) poröser Glasstab oder eine ähnliche, eine radioaktive Abfallösung enthaltende Vorform neigt beim Erhitzen zum Brechen, weil sich aufgrund eines Verdampfes des inneren Wassers innere Drucke aufbauen.A monolithic (not finely divided) porous glass rod or similar, containing a radioactive waste solution The preform tends to break when heated because internal pressures build up due to evaporation of the internal water.

Ein sehr heftiger, inneren Druck kann ausreichen, ein Brechen der Glasvorform zu bewirken. Nach Entfernung des größten Teils der Flüssigkeit schrumpft die Vorform beim Dehydratisieren, und wenn die Dehyratisierung ungleichmäßig ist, entwickeln sich ungleiche Belastungen unter Brechen der Vor-Very strong internal pressure can be sufficient to cause the glass preform to break. After removing the largest Some of the liquid will shrink the preform as it dehydrates, and if the dehyration is uneven, it will develop unequal loads while breaking the fore

J5 form, wenn eine Seite mehr schrumpft als die andere. Bei etwas höheren, zum Zersetzen der Salze, wie Nitrate, verwendeten Temperaturen werden Gase, wie Stickoxide, freigesetzt, wobei eine zu schnelle Freisetzung solcher Gase die J5 shape when one side shrinks more than the other. At slightly higher temperatures used to decompose the salts, such as nitrates, gases such as nitrogen oxides are released, with the release of such gases being too rapid

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Vorform wiederum zerbrechen kann.The preform, in turn, can break.

Wenn weiter das Material im monolithischen, porösen GlasstabIf further the material in the monolithic, porous glass rod

5 oder einer ännliche Vorform ungleichmäßig abgeschieden wird, erhöht das abgeschiedene Material den thermischen Expansionskoeffizienten der Kieselsäurekomponente der Glasvorform, und nach dem Kollabieren der Poren durch Erhitzen kann der ungleiche Expansionskoeffizient zu einem Bruch führen. Das Verteilungsprofil des abgeschiedenen Materials in der monolithischen Glasvorform muß zur Vermeidung eines Brechens sehr genau kontrolliert werden. Diese Probleme werden wesentlich verringert oder eliminiert, indem man poröse Glasteilchen in einem Glasbehälter verwendet. Die einzelnen Teilchen sind5 or a similar preform is deposited unevenly, the deposited material increases the thermal expansion coefficient of the silica component of the glass preform, and after the pores are collapsed by heating, the unequal expansion coefficient can lead to breakage. That Distribution profile of the deposited material in the monolithic Glass preform must be controlled very carefully to avoid breakage. These problems become significant reduced or eliminated by using porous glass particles in a glass container. The individual particles are

is so klein, daß die in ihnen beim Erhitzen aufgebauten Belastungen nicht zu ihrem Brechen ausreichen, und selbst wenn einige brechen, ist das ohne viel Bedeutung, und das Erhitzen kann wesentlich schneller erfolgen. Auch der Querschnitt des Verteilungsprofils der abgeschiedenen Materials im Endprodukt ist wichtig. Im Fall eines nicht-porösen Glasbehälters haben die äußeren Schichten des Endproduktes den inneren thermischen Expansionskoeffizienten des Behälters, der mit einem niedrigeren thermischen Expansionskoeffizienten als die Glasteilchen in Inneren hergestellt sein kann. So zeigt das Endprodukt in diesem Fall eine Kompression an der Oberfläche, die es stärker macht.is so small that the stresses built up in them when they are heated not enough to break them, and even if some break it is of little consequence, and heating can be done much faster. Also the cross-section of the distribution profile of the deposited material in the end product is important. In the case of a non-porous glass container the outer layers of the end product have the inner coefficient of thermal expansion of the container, which is equivalent to a lower coefficient of thermal expansion than the glass particles inside can be made. So shows the end product in this case has a compression on the surface that makes it stronger.

Die Verwendung eines Glasbehälters mit porösen und/oder nicht-porösen Gleichteilchen hat den weiteren Vorteil, dieThe use of a glass container with porous and / or non-porous uniform particles has the further advantage that

30abgeschiedenen, radioaktiven Feststoffe im gesamten Rohrinneren statt nur auf der inneren Oberfläche der Behälterwände (bei Verwendung eines Glasbehälters ohne Glasfüllung) oder auf der äußeren Oberfläche eines porösen Glasstabes (falls ein solcher verwendet wird) zu verteilen. Bei Verwen-30 separated, radioactive solids in the entire pipe interior instead of only on the inner surface of the container walls (when using a glass container without glass filling) or spread on the outer surface of a porous glass rod (if one is used). When using

3sdung eines mit Glasteilchen gefüllten, nicht-porösen Glasbehälters ist der erhaltene Mantel ("clad") außerdem frei von Radioaktivität und ergibt praktisch keine Gefahr einer Umwelt verschmutzung durch Strahlung. In the case of a non-porous glass container filled with glass particles, the clad obtained is also free of radioactivity and there is practically no risk of environmental pollution by radiation.

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31*31 *

Bei der erfindungsgemäßen Behandlung von Glasbehältern können Gase aus deren offenem Ende entweichen. Eine zweckmäßige Möglichkeit zur Kontrolle dieser Gase ist die Einf> führung einer porösen Glasschicht in das offene Behälterende. Es wirkt als Molekularsieb, und aufgrund seines sehr hohen anfänglichen Oberflächengebietes, z.B. 100 m /g, werden die aus dem Behälter zu entweichen versuchenden Gase durch die Schicht eingefangen. Durch Temperaturkon-When treating glass containers according to the invention, gases can escape from their open ends. A convenient way to control these gases is to use the Einf> Guide a porous glass layer into the open end of the container. It acts as a molecular sieve, and because of its very high initial surface area, e.g. 100 m / g, will be the attempt to escape from the container Gases trapped by the layer. Due to temperature con

iü trolle der porösen Glasschicht kann der Durchgang von j Wasser, nicht-radioaktiven Nitratzersetzungsprodukten und j anderen, nicht-radioaktiven Gasen, die man abtreiben will, zugelassen werden, während gleichzeitig Ruthenium, Cäsium, Cadmium und andere radioaktive Materialien im Behälter ein-|The passage of j can troll the porous glass layer Water, non-radioactive nitrate decomposition products and other non-radioactive gases that you want to drive off, allowed, while at the same time ruthenium, cesium, cadmium and other radioactive materials in the container |

υ, geschlossen werden. Mit Vorteil können Temperaturunterschiede entlang des Behälters zum Abtreiben der nichtradioaktiven flüchtigen Materialien verwendet werden, während ein Entweichen der radioaktiven Materialien verhindert wird.υ, to be closed. Temperature differences along the container can advantageously be used to drive off the non-radioactive volatile materials, while preventing the radioactive materials from escaping.

Weiter ist es zweckmäßig, wenn man den Behälter zu einem Stab kleiner Dimensionen oder zu einem Band nur einerIt is also useful if you turn the container into a rod of small dimensions or a band only one geringen Dimension, z.B. seiner Dicke, und einer größerensmall dimension, e.g. its thickness, and a larger one

j Breite kollabieren kann. Die kleinere Dimension erleich-2b tert eine einheitlichere Wärmeentfernung, d.h. sie vermindert die Temperaturgradienten im erhaltenen Glas und verringert oder vermeidet ein Reißen. Nicht-poröse Glasfüllung j width can collapse. The smaller dimension facilitates more uniform heat removal, ie it reduces the temperature gradients in the resulting glass and reduces or avoids cracking. Non-porous glass filling

Der Glasbehälter kann zusätzlich zu oder anstelle der oben genannten porösen Glasteilchen auch mit nicht-porösen Glasteilchen gefüllt werden. Die nicht-porösen Glasteilchen können aus Jedem geeigneten Glaspräparat nach denIn addition to or instead of the above-mentioned porous glass particles, the glass container can also contain non-porous Glass particles are filled. The non-porous glass particles can be made from any suitable glass preparation according to the

[ üblichen, oben in Bezug auf poröse Glasteilchen beschriebenen Verfahren hergestellt werden, wobei jedoch selbst-[conventional methods described above in relation to porous glass particles are produced, but with self- verständlich in diesem Fall die Phasentrennung und das Auslaugen mit Säure nicht nötig sind. Daher können die nicht-porösen Glasteilchen in Form von Kugelchen, länglichen Körnern oder Jeder anderen geeigneten Form vorliegenunderstandably in this case the phase separation and acid leaching are not necessary. Therefore, the non-porous glass particles in the form of spheres, elongated grains, or any other suitable shape

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und im Glasbehälter in praktisch derselben Weise wie die
porösen Glasteilchen verwendet werden, wobei es jedoch
keine Poren gibt, in welche die gelösten, radioaktiven Materialien eindringen. Daher werden gelöste und ungelöste,
radioaktive Materialien auf den peripheren oder äußeren
Oberflächen der Teilchen abgeschieden, und beim anschließen-! den Erhitzen reagieren die Oxidformen der radioaktiven Materia-;
and in the glass container in practically the same way as that
porous glass particles can be used, however
there are no pores into which the dissolved radioactive materials can penetrate. Therefore, solved and unresolved,
radioactive materials on the peripheral or external
Surfaces of the particles deposited, and when connecting-! The oxide forms of radioactive materials react to heating;

■ lien mit den geschmolzenen, nicht-porösen Glasteilchen und j i j■ lien with the molten, non-porous glass particles and j i j

j ίο werden ein integraler Teil des Glasendproduktes, während :j ίο become an integral part of the final glass product, while:

I andere Formen tief in demselben eingeschlossen sind. In 'I other forms are deeply involved in the same. In '

j Ij I

: vielen Fällen wird vorzugsweise eine sich bewegende Wärme- j ; zone mit einem Differentialdruck verwendet, der durch Evakuieren des Behälterinneren oder durch Anlegen eines höheren, ', ! ib äußeren Druckes, z.B. durch mechanische Mittel oder Gase, : gebildet wird.: in many cases a moving heat is preferred- j; zone is used with a differential pressure, which can be achieved by evacuating the interior of the container or by applying a higher, ', ! ib external pressure, for example by mechanical means or gases : is formed.

; Weiter kann es zweckmäßig sein, eine sich bewegende Heizzone: ; It can also be useful to have a moving heating zone:

i zum progressiven Kollabieren des Behälters von unten nach ii to progressively collapse the container from bottom to i

j 20 oben zu verwenden. Ist der Behälter sehr lang, so hält erUse j 20 above. If the container is very long, it will last

\ möglicherweise sein Gewicht nicht aus, wenn er nur an seinem \ His weight may not be off if only he is at his

j oberen Ragionen unterstützt wird, und kann ebenfalls am \ j upper ragions is supported, and can also be used on \

j Boden unterstützt werden, so daß er sich während des Kollabit·j floor be supported so that it is during the collab

• rens nicht längt. Soll jedoch das Rohr gestreckt werden, um ! • rens not long. However, should the pipe be stretched in order to !

?5 zu einem Stab und nicht zu einem flachen Block zu kolla- ; ι !? 5 to a stick and not to a flat block to kolla-; ι!

j bieren, kann vom Behälterboden aus eine geringe Zugkraft ; I (zusätzlich zur Schwerkraft) angelegt werden und ergibt jj beers can have a slight pulling force from the bottom of the container; I (in addition to gravity) and results in j

i :i:

j einen stabförmigen Gegenstand. ;j a stick-shaped object. ;

j 3o Um ein Reißen des die Glasfüllung umschließenden Glasbehäl-
; ters zu verhindern, muß dieser einen niedrigeren thermischen j Expansionskoeffizienten als das erhaltene, eingeschlossene
Glas aufweisen, das nach Erhitzen von Glasbehälter und
seinem die abgeschiedenen, radioaktiven Materialien enthal-35 tenden Inhalt zwecks Sintern der Glasfüllung zur Bildung ; eines eingeschlossenen, mit radioaktiven Materialien belade- , nen Glases erhalten wird. Silicatglase mit oder ohne geringe Bormengen (z.B. Vycor) haben niedrige thermische Expansionskoeffizienten, und mit erhöhtem Alkalimetallgehalt erhöht
sich auch der Expansionskoeffizient. Der Behälter
j 3o To prevent the glass container surrounding the glass filling from tearing
; To prevent this from happening, it must have a lower coefficient of thermal expansion than the included one
Have glass that after heating the glass container and
its contents containing the deposited radioactive materials for the purpose of sintering the glass filling to form ; an enclosed glass loaded with radioactive materials is obtained. Silicate glasses with or without small amounts of boron (eg Vycor) have low thermal expansion coefficients, and they are increased with increased alkali metal content
the expansion coefficient also increases. The container

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sich auch der Expansionskoeffizient. Der Behälter kollabiert vorzugsweise nicht vorzeitig, selbst wenn das Innere unter Vakuum und das Äußere unter atmosphärischem Druck bei Temperaturen steht, bei denen die eingeschlossene Glasfüllung zu schmelzen beginnt, so daß er ein Behälter bleibt der das eingeschlossene Glas enthält, bis ein Kollabieren des Behälters vorteilhaft ist. Dazu wird vorzugsweise ein Behälter mit einer höheren GlasUbergangstemperatur, zweckmäßig Silicatglas und Vycor, verwendet. Werden di j Teilchen der Glasfüllung ezUtzt, dann entgasen sie als feste Gegenstände unterhalb der GlasUbergangstemperatur oder sogar unmittelbar oberhalb derselben, solange das Glas nicht so heiß 1st, daß die Teilchen miteinander koaleszieren. Bei etwas höherer Temperatur verschmelzen die Glasteilchen ineinander, d.h. sie koaleszieren, und werden ein einheitlicher Glaskörper, der bei richtigem Vorgehen blasenfrei ist. Beim Zusammenfallen des Behälters bei einer Temperatur etwas über der T des inneren geschmolzenen Glases (einschließlich der abgeschiedenen Peststoffe) erhält man ein blasenfreies, den nuklearen Abfall enthaltendes Glasendprodukt. Wenn der Behälter Jedoch bis zum Erreichen einer viel höheren Temperatur nicht zusammenfällt, dann besteht die Gefahr, daß die Löslichkeit der Gase, wie Sauerstoff, im Inneren des geschmolzenen Glases bis zu einem Punkt abnimmt, wo der Gasgehalt, z.B. Sauerstoff, seine Löslichkeit im geschmolzenen Glas übersteigt, weil er unter dem beim Kollabieren des Behälters verwendeten Vakuum steht. Wenn der Gasgehalt (Sauerstoff) seine Löslichkeit bei der Temperatur und dem verminderten Druck des inneren geschmolzenen Glases vom dem Behälterkollabieren übersteht, kann sich im inneren geschmolzenen Glas eine Blasen- und Schaumbildung zeigen. Wenn das Rohr zusammenfällt, unterliegt sein Inneren nicht länger einem Vakuum sondern einem äußer eii Druck; s«mit erhöht sich die Löslichkeit der Gase im inneren geschmolzenen Gas , und die Gefahr einer Blasen- oder Schaumbildung wird verringert. Eine Verhütung derBlasen- oder Schaumbildung erfordert eine ziemlich genaue Wahlalso the expansion coefficient. The container preferably does not collapse prematurely, even with the interior under vacuum and the exterior under atmospheric pressure at temperatures at which the enclosed glass filling begins to melt, so that it remains a container containing the enclosed glass until the container collapses advantageously is. For this purpose, a container with a higher glass transition temperature, expediently silicate glass and Vycor, is preferably used. D i j particles of the glass filling ezUtzt, then degas as solid objects below the glass transition temperature or, as long as the glass is not so hot 1st even immediately above the same, that the particles coalesce with each other. At a slightly higher temperature, the glass particles fuse into one another, ie they coalesce, and become a uniform glass body which, if you proceeded correctly, is free of bubbles. When the container collapses at a temperature slightly above the T of the inner molten glass (including the deposited contaminants), a bubble-free final glass product containing the nuclear waste is obtained. However, if the container does not collapse until it reaches a much higher temperature, then there is a risk that the solubility of gases such as oxygen inside the molten glass will decrease to a point where the gas content, e.g. oxygen, will decrease its solubility in the molten glass Glass exceeds because it is under the vacuum used to collapse the container. If the gas content (oxygen) survives its solubility at the temperature and reduced pressure of the inner molten glass from the container collapse, bubbles and foaming may appear in the inner molten glass. When the tube collapses be subject to I n Neren no longer a vacuum but a eii outer pressure; This increases the solubility of the gases in the internal molten gas and reduces the risk of bubbles or foaming. Prevention of bubble or foam formation requires a fairly precise choice

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der Glasübergangstemperatur von Behälter und innerem Glaspräparat, das die abgeschiedenen, radioaktiven Feststoffe enthält. Ist das innere Glaspräparat für Vycor oder einenthe glass transition temperature of the container and the inner glass preparation containing the deposited radioactive solids contains. Is the inner glass preparation for Vycor or one geschmolzenen Silicatglasbehälter zu weich, dann kann die Kollabiertemperatur des Behälters durch Verwendung eines Behälterglases, wie Pyrex, verringert werden. Selbstverständlich ist die Herstellung von Präparaten mit jeder gewünschten GlasUbergangstemperatur bekannt, und alle verfüg-jmelted silicate glass container too soft, then the The collapse temperature of the container can be reduced by using a container glass such as Pyrex. It goes without saying that the manufacture of preparations with any desired glass transition temperature is known, and all of them are available baren Mittel können zur Schaffung von Glaspräparaten mit jCash funds can be used to create glass preparations with j

geeigneten T Werten für Behälter und innere Glasfüllung ' S suitable T values for container and inner glass filling ' S ]]

verwendet werden. Das Behälterglaspräparat sollte einenbe used. The container glass preparation should have a höheren Schmelzpunkt als das innere Glaspräparat einschließlich der abgeschiedenen, radioaktiven Feststoffe haben;have a higher melting point than the inner glass preparation including the deposited radioactive solids; d.h. es sollte eine höhere Glasübergangstemperatur haben ' und nur kollabieren, nachdem das inntere Glaspräparat ge- Ί sintert ist. Die Anwesenheit von inneren Blasen ist in vielen Fällen nicht toleriertbar; ist jedoch ein Fehlen oder eine Verminderung von Blasen oder Schaum gewünscht, |ie it should have a higher glass transition temperature and only collapse after the inner glass preparation has sintered. The presence of internal blisters is in many cases intolerable; however, if the absence or reduction of bubbles or foam is desired, | dann sollten die T Werte der Glaspräparate in oben erläuterter Weise gewählt werden. Ithen the T values of the glass preparations should be selected in the manner explained above. I.

Wird eine poröse Glasfüllung mit hohem Kieselsäuregehalt, ( >90 MoI-Ji SiO2) und niedrigem Alkaligehalt j !25 (<0,5 MoI-Ji Na2O$eSanndta) kollabieren Pyrex-Rohre bei zu | niedriger Temperatur, um ein Sintern der Füllung zuzulassen* und (b) Vycor-Rohre haben die folgenden Nachteile: jIf a porous glass filling with a high silica content (> 90 MoI-Ji SiO 2 ) and a low alkali content j! 25 (<0.5 MoI-Ji Na 2 O $ e Sann d ta), Pyrex tubes collapse at to | low temperature to allow sintering of the filling * and (b) Vycor tubes have the following disadvantages: j

(1) der thermische Expansionskoeffizient 1st so niedrig, \ daß er durch das Kernglas nur bei sehr geringer Belad- jThe thermal expansion coefficient (1) 1st so low \ he j through the core glass only at very low Belad- dung (z.B. unter 5 Gew.-Ji für die UK Präparate, vgl. Beispiel 25) ausgeglichen werden kann;dung (e.g. less than 5% by weight for the UK preparations, cf. Example 25) can be compensated;

(2) aufgrund der hohen Kollabiertemperatur (etwa 1300 bis 14000C) kann eine Verflüchtigung von Cs und anderen, nuklearen Abfällen erfolgen.(2) Due to the high collapse temperature (approx. 1300 to 1400 ° C.), Cs and other nuclear wastes can volatilize.

Während, wie in den Beispielen gezeigt, Pyrex-und Vycor-Behälter für nuklearen Abfall für viele Zwecke geeignet sind, haben andere Präparate bevorzugte Eigenschaften. Der bevorzugte Behälter wird hergestellt durch a) Herstellung eines porösen Glasbehälters, z.B. Rohr, gemäß US PS 4 110While, as shown in the examples, Pyrex and Vycor containers for nuclear waste are suitable for many purposes other preparations have preferred properties. The preferred container is made by a) Fabrication a porous glass container such as a tube according to U.S. Patent 4,110

110 09fc110 09fc

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Spalte 10, Zeile 50, bis Spalte 16, Zeile 36, und b) Ab-Column 10, line 50, to column 16, line 36, and b) from

(Abtrennen) scheiden/mindestens eines "dopants", wie Cäsium, Rubidium.(Split off) divorce / at least one "dopant", such as cesium, rubidium.

Strontium und Kupfer im porösen Glasbehälter. Das Abscheiden kann nach den folgenden zwei Verfahren erfolgen:Strontium and copper in a porous glass container. The deposition can be carried out using the following two methods:

1) Die Vorform wird in eine die abzuscheidenden Ionen enthaltende Lösung bei einem pH-Wert zwischen 9 bis 13,5, vorzugsweise zwischen 10 und 13, für eine Dauer eingetaucht die von der Vanddicke und der gewünschten Konzentration1) The preform is converted into one of the ions to be deposited containing solution at a pH between 9 to 13.5, preferably between 10 and 13, immersed for a period of time that of the wall thickness and the desired concentration der abzuscheidenden Mittel abhängt. Gewöhnlich Lagt die Eintauchzeit zwischen 1 Stunde und 7 Tagen. Der pH Wert der Lösung wird vorzugsweise mit NH^OH eingestellt. Für eine maximale Geschwindigkeit des Ionenaustausches ist die Lösung mit den abzuscheidenden Ionen gesättigt. Gewöhndepends on the funds to be deposited. Usually lying Immersion time between 1 hour and 7 days. The pH of the solution is preferably adjusted with NH ^ OH. For a maximum speed of the ion exchange, the solution is saturated with the ions to be deposited. Habit lieh werden die abzuscheidenden Materialien als Nitratver bindungen in die Lösung eingetaucht, wobei jedoch auch Chloride und Carbonate verwendet werden können.The materials to be deposited are borrowed as Nitratver bonds immersed in the solution, but chlorides and carbonates can also be used.

2)2) Die poröse Vorform wird in eine abzuscheidende Verbin-("dooant")The porous preform is converted into a connection to be deposited ("dooant")

düng/oder eine Lösung derselben eingetaucht. Nachdem diefertilizer / or a solution of the same immersed. after the

Konzentration des abzuscheidenden Mittels in der gesamten Vorform einheitlich ist, wird das Material durch Senken ι der Temperatur ausgefällt; die Vorform wird in eine vom abzuscheidenden Material freie Lösung eingetaucht, undConcentration of the agent to be deposited throughout The preform is uniform, the material is precipitated by lowering the temperature; the preform is in a dated material to be deposited is immersed in free solution, and

; ?s das abzuscheidende Material wird sich teilweise lösen und : aus der Matrix diffundieren gelassen. Nur das nahe der ! äußeren Oberfläche ausgefallene "dopant" wird in dieser Stufe entfernt.; The material to be deposited will partially dissolve and: be allowed to diffuse out of the matrix. Only that near the ! "dopant" precipitated on the outer surface is removed at this stage.

In beiden oben genannten Verfahren wird die poröse Vorform mit dem abgetrennten "dopant" getrocknet und auf Kollabiert emperatur der Poren erhitzt. Das Trocknen sollte die Verteilung des abgetrennten "dopants" gemäß US PS k 110 096 und auch die Behälterform nicht wesentlich ver-In both of the above-mentioned processes, the porous preform with the separated "dopant" is dried and heated to the collapsed temperature of the pores. The drying should not significantly affect the distribution of the separated "dopant" according to US PS k 110 096 and the shape of the container.

:i5 ändern. Nach Kollabieren der Poren verändert der Behälter sein Aussehen von durchscheinend nach klar ohne wesentliche Veränderung seiner Form außer einem Schrumpfen der linearen Dimensionen um etwa 20 %. Weiter wird die abzutrennende: i5 change. Upon collapse of the pores, the container changes its appearance from translucent to clear without any significant change in shape other than shrinking the linear dimensions by about 20 %. Next is the one to be detached

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Verbindung in solcher Menge verwendet, daß ihre Konzentration zwischen 0,5 bis 6 Mol-96 in Oxidform im erhaltenen, geschrumpften Glasprodukt vorliegt. Die poröse GlasvorformCompound used in such an amount that its concentration is between 0.5 to 6 mol-96 in oxide form in the obtained, shrunk glass product is present. The porous glass preform

* enthält gewöhnlich bis zu 8 Mol-9i B3O5 einschließlich anderer Komponenten, wie Tonerde (falls vorhanden). Unter diesen Bedingungen ist der geschrumpfte Behälter durch einen SiO2 Mindestgehalt von 86 Mol-# gekennzeichnet. Er ist vorzugsweise durch mindestens etwa 90 Mol-# SiO? gekennj-* Usually contains up to 8 mole-9i B 3 O 5 including other components such as clay (if present). Under these conditions, the shrunk container is characterized by a minimum SiO 2 content of 86 mol- #. It is preferably by at least about 90 mol- # SiO ? marked

tu zeichnet, um so die chemische Beständigkeit des Glases zu verbessern.tu draws in order to improve the chemical resistance of the glass.

j Von den beiden oben genannten Verfahren zur Einführung desj Of the two methods mentioned above for introducing the

j abzutrennenden "dopants" in das poröse Glas wird Verfahrenj "dopants" to be separated into the porous glass will process

1) bevorzugt. In einer gemäß Verfahren 1) verwendeten Vorform1) preferred. In a preform used according to method 1) ist die Konzentration des abzuscheidenden "dopants" überis the concentration of the "dopant" to be deposited

j den gesamten Querschnitt sehr einheitlich, was weiterhin Γj the entire cross-section is very uniform, which continues to Γ

j die Behälterherstellung nach üblichen Glasblasverfahren ' zuläßt. In Beispiel 27 wird u.a. ein Glasrohr nach Verfah- Sj the manufacture of containers using conventional glass blowing processes' allows. In example 27, a glass tube according to the method S ren 1) (Ionenaustausch) hergestellt, erhitzt und an einem jren 1) (ion exchange) produced, heated and attached to a j

Ende ohne Brechen geschlossen. !End closed without breaking. !

Da der bevorzugte Behälter für nuklearen Abfall sowohl eine niedrige7$iskositat (niedrige Kollabiertemperatur) und iAs the preferred container for nuclear waste both one low iscosity (low collapse temperature) and i höheren Expansionskoeffizienten als ein Glas mit 96 % SiO2 j haben sollte, ist die Zugabe von abzuscheidenden Alkalimate-f rialien zweckmäßig. Es wurde gefunden, daß bei Konzentration nen über 85 Mol-# SiO2 und unter etwa 5 Mol-tf Alkali die chemische Beständigkeit von Cs oder Rb Glasarten derjenigenhigher expansion coefficient should j as a glass with 96% SiO 2, is deposited by the addition of alkali Mate-f rials appropriate. It has been found that at concentrations above 85 mol% SiO 2 and below about 5 mol% alkali, the chemical resistance of Cs or Rb glasses of those von Na oder K Glasarten vergleichbarer Zusammensetzung tiberlegen ist. Bei Zimmertemperatur ist Natriumglas bei 2 Mol-# abzutrennendem Alkali-"dopant" 1000 Mal weniger beständig als Cäsiumglas, und für Cäsium und Rubidium bei 1000C ist Rubidiumglas 10 Mal besser als Cäsiumglas. Dieof Na or K glass types of comparable composition is superior. At room temperature, sodium glass is be separated off at # 2 mol alkali metal "dopant" 1000 times less stable than cesium glass, and for cesium and rubidium at 100 0 C Rubidiumglas is 10 times better than cesium glass. the chemische Beständigkeit für Cäsium- und Rubidiumglasarten wurde durch Messen der Auslauggeschwindigkeit in Wasser eines pH Wertes von etwa 5,6 bei 200C bestimmt. Es wurde gefunden, daß die Auslauggeschwindigkeiten unter 10"9 gchemical resistance for cesium and Rubidiumglasarten was determined by measuring the leaching in water of a pH value of about 5.6 at 20 0 C. The leaching rates have been found to be below 10 " 9 g

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Kieselsäure pro cm freier Probenoberfläche pro Tag nach 20 Tagen Eintauchzeit beträgt. Dies ist eine ausgezeichnete chemische Beständigkeit. Obgleich mit einem abzutrennenden i> Rubidium-"dopant" eine hohe chemische Beständigkeit erhalten wird, wird aufgrund der viel geringeren Cäsiumkosten ein Cäsiummaterial bevorzugt. Zweiwertige Elemente, die vorteilhaft zusammen mit Cs und/oder Rb einverleibt werden können, sind Sr und Cu.Silica per cm of free sample surface per day 20 days of immersion time. This is excellent chemical resistance. Although with one to be severed i> Rubidium- "dopant" get a high chemical resistance a cesium material is preferred because of the much lower cost of cesium. Bivalent elements which are advantageously incorporated together with Cs and / or Rb are Sr and Cu.

Bei der Wahl des abzuscheidenden Materials und seiner Konzentration muß nicht nur die chemische Beständigkeit sondern auch ein Anpassen des thermischen Expansionskoeffizienten und der Behälterkollabiertemperatur an die Sinterib temperatur des nuklearen Abfallpulvers berücksichtigt werden. Der Fachmann kann diese Anpassung durch unabhängige Einstellung folgender Variablen erreichen: Zusammensetzung des nuklearen Abfall, Beladung desselben im Kernmaterial, Art des "dopant" und Konzentrationen desselben im Behälter. Ein Teil des Produktes kann Jedoch reißen, i wodurch der Kern der äußeren Umgebung ausgesetzt wird. j ι Aufgrund des großen Oberflächengebietes des immer noch j j vom Behälterglas (Mantel) bedeckten Kernglases zeigt sich j noch immer eine sehr erhebliche Verringerung der Auslaug- j geschwindigkeiten des nuklearen Abfallmaterials in Wasser, j ungeachtet des gerissenen Mantels, wodurch man diesen noch j immer als geschlossen ansehen kann. jWhen choosing the material to be deposited and its concentration, it is not only the chemical resistance that must be considered but also an adaptation of the thermal expansion coefficient and the container collapse temperature to the sintering temperature of the nuclear waste powder are taken into account. The person skilled in the art can make this adjustment independently Achieve setting of the following variables: composition of the nuclear waste, loading of the same in the nuclear material, Type of "dopant" and its concentration in the container. However, a part of the product can tear, i thereby exposing the core to the external environment. j ι Due to the large surface area of the still j j the core glass covered by the container glass (cladding) there is still a very considerable reduction in leaching velocities of the nuclear waste material in water, j regardless of the cracked shell, making it still j can always be regarded as closed. j

Die vorliegende Erfindung, die poröse Kationenaustauscherteilchen in einem Glasbehälter umfaßt, kann zur Entfernung gelöster und ungelöster radio-aktiver Feststoffe aus ihren hoch verdünnten Lösungen verwendet werden. Es können z.B.The present invention comprising porous cation exchange particles in a glass container can be used for removal dissolved and undissolved radioactive solids from their highly dilute solutions can be used. E.g.

Lösungen mit nur 1 ppt (Teile pro Trillion)Solutions with just 1 ppt (parts per trillion)

12 bezogen auf das Lösungsgewicht, d.h. 1 Gew.-Teil pro 1012 based on the weight of the solution, i.e. 1 part by weight per 10 Gew -Teile Lösung an radioaktiven Kationen gereinigt werden!. Verdünnte Lösungen mit weniger als 0,01 Mikrocurie Radioaktivität pro ecm sowie stärker konzentrierte Lösungen, z.B. solche mit 1 Curie oder mehr Radioaktivität pro ecmParts by weight of solution can be cleaned of radioactive cations !. Dilute solutions with less than 0.01 microcurie radioactivity per ecm and more concentrated solutions, e.g. those with 1 curie or more radioactivity per ecm

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und Lösungen mit einer Radioaktivität zwischen 0,01 Mikrocurie und 1 Curie pro ecm, werden ebenfalls erfindungsgemäß in wirksamer Weise behandelt.and solutions with radioactivity between 0.01 microcurie and 1 curie per cm3 are also effectively treated in accordance with the invention.

Bei einem typischen Kernreaktor gibt es verschiedene Quellen fUr radioaktiven Abfall (wie oben beschrieben), der in sicherer Weise beseitigt werden muß. Diese umfassen hoch verdünnte flüssige Abfallströme, die dispergierte sowieIn a typical nuclear reactor there are several sources of radioactive waste (as described above), which in safely removed. These include highly dilute liquid waste streams that are dispersed as well

ω gelöste radioaktive Feststoffe, z.B. Kationen, konzentrierte flüssige, radioaktive Kationen, radioaktive Anionen und radioaktive Feststoffe, enthalten können (solche Feststoffe! stammen aus der Verdampfung primärer, Borsäure (die dort als chemischer "shim" verwendet wurde) enthaltender Kühl- !may contain ω dissolved radioactive solids such as cations, concentrated liquid, radioactive cations, radioactive anions and radioactive solids (such solids! originate from the evaporation of primary, boric acid (which there as a chemical "shim" has been used) containing cooling!

mittel und aus der Verdampfung verbrauchter Regenerations-j lösungen aus regulären, üblicherweise verwendeten Ionen- ! austauschbetten) und/oder radioaktive Gase, wie radioakti- ' ves Krypton und/oder Jod. Die vorliegende Erfindung betrifjft daher ein gesamtes Beseitigungssystem für radioaktivenmean and regeneration consumed from evaporation j solutions from regular, commonly used ionic! exchange beds) and / or radioactive gases, such as radioactive krypton and / or iodine. The present invention relates to hence an entire radioactive disposal system Abfall, in welchem ein fein zerteiltes, poröses Glas oder Kieselsäuregel mit siliciumgebundenen Alkalimetall-, Gruppe! Ib Metall- und/oder Ammoniumoxygruppen in eine Kationen- ! austauschkolonne gefüllt wird, die vorzugsweise eineWaste in which a finely divided, porous glass or Silica gel with silicon-bonded alkali metal, group! Ib metal and / or ammonium oxy groups in a cation! exchange column is filled, which is preferably a schmelzbare Glaskolonne ist. Die Glas- oder Kieselsäuregellis fusible glass column. The glass or silica gel

ii

j 25 teilchen können in der Kolonne mittels eines porösen Ver- ;j 25 particles can be in the column by means of a porous ver;

! Schlusses, wie Glaswolle oder eine poröse Scheibe im unte-j j ren Ende und, gegebenenfalls, auch im oberen Ende an Ort | j und Stelle gehalten werden. Weiter können die porösen und/ , oder nicht-porösen Glasteilchen mit den Ionenaustauschglas-j oder -kieselsäuregelteilchen in der Kolonne zur Erzielung i weiterer äußerer Oberflächen gemischt werden, auf welchen j sich die dispergierten, nicht abgesetzten Feststoffe absch ι abscheiden können. Das poröse Glas oder Kieselsäuregel ist ; vorzugsweise fein zerteilt und auf geeignete Größe gesiebt,! um die Fließgeschwindigkeit des radioaktiven Abfallstromes i durch und zwischen den Teilchen des porösen Glases oder Kieselsäuregels auf ein Maximum und die Ionenaustauschzeit auf ein Minimum zu bringen. Zuerst wird der verdünnte,! Final, like glass wool or a porous disc in the lower-j j ren end and, if necessary, also in the upper end in place | j and held in place. Furthermore, the porous and /, or non-porous glass particles with the ion exchange glass-j or silica gel particles are mixed in the column to obtain i further external surfaces on which j the dispersed, unsettled solids can separate out. The porous glass or silica gel is; preferably finely divided and sieved to a suitable size! the flow rate of the radioactive waste stream i through and between the particles of the porous glass or silica gel to a maximum and the ion exchange time to bring it to a minimum. First the thinned,

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radioaktive Abfallstrom durch die Kolonne geleitet, und die radioaktiven Kationen in der Lösung werden einem Kationenaustsch mit den Alkalimetall-, Gruppe Ib Metall- und/oder Ammoniumkationen im porösen Glas oder Kieselsäuregel zwecks chemischer Bindung der radioaktiven Kationen an Glas oder Kieselsäuregel unterzogen. Wenn der verdünnte, radioaktive Abfallstrom als pirmäres Kühlmittel erneut verwendet werden soll, ist die Zugabe von Lithiumionen als Korrosionsinhibitor zweckmäßig. Daher kann die Verwendung ι eines porösen Glases oder Kieselsäuregels mit eiliciumgebundenen Lithiumoxygruppen vorteilhaft sein, so daß j Lithiumionen (die nicht radioaktiv werden, wie dies bei Natriumionen der Fall ist), die als radioaktive Kationen j ib an den KUhlmittelstrom freigesetzt werden, aus diesemradioactive waste stream passed through the column, and the radioactive cations in the solution are exchanged with the alkali metal, group Ib metal and / or Ammonium cations in porous glass or silica gel for chemical bonding of the radioactive cations to Subjected to glass or silica gel. When the diluted, radioactive waste stream is used as primary coolant again is to be used, the addition of lithium ions as a corrosion inhibitor is expedient. Therefore, the use ι a porous glass or silica gel with silicon-bonded lithiumoxy groups be advantageous, so that j Lithium ions (which do not become radioactive, as does sodium ions) which act as radioactive cations j ib are released to the coolant flow from this

entfernt werden. Weiter können dispergierte, ungelöste, J radioaktive Feststoffe im verdünnten, radioaktiven Abfallstrom mechanisch auf den porösen Glas- oder Kieselsäuregelteilchen in der Kolonne filtriert werden, während der Strom durch und zwischen den Teilchen perkoliert. Im due Verhältnisse von Feststoff im Abfallstrom zum porösen Glas" oder Kieselsäuregel klein genug zu halten, damit die Filterwirkung beim Akkumulieren der Feststoffe auf den porösen Glas- oder Kieselsäuregelteilchen erhalten bleibt, 2b käuen der Kolonne frische, poröse Glas- oder Kiesesäuregelteilchen zugegeben werden.removed. Dispersed, undissolved, J radioactive solids in the dilute radioactive waste stream are mechanically filtered on the porous glass or silica gel particles in the column during the Current percolates through and between the particles. In the ratio of solids in the waste stream to porous glass " or to keep silica gel small enough so that the filter effect is retained when the solids accumulate on the porous glass or silica gel particles, 2b chew fresh, porous glass or silica gel particles are added to the column.

Wenn die Ionenaustauschkapazität der Kolonne durch den verdünnten, flüssigen radioaktiven Abfallstrom erschöpft ist, kann die Kolonne getrocknet und der konzentrierte, flüssige, radioaktive Abfall (der konzentrierte Borsäure z.B. bei einer Temperatur von 1000C enthält) der KolonneWhen the ion exchange capacity of the column is exhausted by the dilute, liquid radioactive waste stream, the column can be dried and the concentrated, liquid, radioactive waste (which contains concentrated boric acid, for example at a temperature of 100 ° C.) of the column

j zugegeben werden. So können die Poren des poräsen Glases oder Kieselsäuregels mit den radioaktiven, im konzentrier-j be added. So the pores of the porous glass or silica gel can with the radioactive, concentrated

j 35 ten, radioaktivem Abfall enthaltenen Feststoffen, Kationen und Anionen gefüllt ('stuffed") werden. Dann wird überschüssige Borsäure zwischen den Teilchen des porösen Glases oder Kieselsäuregels mit kaltem Wasser (unter 300C) ausgewaschen, und die Teilchen können zum Abscheiden derj 35 th, radioactive waste containing solids, cations and anions are filled ('stuffed'). Then excess boric acid between the particles of the porous glass or silica gel is washed out with cold water (below 30 0 C), and the particles can be used to separate the

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radioaktiven Feststoffe, Kationen und Anionen innerhalb der Poren des porösen Glases oder Kieselsäuregels nach den Verfahren der US PS 4 110 096 getrocknet werden. Danach kanijradioactive solids, cations and anions within the pores of the porous glass or silica gel according to the Method of US PS 4,110,096 are dried. Then kanij die Kolonne zuerst zur Entfernung von Zersetzungegasen evakuiert, die radioaktiven Gase können in die Glaskolonne eingeführt und die Kolonne kann erhitzt werden, um die Poren des poröses Glases oder Kieselsäuregels und dann die i Glaskolonne zwecks Immobilisieren und Einschließen der 'the column is first evacuated to remove the decomposition gases; the radioactive gases can enter the glass column introduced and the column can be heated to open the pores of the porous glass or silica gel and then the i Glass column for the purpose of immobilizing and enclosing the '

ίο radioaktiven Kationen und Feststoffe auf dem Äußeren der porösen Glas- oder Kieselsäuregelteilchen, der radioakti- j ven Feststoffe, Anionen und/oder Kationen in den Poren des ' proösen Glases oder Kieselsäuregels und der radioaktiven, ! in der Glaskolonne enthaltenen Gase zu kollabieren. Das Iίο radioactive cations and solids on the exterior of the porous glass or silica gel particles, the radioactive solids, anions and / or cations in the pores of the ' proous glass or silica gel and the radioactive,! to collapse gases contained in the glass column. The I

is Erhitzen kann fortgesetzt werden, damit die porösen Glas- j oder Kieselsäuregelteilchen aneinander kleben und in den ί Zwischenräumen zwischen sich weitere radioaktive Feststoffe Γ einschließen. Nach Abkühlen erhält man einen äußerst dauer- I haften Feststoff, der in wirksamer Weise den in die Glas- Iis heating can be continued so that the porous glass j or silica gel particles stick to each other and in the ί spaces between them further radioactive solids Γ lock in. After cooling, an extremely long-lasting solid is obtained, which effectively contains the in the glass I kolonne eingeführten, radioaktiven Abfall einschließt. jcolumn of imported radioactive waste. j

Weil einige Kernreaktorströme basisch sein können, erschei- ! nen gewisse Elemente im radioaktiven Abfall als Anionen, | ζ B. Chrom-, Molybdän-, Praseodymium- und Ceriumaiionen, die jBecause some nuclear reactor streams can be basic, appear ! nen certain elements in radioactive waste as anions, | ζ B. Chromium, molybdenum, praseodymium and cerium ions, the j

?b selbstverständlich ebenfalls immobilisiert werden müssen. j Eine Möglichkeit dazu besteht darin, den basischen, radio- ! aktiven Abfallstromdurch eine übliche Anionenaustauscher- ' harzkolonne zu leiten, die mit einer nicht-radioaktiven ! Base, wie Ammoniumhydroxid, regeneriert wird. Der Ausfluß !? b of course also have to be immobilized. j One way to do this is to use the basic, radio-! active waste stream through a common anion exchanger Resin column to head with a non-radioactive! Base, such as ammonium hydroxide, is regenerated. The discharge!

aus dieser Regeneration enthält eine höhere Konzentration ! der radioaktiven Elemente und wird in einem Kocher zu ; einem verminderten Volumen an basischem, radioaktivem Abfall verdampft. Dann wird der konzentrierte, basische, radio- s aktive Abfall am Kocherboden unter reduzierenden Bedingungen'from this regeneration contains a higher concentration! the radioactive elements and is in a cooker too; a reduced volume of basic, radioactive waste evaporated. Then the concentrated, basic, radio- s active waste at the bottom of the digester under reducing conditions'

3s angesäuert, und einige der Anionen, wie Cr, Mo, Ce und Pr, werden Kationen, die in der obigen, porösen Glaskolonne ; ausgetauscht und entfernt werden können. Das Kocherbodenmaterial wird als konzentrierte Lösung oder Raffinat defi-Acidified for 3s, and some of the anions, such as Cr, Mo, Ce and Pr, are cations in the above, porous glass column; can be exchanged and removed. The digester bottom material is defined as a concentrated solution or raffinate

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finiert, das nach Verdampfen der Lösung zurückbleibt und Feststoffe enthalten kann. Es kann molekular in das poröse Glase gefüllt ("stuffed") werden und wird ein äußerst I beständiges, festes Abfallprodukt. jwhich remains after the solution has evaporated and may contain solids. It can be molecular in the porous Glasses are "stuffed" and become an extremely stable, solid waste product. j

Es gibt auch viele andere Industrieabfälle, die, obgleich J nicht radioaktiv, so doch für den Menschen äußerst giftig sind und aus Abfallströmen eliminiert werden müssen. Es istThere are also many other industrial wastes which, while not radioactive, are extremely toxic to humans and must be eliminated from waste streams. It is

: to z.B. bekannt, daß Gewässer in der Vergangenheit r< ;rch Queck-t silber, Cadmium, Thallium, Blei, andere Schwern:<?talle, j: to e.g. known that waters in the past r < ; rch mercury, cadmium, thallium, lead, other heavy: <? talle, j

j Insektizide und organische Gifte verschmutzt worden sind.j Insecticides and organic poisons have been polluted.

' Oft ist die Konzentration solcher toxischen Substanzen im'Often the concentration of such toxic substances in the : Abfallstrom sehr gering, wodurch große Volumen Wasser, die ;: Waste stream very low, creating large volumes of water that;

! i!) geringe Mengen toxischer Substanzen enthalten, behandelt ; werden müssen. Da dennoch insgesamt große Mengen solcher '! i!) contain small amounts of toxic substances, treated; Need to become. Since there are still large numbers of such '

' Verschmutzungen in die ökosphäre gelangen könnten, kann die "'Pollution could get into the ecosphere, the "

jj

ί vorliegende Erfindung zum Reinigen solcher Abfallströmeί present invention for cleaning up such waste streams

angewendet werden. ,be applied. ,

Die vorliegende Erfindung kann zum Konzentrieren und Immo- ^ bilisieren radioaktiver Kationen in Glas für äußerst lange j Lagerzeiten angewendet werden. So kann z.B. das gesinterte,: mit radioaktiven Feststoffen beladene Silicatglas entspre- ; ι ?h chen in Behälter gefüllt und im Boden vergraben oder im jThe present invention can be used to concentrate and immobilize radioactive cations in glass for extremely long storage times. Thus, for example, the sintered: silicate glass loaded with radioactive solids can correspond to; ι ? chen filled in containers and buried in the ground or in the j

j Meer versenkt werden. Außerdem kann die Radioaktivität des \ gesinterten, radioaktive Feststoffe enthaltenden Glasproduk-rj sea submerged. In addition, the radioactivity of the \ sintered, radioactive solids containing glass production-r

ι jι j

tes in geeigneten Vorrichtungen oder Instrumenten fürtes in suitable devices or instruments for

j viele verschiedene Zwecke, z.B. bei der Zerstörung von \ j many different purposes, e.g. in the destruction of \

j 3ü Mikroorganismen, etwa bei der Konservierung von Lebens- ,j 3ü microorganisms, for example in the preservation of food,

ί mitteln, oder beim Sterilisieren von Klärschlamm oder für \ j andere Zwecke, bei denen Radioaktivität in konstruktiverί convey, or during sterilization of sewage sludge or \ j other purposes where radioactivity in constructive

; Weise eingesetzt wird, verwendet werden. !; Way is used, used. !

Ein typischer Bereich für den radioaktiven Feststoffgehalt I der erfindungsgemäß aus der Behandlung von verdünntem Abfalls erhaltenen Glasprodukte liegt zwischen etwa 1 ppb bis j 20 000 ppm des Glasproduktes, während er bei Glasprodukten j aus der Behandlung hoch konzentrierter radioaktiver Abfälle jA typical range for the radioactive solids content I. the glass products obtained according to the invention from the treatment of dilute waste are between about 1 ppb to j 20,000 ppm of the glass product, while glass products j from the treatment of highly concentrated radioactive waste j

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bis zu etwa 30 Gew.-% oder mehr, z.B. etwa 2 bis etwa 30 Gew.-%, betragen kann. Erfindungsgemäße Glasprodukte, die als radioaktive Quellen verwendet werden sollen, können 5 einen in die obigen Grenzen fallenden Feststoffgehalt haben.up to about 30 weight percent or more, e.g., about 2 to about 30 Wt .-%, can be. Glass products according to the invention that to be used as radioactive sources 5 a solids content falling within the above limits to have.

Gewöhnlich umfassen die erfindungsgemäßen Glasgegenstände ' einen ersten, nichtöproösen Glasanteil und einen zwischen, io den ersten Anteil umgebenden, nicht-porösen Glasanteil. Der erste Anteil enthält die eingeschlossenen und immobilisier- j ten, radioaktiven Materialien, während der zweite Anteil jUsually the glass articles according to the invention comprise ' a first, non-porous glass portion and a non-porous glass portion surrounding the first portion. Of the The first part contains the enclosed and immobilized radioactive materials, while the second part j

ί weitere, eingeschlossene und immobilisierte, radioaktive · i : ί further, enclosed and immobilized, radioactive i:

j Materialien enthält. Die radioaktiven Materialien in einem j is der Anteile werden von radioaktiven Materialien hergeleitet,: ' die in einer nuklearen Abfallösung löslich sind; die radio- ! I aktiven Materialien im anderen Anteil werden von solchen ' ι ι j Contains materials. The radioactive materials in one of the fractions are derived from radioactive materials: 'which are soluble in a nuclear waste solution; the radio- ! I active materials in the other part are of such ' ι ι

j hergeleitet, die in der nuklearen Abfallösung unslöslich .j, which are insoluble in the nuclear waste solution.

i sind. Die radioaktiven Materialien im ersten Anteil werden 'i are. The radioactive materials in the first stake will be '

j 'j '

,20 z.B. aus Materialien hergeleitet, die im radioaktiven Abfall j unlöslich sind. J, 20 derived e.g. from materials in radioactive waste j are insoluble. J

I iI i

j Weiter kann das radioaktive Material im ersten Anteil von ; j Materialien hergeleitet sein, die im radioaktiven Abfall ;j Furthermore, the radioactive material in the first portion of ; j materials that are contained in radioactive waste;

j Ij I

125 löslich sind. >125 are soluble. >

I ι I ι

1 i 1 i

j Außerdem können die erfindungsgemäßen Glasgegenstände einen | j dritten, nicht-porösen Glasanteil umfassen, der den zweiten :j In addition, the glass articles according to the invention can have a | j third, non-porous glass component, which is the second:

Anteil umgibt und selbst frei von radioaktiven Materialien 3o ist. Die radioaktiven Materialien in den erfindungsgemäßen < I neuen Glasgegenständen wurden oben beschrieben. Weiter können ! unlösliche, radioaktive Materialien metallische Niederschläge aus der ölatinmetallfamilie sein. Die Glasgegenstän-j de können stab- oder bandförmig sein oder jede gewünschte ' 35 Konfiguration haben. jPart surrounds and is itself free of radioactive materials 3o. The radioactive materials in the < I new glass articles have been described above. Can go further! insoluble, radioactive materials can be metallic precipitates from the oil-satin metal family. The glass objects j de can be rod, ribbon, or any desired '35 configuration. j

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In den folgenden Beispielen sind, falls nicht anders angegeben, alle Lösungen wässrige Lösungen. Das genannte "wässrige Ammoniumhydroxid» oder"NH4OH" enthält etwa 28 % NH3; > ppm bedeutet Teile pro Mill. Teile Lösung, ppb bedeutet Teile pro Billion (Milliarde) Teile Lösung,; ppt bedeutet Teile pro Trillion (Billion) Teile Lösung; alle Teile und Prozentangaben sind auf Gewichtsbasis. Aus Gründen der Sicher-I heit waren alle in den Beispielen verwendeten, simulierten : 10 radioaktiven Abfallösungen tatsächlich nicht-radioaktiv; ; radioaktive Lösungen derselben Art können Jedoch statt dessen j verwendet und wie in den folgenden Beispielen konzentriertIn the following examples, unless otherwise stated, all solutions are aqueous solutions. Said "aqueous ammonium hydroxide" or "NH 4 OH" contains about 28 % NH 3 ;> ppm means parts per million parts of solution, ppb means parts per trillion (billion) parts of solution; ppt means parts per trillion (trillion) parts Solution; all parts and percentages are on a weight basis. For safety reasons, all simulated: 10 radioactive waste solutions used in the examples were actually non-radioactive;; however, radioactive solutions of the same kind may be used instead and as in the following Examples focused

und eingebettet werden. I Beispiel 1 and be embedded. I example 1

j 15 Herstellung der Glasteilchen und -rohre j 15 Manufacture of glass particles and tubes

A. In einem Platinschmelztiegel bei 14OO°C wurde aus Sand, Borsäure, Natriumcarbonat und Kaliumcarbonat ein geschmolze-' nes Glas mit einer nominellen Zusammensetzung aus 3,5 Mol-% : Na2O, 3,5 Mol-% K2O, 33 MoI-K B3O3 und 60 MoI-* SiO2 herge-Uo stellt. Das geschmolzene Glas wurde vertikal nach oben ge- : zogen und zu Stäben mit einem Durchmesser von etwa 0,8 cmA. In a platinum crucible at 14OO ° C, a molten glass with a nominal composition of 3.5 mol%: Na 2 O, 3.5 mol% K 2 O, was made from sand, boric acid, sodium carbonate and potassium carbonate, 33 MoI-K B 3 O 3 and 60 MoI- * SiO 2 produced. The molten glass was drawn vertically upwards and into rods about 0.8 cm in diameter

i ;i;

j und einer Länge von etwa 100 cm verfestigt, die dann in .einem , Zylinder aus rostfreiem Stahl mit einem Stab ebenfalls aus ! rostfreiem Stahl zerstoßen wurden. Das erhaltene Pulver j '25 wurde gesiebt und der Anteil zwischen 32 und 150 mesh wurde ί ; zur Verwendung in bestimmten der folgenden Beispiele ausge- ; i wählt. !j and a length of about 100 cm solidified, which then in .einem , Stainless steel cylinder with a rod also made! stainless steel was crushed. The powder obtained j '25 was sieved and the proportion between 32 and 150 mesh was ί ; selected for use in certain of the following examples; i chooses. !

; ί; ί

ί ίί ί

! B. Durch Ziehen des oben beschriebenen, geschmolzenen Glases \ ! 30 und Anlegen eines geringen internen Druckes wurden Hohre i { hergestellt; solche, die an einem Ende verschlossen waren, j i wurden durch Abstellen des internen Druckes während des j i Ziehvorgangen gebildet. Rohre mit zwei offenen Enden wurden ! j erhalten, indem man den internen Druck während des Ziehens ! 35 und Abschneidens aufrechterhielt. Die Rohre hatten einen j äußeren Durchmesser von etwa 1 cm, eine Wanddicke von etwa 0,15 cm und wurden auf etwa 5 cm Länge geschnitten.! B. By pulling the molten glass described above \ ! 30 and application of a slight internal pressure, tubes were produced; those that were closed at one end, ji were formed by releasing the internal pressure during the j i drawing process. Pipes with two open ends were made! j obtained by removing the internal pressure while pulling! 35 and cut off. The tubes had an outside diameter of about 1 cm, a wall thickness of about 0.15 cm and were cut to a length of about 5 cm.

030022/06*1030022/06 * 1

Beispiel 2Example 2 Herstellung poröser GlasrohreManufacture of porous glass tubes

Gemäß Beispiel 1B wurde ein basisches Glasrohr mit einem verschlossenen und einem offenen Ende hergestellt und dann in einem elektrischen Ofen zur Einleitung einer geeigneten Phasentrennung 110 Minuten bei 550^C wärmebehandelt. Danach wurden die Rohre durch langsames Abkühlen auf Zimmertemperatur getempert und durch 2-tägiges Eintauchen in eine 3N HCl Lösung,According to Example 1B, a basic glass tube with one closed and one open end was manufactured and then inserted into heat treated in an electric furnace to induce a suitable phase separation for 110 minutes at 550 ^ C. Thereafter the tubes were tempered by slowly cooling to room temperature and by immersion for 2 days in a 3N HCl solution,

IU die mit NH-Cl gesättigt war, bei 950C zur Bildung poröser j Rohre ausgelaugt. Die porösen Rohre wurden 1 Tag zum Aus- · waschen von Rückständen aus dem Auslaugen in heißes Wasser i eingetaucht und dann in einem Desikkator gehalten, bis die Poren vom Waschwasser trocken waren. Das erhaltene, poröse j IU which was saturated with NH-Cl, leached at 95 0 C to form porous tubes. The porous tubes were immersed in hot water for 1 day to wash off residues from the leaching and then kept in a desiccator until the pores were dry from the wash water. The porous j

1b Glasrohr hatte eine nominelle Zusammensetzung aus 95 Mol-56 ' 1b glass tube had a nominal composition of 95 mol-56 '

SiO,, 5 Mol-% B7O, sowie miteinenander in Verbindung stehende!SiO ,, 5 mol% B 7 O, as well as interconnected! Poren und eine innere Oberfläche von etwa 100 m /g. Die ,Pores and an internal surface area of about 100 m / g. The ,

_ i_ i

Oberfläche des erhaltenen, porösen Glasrohres war mit »=SiOH ;The surface of the porous glass tube obtained was marked with »= SiOH; Gruppen gesättigt. !Groups saturated. !

Beispiel 3. ; Example 3.;

Herstellung eines porösen Glaspulvers I^ Production of a porous glass powder I ^

ι Gemäß Beispiel 1A wurden Glasstäbe hergestellt und vor dem iι According to Example 1A glass rods were produced and before the i

Zerstoßen 110 Minuten bei 55O0C wärmebehandelt; dann wurdenCrushed heat treated 110 minutes at 55O 0 C; then were

;2e>sie zu einem Glaspulver zerstoßen, das gesiebt und dessen ,; 2e> crush them into a glass powder, which is sifted and ■ zwischen 32 bis 150 mesh hindurchgehender Anteil etwa 6 Stun-!■ between 32 and 150 mesh, the proportion going through approx. 6 hours!

j den bei etwa 950C in einer 3N HCl Lösung ausgelaugt wurde. \ j which was leached at about 95 ° C. in a 3N HCl solution. \

Das Glaspulver wurde etwa 24 Stunden bei etwa 250C mit de- ;The glass powder was about 24 hours at about 25 0 C with de-;

ionisiertem Wasser gewaschen und hatte anschließend eine nomif-ionized water and then had a nominal 3onelle Zusammensetzung aus 95 Mol-96 SiO3, 5 Mol-% B9Ox, es ι3onelle composition of 95 mol-96 SiO 3 , 5 mol% B 9 O x , it ι hatte miteinander in Verbindung stehende Poren und eine jhad communicating pores and a j innere Oberfläche von etwa 100 m /g. Die erhaltene Glasober- jinner surface of about 100 m / g. The obtained glass surface j fläche war mit SiOH Gruppen gesättigt, und das poröse Glas- !surface was saturated with SiOH groups, and the porous glass!

pulver wurde bei etwa 1500C in einem Becher auf einer Heiz- ·powder was at about 150 0 C in a beaker on a heating ·

platte getrocknet. jplate dried. j

030022/0641030022/0641

Beispiel 4 Example 4 Verwendung eines porösen Glasrohres zum KonzentrierenUse of a porous glass tube to concentrate

und Einbettenand embedding

Ein gemäß Beispiel 2 hergestelltes trockenes, poröses Rohr j mit einem offenen und einem geschlossenen Ende wurde mit j einer Lösung imprägniert, die einen nuklearen Abfallstrom j simulierte und gelöste CsNO, und Al2O, Teilchen enthielt. Die ' CeNO, Lösung enthielt 67 g CsNO, (die radioaktiv sein können) : io in 23 ecm Wasser bei 1000C gelöst und 10 g Al2O, ale sus- i ! pendierte Feststoffe (die mit radioaktiven Isotop^n ver- ! unreinigt sein können). Das Rohrinnere wurde mit der j j Imprägnierungslösung*gefüllt und letztere in die Poren ein- j ι dringen gelassen. Ein Teil der Lösung im Rohr wurde durch j j ib die Rohrwände nach außen dringen gelassen und zur Verwendung j in anderen Rohren gesammelt. Dies wurde fortgesetzt, bis das ! Rohrinnere praktisch frei von Lösung war. Die in der Lösung j* suspendierten Al2Oj Feststoffe, die wesentlich größer als ' ! die Porengröße der Rohrwände waren, wurden im Rohrinneren ' zurückgehalten. Weiter füllte die, gelöstes CsNO, enthalten- j de Lösung die Poren der Glasrohrwände. Dann wurde das erhal- j tene, beladene, poröse Rohr bei O0C in Methanol eingetaucht, \ um ein Ausfällen des in derriiiöften CsNO, in den Poren zu bewirken. Die inneren und äußeren Oberflächen des beladenen ; 2b Rohres wurden 24 Stunden bei O0C in sauberes Methanol ein- j getaucht, wobei das Methanol oft gewechselt wurde; so erhielt man auf den äußeren und inneren Rohroberflächen dünne Schichj ten, in welchen die Konzentration an ausgefälltem CsNO,A dry, porous tube j produced according to Example 2 with one open and one closed end was impregnated with j a solution which simulated a nuclear waste stream j and contained dissolved CsNO and Al 2 O particles. The 'ceño, solution contained 67 g CsNO, (which may be radioactive): io dissolved in 23 cc of water at 100 0 C and 10 g of Al 2 O, ale SUS i! suspended solids (which can be contaminated with radioactive isotopes). The inside of the tube was filled with the impregnation solution * and the latter was allowed to penetrate into the pores. A portion of the solution in the tube was allowed to escape through jj ib the tube walls and collected for use in other tubes. This continued until that ! The inside of the pipe was practically free of solution. The Al 2 Oj solids suspended in the solution j *, which are much larger than '! the pore size of the pipe walls were retained inside the pipe. The dissolved CsNO solution also filled the pores of the glass tube walls. Then, the preservation j tene, loaded, porous tube at O 0 C was immersed in methanol, \ a failure to effect the in derriiiöften CsNO, in the pores. The inner and outer surfaces of the laden; 2b tubes were immersed in clean methanol at 0 ° C. for 24 hours, the methanol being often changed; thin layers were obtained on the outer and inner pipe surfaces, in which the concentration of precipitated CsNO,

niedriger war als die Konzentration des ausgefällten CsNO, tiefer im Glas. (D.h. die inneren und äußeren Oberflächenschichten oder -bereiche enthielten etwa 1/15 der CsNO, ■ Konzentration der tiefer in der Rohrwand befindlichen j Bereiche.)was lower than the concentration of the precipitated CsNO, deeper in the glass. (I.e. the inner and outer surface layers or areas contained about 1/15 of the CsNO, ■ Concentration of those located deeper in the pipe wall j areas.)

3b Dann wurde das poröse Rohr aus dem O0C Methanolbad entfernt und in ein praktisch nicht-poröses, geschmolzenes Kieselsäureglas mit einem größeren Durchmesser (3,5 cm) und einem offenen Ende eingeführt und 24 Stunden bei 00C unter Vakuum3b The porous tube was then removed from the 0 ° C. methanol bath and inserted into a practically non-porous, molten silica glass with a larger diameter (3.5 cm) and an open end and at 0 ° C. under vacuum for 24 hours

getrocknet. Dann wurde das geschmolzene Kieselsäureglasrohr *("dopant solution")dried. Then the fused silica glass tube became * ("dopant solution")

030022/0641030022/0641

mit dem beladenen porösen Rohr sich unter Vakuum auf Zimmertemperatur erwärmen gelassen und in einem Ofen zum langsamen Erhitzen bei 15°C/std bis zu 6250C erhitzt. Diese Heizzeit :> ließ die Glasporen weiter trocknen. Das beladene poröse J Rohr im Inneren des nicht-porösen Rohres wurde 16 Stunden aufwith the loaded porous tube to warm heated / hr up to 625 0 C and left in an oven for slow heating at 15 ° C under vacuum to room temperature. This heating time:> allowed the glass pores to dry further. The loaded porous J-tube inside the non-porous tube was left on for 16 hours 6250C gehalten, um sicherzugehen, daß alles CsNO, zersetzt |625 0 C to ensure that everything CsNO, decomposes |

ι war, und die erhaltenen Stickoxide wurden ausgestoßen undι was, and the nitrogen oxides obtained were emitted and ließen Cs2O zurück. Zum Schmelzen der Poren und Sintern derleft Cs 2 O behind. For melting the pores and sintering the

iü Glasstruktur des porösen Glasrohres wurde weiter unter Vakuunj auf 8750C erhitzt r wodurch dasselbe in ein praktisch nicht- J poröses Glasrohr mit dem eingeschlossenen Cäsium (Cs2O) als ί Teil der Glasstruktur umgewandelt wurde. Das feste Al2O3 blieb im Rohrinneren abgeschieden. Das Rohr wurde horizontal Iiii glass structure of the porous glass tube was further heated to 875 0 C Vakuunj r whereby the same in a practically non-J porous glass tube with the enclosed cesium (Cs 2 O) of the glass structure was converted as ί part. The solid Al 2 O 3 remained deposited inside the tube. The pipe was horizontal I auf einen Graphitblock in einem keramischen Rohrofen gegeben;, wobei ein weiterer Graphitblock obenauf lag. Nach Erhitzen ; auf etwa 135O0C sackt das Rohr unter dem Gewicht des oberen ; Graphitblockes zusammen und bewirkt ein Verschmelzen und · Verschließen der inneren Rohroberflächen, wodurch das Cs2O ausplaced on a graphite block in a ceramic tube furnace; with another graphite block on top. After heating ; to about 135O 0 C the pipe sags under the weight of the upper one; Graphite block together and causes a fusion and · sealing of the inner pipe surfaces, whereby the Cs 2 O from dem ursprünglich gelösten CsNO, und die ursprünglich disper- ■ gierten Al9O, Feststoffe immobilisiert und eingeschlossen \ wurden.the originally dissolved CsNO and the original dispersive ■ alloyed Al 9 O, solids were immobilized and \ included.

Beispiel 5. ! Example 5. !

Verwendung poröser Pulver in nicht-porösen Rohren · ;Use of porous powders in non-porous tubes ·;

zum Einbetten " j for embedding "j

In einen 50-ccm-Becher, der 5 g des in Beispiel 3 hergestellt ten, porösen Glaspulvers enthielt, wurde eine nicht-radio- j aktive, wässrige Lösung gegossen, die einen radioaktiven , Abfallstrom aus einer Aufarbeitungsanlage für verbrau: hten A non-radioactive, aqueous solution that consumed a radioactive waste stream from a processing plant was poured into a 50 cc beaker containing 5 g of the porous glass powder produced in Example 3 Kernbrennstoff simulierte und 3,06 g Fe (NO3J3.9H2O, 1,68 g Ce(NOj)3.6H2O, 0,78 g La(NO3J3-OH2O, 0,78 g CsNO3, 3,88 g Nd(NO3J3.5H2O, 0,52 g Ba(NO3)2, 2,72 g Zr(NO3J4, 0,42 g Sr(NOj)2, 0,34 g Y(NO3J3.5H2O und 5 ecm Wasser enthielt, wobei von den Elementen der Lösung nur Zr(NO3J4 als NiederschlagSimulated nuclear fuel and 3.06 g Fe (NO 3 J 3 .9H 2 O, 1.68 g Ce (NOj) 3 .6H 2 O, 0.78 g La (NO 3 J 3 -OH 2 O, 0.78 g CsNO 3 , 3.88 g Nd (NO 3 J 3 .5H 2 O, 0.52 g Ba (NO 3 ) 2 , 2.72 g Zr (NO 3 J 4 , 0.42 g Sr (NOj) 2 , 0.34 g of Y (NO 3 I 3 .5H 2 O and 5 ecm of water, with only Zr (NO 3 I 4 as precipitate anwesend war. Die überschüssige Lösung wurde dekantiert und der Becher auf einer Heizplatte zum Trocknen des Glaspulvers und Abscheiden der gelösten Nitrate in den Glaspulverporen und des ungelösten Zr(NO3J4 auf den äußeren Oberflächen des Glaspulvers auf 2000C erhitzt. Dann wurde das beladene Glas-was present. The excess solution was decanted and the beaker was heated to 200 ° C. on a hot plate to dry the glass powder and deposit the dissolved nitrates in the glass powder pores and the undissolved Zr (NO 3 I 4 on the outer surfaces of the glass powder. The loaded glass was then

030022/06A1030022 / 06A1

pulver in ein Vycor-Rohr (Coming 743170-4381) mit einer nominellen Zusammensetzung von 96 % SiO2 und 4 % B2°3> einem inneren Durchmesser von 7 mm, einem äußeren Durchmesser von 9 nun und einer Länge von 50 cm gegeben. Das Rohr wurde an einem Ende verschlossen und an eine Vakuumpumpe angeschlossen. Dann wurde das so beladene, poröse Glaspulveij enthaltende Rohr bei Zimmertemperatur unter Vakuum in einen | Ofen gebeben und mit 15°C/std bis zu 600°C erhitzt, um iü das restliche Wasser und andere flüchtige Materia] '.enpowder in a Vycor tube (Coming 743170-4381) with a nominal composition of 96 % SiO 2 and 4 % B 2 ° 3> an inner diameter of 7 mm, an outer diameter of 9 now and a length of 50 cm. The tube was closed at one end and connected to a vacuum pump. Then the tube containing the porous glass powder loaded in this way was placed in a tube at room temperature under vacuum Open the oven and heat it up to 600 ° C at 15 ° C / hour to remove the remaining water and other volatile matter zu verdampfen und die anwesenden Nitrate in Metalloxide und Stickoxide zu zersetzen und letztere auszustoßen» Nach 24 Stunden bei 600 C wurde das Rohr in einem zweiten Ofen übergeführt, der höhere Temperaturen liefern konnte. Nach Uberführen von einem Ofen zum anderen fiel die Temperatur auf ι 53O0C.to evaporate and to decompose the nitrates present into metal oxides and nitrogen oxides and expel the latter »After 24 hours at 600 C the pipe was transferred to a second furnace, which could deliver higher temperatures. After transferring from one furnace to the other, the temperature fell to ι 53O 0 C.

j Die Temperatur im zweiten Ofen wurde allmählich innerhalb von 3 Stunden und 25 Minuten von 530 auf 13400C erhöht. Nach j 20 Entfernen des Rohres war dieses über dem Niveau des Glaspul- : vers kollabiert, wobei das Glaspulver mit der simuliertenj The temperature in the second furnace was gradually increased from 530 to 1340 ° C. over a period of 3 hours and 25 minutes. After 20 j removal of the tube this was above the level of Glaspul-: vers collapses, wherein the glass powder with the simulated

■ nuklearen Abfallösung imprägniert worden war, und zwar obgleich der Ofen einen relativ großen Temperaturgradienten■ nuclear waste solution had been impregnated, although the furnace had a relatively large temperature gradient

J zeigte und das Rohr zu weit eingeführt worden war. Dennoch : ά war das Endprodukt ein teilweise kollabiertes Rohr, dasJ pointed and the tube had been inserted too far. Nevertheless, the final product was ά a partially collapsed tube

■ ohne Risse das Glaspulver vollständig einschloß. Der nicht■ completely enclosed the glass powder without cracks. Not that

j kollabierte, untere Rohrteil enthielt das nicht imprägniertej collapsed, lower tube part contained the unimpregnated

Glas, das teilweise ein loses Pulver, teilweise zu BrockenGlass that is partly a loose powder, partly into chunks

7 ar und teilweise geschmolzen an den Rohrinnenwänden7 ar and partially melted on the inner walls of the pipe

j30 klebte. In den Rohrwänden gab es keine Risse, und eine ί Spannung der Rohrwände wurde unter gekreuzten Polaroiden festgestellt. Das erhaltene Produkt schloß die aus den Metallnitraten im anfänglichen, simulierten nuklearen Abfallt strom erhaltenen Metalloxide in wirksamer Weise ein und iso-3ä lierte sie von der Umwelt.j30 stuck. There were no cracks in the pipe walls, and one ί Tension of the pipe walls was found under crossed polaroids. The product obtained closed the from the Metal nitrates in the initial simulated nuclear waste stream effectively captured and iso-3alated metal oxides from the environment.

030022/0641030022/0641

Beispiel 6 Example 6

Einbetten von calclnlertem nuklearem Abfall In einem Vycor-Rohr zwecks Vergraben Embedding Calcined Nuclear Waste In A Vycor Pipe For Burying

b Etwa 1,5 ecm einer nicht-radioaktiven wässrigen Lösung, die den in Beispiel 5 beschriebenen, radioaktiven Abfallstrom aus einer Aufbereitungsanlage für verbrauchten , Kernbrennstoff simulierte, wurde in das ebenfalls in Beispiel 5 beschriebene Vycor-Rohr von 50 cm Länge gegeben. Die Lösungb About 1.5 ecm of a non-radioactive aqueous solution that those described in Example 5, radioactive Waste stream from a spent, simulated nuclear fuel treatment plant was also used in the example 5 given Vycor tube of 50 cm length. The solution enthielt gelöste Nitrate sowie ausgefälltes Zr(NO,)^ wie j in Beispiel 5. Es wurde kein Glaspulver zugefügt. Das Rohr j wurde durch Gummischlauch an eine Vakuumpumpe angeschlossen. '■ Um übermäßige Blasenbildung zu vermeiden, wurde das Rohr in ein Eisbad von O0C gegeben und über Nacht zum Trocknen ίcontained dissolved nitrates and precipitated Zr (NO,) ^ as in Example 5. No glass powder was added. The tube j was connected to a vacuum pump by a rubber hose. '■ In order to avoid excessive formation of bubbles, the tube was placed in an ice bath at 0 ° C. and allowed to dry overnight ί seines Inhaltes ausgepumpt. Am nächsten Tag lag die Rohr- .its contents pumped out. The next day the pipe lay.

■ temperatur bei 280C und der innere Druck bei 20 mTorr. Das
ι ;
■ temperature at 28 0 C and the internal pressure at 20 mTorr. That
ι;

Rohr wurde in einen Ofen übergeführt und nach dem inTube was placed in an oven and after being in

; Tabelle 1 angegebenen; Table 1 given 2525th ZeitTime
std:minstd: min
Heizschema unterHeating scheme under Vakuum erhitzt.Vacuum heated.
ϊ
20
ϊ
20th
12:4512:45 Tabelle 1Table 1
Temp.0C.Temp. 0 C.
Druck; mTorrPressure; mTorr
13:4013:40 7070 137137 ίί 13:5013:50 8080 4040 3030th 14:0514:05 130130 140140 14:2514:25 155155 5050 14:5014:50 190190 7979 15:1515:15 190190 2525th 3535 15:303:30 pm 290290 5050 15:4015:40 340340 8080 16:0516:05 350350 5555 17:0517:05 450450 3434 18:1018:10 COO .COO. 1616 20:0020:00 850850 1616 13401340 1414th

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Bei 20/00 nach 7 Stunden und 15 Minuten Erhitzen wurde das während des Erhitzen kollabierte Rohr aus dem Ofen entfernt. Aus den Daten der obigen Tabelle ist ersichtlich, daß die .', Druckmaxima bei 12:45, 13:50 und 14:25 auftraten, und zwar vermutlich aufgrund der Wasserverdampfung, das noch im Rohr war, als dieses in den Ofen gegeben wurde; die Verdampfung schien Jedes Mal aufzutreten, wenn die Temperatur deutlich erhöht wurde. Wurde die Temperatur, wie bei 13:40, 14:05 und 14:50 konstant gehalten, verringerte sich der Druc1', da Wasserdampf durch das Vakuum abgeführt wurde. Ein weiteres Maximum erschien um 15:30 bei etwa 300 bis 4000C, vermutlich aufgrund der Zersetzung der Nitrate unter Bildung von Stickoxiden.At 20/00 after 7 hours and 15 minutes of heating, the tube which had collapsed during the heating was removed from the oven. From the data in the table above it can be seen that the '' pressure maxima occurred at 12:45, 13:50 and 14:25, presumably due to the evaporation of water that was still in the tube when it was placed in the furnace; evaporation seemed to occur every time the temperature was increased significantly. If the temperature was kept constant, as at 13:40, 14:05 and 14:50 , the pressure decreased 1 ', since water vapor was removed by the vacuum. Another maximum appeared at 15:30 at around 300 to 400 ° C., presumably due to the decomposition of the nitrates with the formation of nitrogen oxides.

Das Endprodukt war ein kollabiertes und verschlossenes Vycor-* Rohr mit dem im Inneren des kollabierten und verschlossenen Rohres eingebetteten, calcinierten, simulierten, nuklearen Abfall (d.h. die Oxide Fe, Ce, La, Cs, Nd, Ba, Zr, Sr und Y). ■The end product was a collapsed and locked Vycor- * Tube with the calcined, simulated, nuclear waste (i.e. the oxides Fe, Ce, La, Cs, Nd, Ba, Zr, Sr and Y) embedded inside the collapsed and sealed tube. ■

Die Oberfläche des kollabierten und verschlossenen Rohres j zeigte keine Risse, und bei Untersuchung unter polarisiertem j Licht war das Rohr frei von Spannungen. Das erhaltene Produkt eignet sich zum Vergraben oder Versenken und kann für der- i artige Zwecke mit anderen, ähnlichen Produkten in größere ; α Behälter verpackt werden.The surface of the collapsed and sealed tube j showed no cracks and the tube was stress-free when examined under polarized light. The product obtained is suitable for burying or sinking and can be used for such purposes with other, similar products in larger; α containers are packed.

Beispiel £ Example £

Verwendung eines nicht-porösen Glaspulvers in einem nichtporösen Glasrohr zum Einbetten von nuklearem AbfallUse of a non-porous glass powder in a non-porous glass tube for embedding nuclear waste

zwecks Vergrabenfor the purpose of burying

Pyrex-Glas (Corning 234030-510) mit einer nominellen Zusammensetzung aus 81 % SiO2, 13 % B2O, und 4 % Na2O (in Gew.-%) wurden in einem Zylinder aus rostfreiem Stahl mittels eines rostfreien Stahlstabes zerstoßen und gesiebt. Der zwischen 60 und 150 mesh passierende Anteil wurde zur Verwendung ge- i 3ί) wählt. 9,5 g dieses Pyrex-Glaspulvers wurden mit 0,5 g porö- j j sem Glaspulver, das mit einem simulierten nuklearen Abfallstrom imprägniert war, gemischt und wie in Beispiel 5 getrockj- ! net. Das gemischte Pulver wurde in einem Becher auf einer jPyrex glass (Corning 234030-510) with a nominal composition of 81 % SiO 2 , 13 % B 2 O, and 4 % Na 2 O (by weight) was crushed in a stainless steel cylinder using a stainless steel rod and sifted. The mesh passing between 60 and 150 portion was selected for use overall 3ί i). 9.5 g of this Pyrex glass powder were mixed with 0.5 g of porous glass powder impregnated with a simulated nuclear waste stream and dried as in Example 5 ! net. The mixed powder was placed in a beaker on a j

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Heizplatte bei 11O0C etwa 2 Stunden weiter getrocknet. Dann wurde ein Teil des gemischten Pulvers in ein 50 cm langes Pyrex-Rohr mit der oben angegebenen nominellen ZusammensetzungHot plate at 11O 0 C for about 2 hours further dried. A portion of the mixed powder was then placed in a 50 cm long Pyrex tube of the nominal composition given above und 9 mm äußerem sowie 7 mm innerem Durchmesser gegeben, so j daß sich eine Säule von etwa 10 cm Höhe bildete. Weiter wurde ein Stück Platindraht von 1 cm Länge und 1,5 mm Durchmesser zum Pulver im Rohr zugegeben. Das offene Rohrende wurde an i eine Vakuumpumpe angeschlossen und in einen Ofen gegeben, !and 9 mm outer and 7 mm inner diameter, so that a column about 10 cm high was formed. Next became a piece of platinum wire 1 cm long and 1.5 mm in diameter was added to the powder in the tube. The open pipe end was at i a vacuum pump connected and placed in an oven,!

to wo es etwa 4 Stunden und 35 Minuten von etwa 250C auf etwa ; 8300C erhitzt wurde. Das fertige Produkt zeigte nach Heraus-! nehmen aus dem Ofen einige Risse, die im Inneren zu liegen i schienen und sich nicht bis zur Außenoberfläche des kolla- ; bierten Pyrex-Rohres erstreckten. Das erhaltene Produkt jto where it takes about 4 hours and 35 minutes from about 25 0 C to about; 830 0 C was heated. The finished product showed after out-! take out of the oven some cracks that seemed to lie inside and not extend to the outer surface of the kolla-; biert Pyrex pipe extended. The product obtained j

tb bettete wirksam das Glaspulver ein, das simulierte radio- ι aktive Abfallmaterialien und Platin enthielt, was die Gruppe ί der Platinmetalle repräsentierte, wie Pd, R und Rh, die \ üblicherweise in nuklearen Abfallströmen dispergierte Fest- Itb embedded effectively the glass powder A, the simulated radio-active waste materials ι and platinum contained what the group of platinum metals ί represented as Pd, Rh and R, the \ usually in nuclear waste streams dispersed solid I

ι jι j

stoffe sind. Die Rißbildung kann durch genauere Anpassung des thermischen Expansionskoeffizienten der Rohres und seines Inhalts eliminiert werden. Das Endprodukt kann, vorzugsweise ! mit anderen ähnlichen Produkten in einem größeren Behälter ι im Boden vergraben oder im Meer versenkt werden.fabrics are. The cracking can be prevented by more precisely adjusting the coefficient of thermal expansion of the pipe and its Content to be eliminated. The end product can, preferably! with other similar products in a larger container ι buried in the ground or sunk in the sea.

Beispiel 8 Example 8

2b Einschließen radioaktiver Dämpfe in einem porösen Glasstab Dieses Beispiel zeigt, daß die aus dem simulierten nuklearen Abfall beim Erhitzen desselben in einem Glasrohr entweichen- i den Gasprodukte in einem porösen Glasstab eingefangen werden j können. 6 g des wie in Beispiel 3 hergestellten, porösen ' Glaspulvers wurden in einem Becher mit 2,76 g CsNO,, 3,17 g ι ! Cu (NO^)2, 73 ecm H2O und 25 ecm NH^OH 20 1/2 Stunden gemischt { und 24 Stunden gewaschen. Das imprägnierte poröse Glaspulver J wurde auf einer Heizplatte bei niedriger Temperatur (etwa i 2000C für etwa 1 Stunde) getrocknet. Dann wurde die Probe in ί ein in Beispiel 9 beschriebenes Pyrex-Glasrohr mit einem ! geschlossenen Ende und einem verengten Hals in einer Entfer- · nung etwa 11 cm vom geschlossenen Ende eingeführt. Das Pulver bildete eine 4 cm hohe Säule im Rohr. Ein wie in2b Enclosing radioactive vapors in a porous glass rod This example shows that the gas products which escape from the simulated nuclear waste when the same is heated in a glass tube can be captured in a porous glass rod. 6 g of the 'porous' glass powder produced as in Example 3 were placed in a beaker with 2.76 g of CsNO ,, 3.17 g ι! Cu (NO ^) 2 , 73 ecm H 2 O and 25 ecm NH ^ OH mixed for 20 1/2 hours {and washed for 24 hours. The impregnated porous glass powder J was dried on a hot plate at a low temperature (about i 200 ° C. for about 1 hour). Then the sample was in ί a Pyrex glass tube described in Example 9 with a! closed end and a narrowed neck at a distance of about 11 cm from the closed end. The powder formed a 4 cm high column in the tube. A like in

030022/0641030022/0641

Beispiel 1A hergestellte, 12,5 cm langer, poröser Glasstab j mit einem Durchmesser etwas über 7 mm wurde in das Rohr ein-I geführt. Das innere Stabende war auf eine konische Form j abgeschliffen worden (die dann zum Freilegen der Poren in I einer HF Lösung gewaschen wurde), so daß sich zwischen diesenl Stabende und dem verengeten Halsabschnitt des Rohres ein j ι ziemlich guter Verschluß ergab. Das Rohr wurde teilweise : ; in aufrechter Stellung in einen Ofen gegeben, so daß die j ίο obere Stabhälfte sich außerhalb des Ofens befand. ^as Erhitzen erfolgte gemäß dem in Tabelle 2 genannten Schema von ί Zeit, Temperatur und Druck. Nach dem Heizzyklus wurde dasExample 1A produced, 12.5 cm long, porous glass rod j with a diameter slightly over 7 mm was inserted into the tube. The inner end of the rod had been ground to a conical shape (which was then washed in an HF solution to expose the pores), so that a fairly good seal resulted between this end of the rod and the narrowed neck section of the tube. The tube was partially:; placed in an upright position in an oven so that the j ίο upper half of the rod was outside the oven. The heating was carried out according to the scheme of time, temperature and pressure given in Table 2. After the heating cycle that became

Rohr aus dem Ofen entfernt; sein Bodenteil war bis zu 1 cm \ unterhalb des kegelförmiges Endes des porösen Stabes kolla-I )s biert. Der Statebschnitt von 5 cm, der sich zur HälfteTube removed from the furnace; its bottom part was up to 1 cm \ below the conical end of the porous rod kolla-I) s. The state cut of 5 cm, which is halfway

innerhalb und zur anderen Hälfte außerhalb des Ofens befand, war leicht vergilbt, was die Kondensation von Kupferdämpfen ; anzeigt, während alle anderen Teile von Rohr und Stab prak-' tisch farblos waren. Dies zeigt, daß die simulierten, radio-J2O aktiven Dämpfe, d.h. Kupferdämpfe, die aus dem imprägnierten ' porösen Glaspulver während des Erhitzens entweichen, im etwa j ί 5 cm langen Abschnitt des porösen Stabes eingefangen und am Verlassen des Rohres gehindert wurden. Das erhaltene, kollabierte Rohrprodukt bettete den simulierten radioaktiven Ab- ; 2b fall in wirksamer Weise in einer starken Glasstruktur ein. ; Tabelle 2.inside and the other half outside of the furnace was slightly yellowed, indicating condensation of copper vapors; indicates, while all other parts of tube and rod practically 'were table colorless. This indicates that the simulated radio-J 2 O active vapors, ie, copper vapors to escape from the impregnated 'porous glass powder during the heating, captured cm long section of the porous rod in about j ί 5 and were prevented from leaving the tube. The collapsed pipe product obtained embedded the simulated radioactive waste; 2b effectively falls into a strong glass structure. ; Table 2.

ZeitTime
std:minstd: min
Temp.0C.Temp. 0 C. Druck;Pressure;
mTorrmTorr
2:302:30 2020th 55 3 2:31 3 2:31 9595 2222nd 2:522:52 9595 1717th 3:133:13 9595 1313th 3:433:43 150150 1313th 4:214:21 2GO2GO 2424 9:309:30 580580 QQ 10:2010:20 750750 1212th

030022/0641030022/0641

Das Druckmaximum bei 2:31 beruht darauf, daß Wasser aus dem ί porösen Glaspulver ausgestoßen wird, und das Maximum bei 4:2"J beruht auf der Stickoxidproduktion durch Zersetzung der j b Cäsium- und Kupfernitrate. !The pressure maximum at 2:31 based on the fact that water is ejected from the ί porous glass powder, and the maximum at 4: 2 "J based on nitric oxide production by decomposition of the j b cesium and copper nitrates.!

Beispiel 9 bis 13 j Example 9 to 13 j

Beispiel 4 bis 8 wurde unter Verwendung der entsprechenden, ; radioaktiven Nitrate anstelle der dort aufgeführten, nicht- j radioaktiven Nitrate wiederholt, wobei anstelle des nicht- I 1" radioaktiven Al3O5 von Beispiel 4 radioaktiv verschmutztes 1 AIpO, verwendet wurde. In jedem Fall wurde das radioaktive Material im erhaltenen Glasprodukt immobilisiert und eingebettet.
Beispiel 14
Examples 4 to 8 were carried out using the corresponding,; radioactive nitrates instead of the non-radioactive nitrates listed there, using radioactively contaminated 1 AlpO instead of the non-I 1 ″ radioactive Al 3 O 5 from Example 4. In each case, the radioactive material was immobilized in the resulting glass product and embedded.
Example 14

! 15 Ein gemäß Beispiel 3 hergestelltes poröses Glaspulver wurde 3 Tage in eine etwa 3,2 molare wässrige Natriumnitrat/! 15 A porous glass powder produced according to Example 3 was used 3 days in an approximately 3.2 molar aqueous sodium nitrate /

> Ammoniumhydroxid-Lösung eingetaucht und dann in Wasser gespült, bis das Spülwasser einen pH Wert von etwa 8 hatte. Dann wurde das erhaltene Pulver in eine gemäß Beispiel 5 herf gestellte Ionenaustauschkolonne aus Vycorglas gegeben. Durch die Kolonne wurde ein radioaktives primäres Kühlmittel aus einer P.W.N Anlage, die UO9 Brennstoff in einem Mantel aus rostfreiem Stahl (enthaltend 4,9 Gew.-% -^U) verwendet, hindurchgeführt. Das primäre Kühl-mittel hatte die in Tabelle 3 angegebene Zusammensetzung, wobei das Radionuklid, die mögliche Quelle, die vermutliche Form und durchschnittliche Konzentration in Mikrocurie pro ecm angegeben sind. Die kationischen Radionuklide unterliegen mit den durch Oxygruppen an Silicium gebundenen Natriumkationen im porösen> Immersed ammonium hydroxide solution and then rinsed in water until the rinse water had a pH of around 8. The powder obtained was then placed in an ion exchange column made of Vycor glass produced according to Example 5. A radioactive primary coolant from a PWN unit using UO 9 fuel in a stainless steel jacket (containing 4.9% by weight - ^ U) was passed through the column. The primary coolant had the composition given in Table 3, the radionuclide, the possible source, the presumed form and the average concentration being given in microcurie per ecm. The cationic radionuclides are subject to the sodium cations bound to silicon by oxy groups in the porous

30 Silicatglaspulver einem Ionenaustausch.30 silica glass powder an ion exchange.

030022/0641030022/0641

r<o ror <o ro

RadionuklidRadionuclide

NaN / A

CrCr

MnMn

5555

FeFe

FeFe

5757

5858

6060

CoCo

GoGo

CoCo

63Ni 63 Ni

6464

CuCu

89Sr 90Sr 89 Sr 90 Sr

mögliche Quelle apossible source a

Tabelle 5Table 5

vermutliche Form D putative form D

durchschnitt.Konzentr. (MCi/ccm;average concentr. (MCi / ccm;

(D(D

U) (D (DU) (D (D

U) U) U) U) (2) (2)U) U) U) U) (2) (2)

Wasser, GasWater, gas

Kationcation

AnionAnion

Kation, sCation, s

Kation, εCation, ε

Kation, sCation, s

Kation, sCation, s

Kation, sCation, s

Kation, sCation, s

Kation, sCation, s

Kation, Anion, ε Kation KationCation, anion, ε cation, cation

χ 10χ 10

"5 " 5

χ 10~2 χ 10 ~ 2

3,3 χ 10
χ 10
3.3 χ 10
χ 10

-5-5

"6 " 6

3,7 χ 103.7 χ 10

2,7 χ IC2.7 χ IC

-4-4

"4 " 4

1,9 χ IC"" 1,0 χ 101.9 χ IC "" 1.0 χ 10

1,2 :< 101.2: <10

"5 " 5

"6 " 6

4,7 χ ΙΟ"4 7,7 κ ΙΟ"5 8,0 χ ΙΟ"6 5,4 χ ΙΟ"4 2,8 >: IC4.7 χ ΙΟ " 4 7.7 κ ΙΟ" 5 8.0 χ ΙΟ " 6 5.4 χ ΙΟ" 4 2.8>: IC

"6 χ IC"7 " 6 χ IC" 7

durchschnitt.Konzentr. (ppb;average concentr. (ppb;

2,69 χ2.69 χ

2,18 χ2.18 χ

1,16 χ 7,08 χ 4,02 χ1.16 7.08 4.02 χ

-6 -8-6 -8

-8-8th

-6 -5-6 -5

7,6 χ7.6 χ

-5-5

2.03 χ2.03 χ

1.4 2 κ 1θ"1.4 2 κ 1θ "

"7 " 7

1,48 χ1.48 χ

-5-5

6,81 χ6.81 χ

"5 " 5

-4-4

-7-7

1,30 χ1.30 χ

1,41 χ IC1.41 χ IC

-8 9,93 χ-8 9.93 χ

2,84 χ 1θ"6 2.84 χ 1θ " 6

cn co fs)cn co fs)

"294 0322]"294 0322]

co Ico I

VO P-VO P-

OO P-P- OO
i-li-l
P-P- OO
r-ir-i
II. XX II. XX II. XX VOVO coco vrvr OO coco inin coco TT CNCN

OO
r-lr-l
II.
OO
r-lr-l
VOVO
II.
OO
r-Hr-H
II.
OO
P- ιP- ι
OO
rHrH
XX
CNCN
VOVO
X
VO
r-t
X
VO
rt
X
r-l
P-
X
rl
P-
r—Ir-I
XX
inin
χ ;
O
VO
χ;
O
VO
CNCN coco UIUI CNCN

bObO

N +> <D W -PN +> <D W -P

I OI O

co cv»co cv »

inin
II.
OO
r-lr-l
inin
II.
OO
HH
II.
OO
r-lr-l
XX XX XX P-P- cncn CNCN r-ir-i rHrH

rr inin inin ΜΜ II. II. II. ΙΙ OO OO
HH
OO
r-|r- |
σσ
r-ir-i
OO
r-lr-l
ί
X 1
ί
X 1
XX XX XX »» cn jcn j OO OO vovo CNCN II. ·-- ·-- ·-- ·-- r-lr-l <N<N VOVO II.

H ΦH Φ

COCO

•r-l 4.)• r-l 4.)

U)U)

CNCN

CNCN

r: οr: ο

U)U)

U)U)

U)U)

U)U)

r:r: CC. CC. CC. 11 OO OO OO OO II. CC. •rH• rH •rl• rl ·. I·. I. -I-I II. OO qq CC. CC. »■*·»■ * · 1^ 1 ^ r:r: tt !! II.
II.
ίί

CNCN

fNfN

CNCN

CNCN

ViVi OO *—ι* - i CNCN UU jaYes OO ft«ft « ;J; J .O.O jaYes O)O) MM. U)U) CTiCTi σ»σ » ~z>~ z> £ 5 roro COCO H MH M CNCN -i-i inin mm CTlCTl OO CNCN CN r-lCN r-l roro σ»σ » ChCh OO CNCN CNCN CO Γ0CO Γ0

Γ0Γ0

030022/0641030022/0641

Tabelle 3 FortsetzungTable 3 continued

O O PO ISJO O PO ISJ

134Cs 134 Cs

136Cs
1^7Cs
136 Cs
1 ^ 7 Cs

14C14C

3a3a

141141

143143

CeCe

CeCe

144144

CeCe

143143

PrPr

110m110m

13:13:

'Ag'Ag

KfKf

182-..182- ..

183183

TaTa

185185

1S7W 1S7 W

85Kr 85 kr

(2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (D "(I)' (D (D (D (D (2) (2)(2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (2) (D "(I) ' (D (D (D (D (2) (2)

Kation Kation Kation Kation Anion, s Anion, s Anion, s Anion, s sCation cation cation cation Anion, s anion, s anion, s anion, s s

S SS S

S S SS S S

Gas GasGas gas

4,7 χ ΙΟ"7
O
4.7 χ ΙΟ " 7
O

1.1 χ ΙΟ"6
4,7 χ 10~6
1.1 χ ΙΟ " 6
4.7 10 ~ 6

1.2 χ 10~5
χ 10~δ
1.2 χ 10 ~ 5
χ 10 ~ δ

2,5 χ ΙΟ"5 2.5 χ ΙΟ " 5

6,2 χ ΙΟ"5 6.2 χ ΙΟ " 5

1,2 χ 10~5 1.2 χ 10 ~ 5

3,7 χ ΙΟ"4 3.7 χ ΙΟ " 4

3,62 χ 103.62 χ 10

-7-7

1,26 χ 10 6,45 χ 101.26 10 6.45 χ 10

-5-5

-8-8th

2;52 χ 10 3,70 χ 102 ; 52 χ 10 3.70 χ 10

4,01 χ 10 4,34 χ 104.01 χ 10 4.34 χ 10

1,28 χ 10 5,30 χ 101.28 χ 10 5.30 χ 10

-6 -7-6 -7

-6 -7-6 -7

-6 -7-6 -7

Tabelle 3 FortsetzungTable 3 continued

88Kr 88 kr

133Xe 135γ« 133 Xe 135γ «

(2) (2) (2)(2) (2) (2)

Gas Gas GasGas gas gas

8,9 χ 10~5 8.9 χ 10 ~ 5

4,78 χ χ 104.78 χ χ 10

-5-5

3,54 χ3.54 χ

-ε -ε-ε -ε

a (1) Neutronenaktivierungsprodukte der Nuklide aus dem Brennstoffmantel, Konstruktionsmaterial und Wasser a (1) Neutron activation products of the nuclides from the fuel jacket, construction material and water

(2) Leck aus dem Brennstoff; meist Spaltprodukte(2) leak from fuel; mostly fission products

Gas: vermutlich als gelöstes Gas s : unlösliche FeststoffeGas: presumably as dissolved gas s: insoluble solids

Die radioaktiven Kationen der in Tabelle 3 genannten Radionuklide unterliegen mit den durch Oxygruppen an Silicium
gebundenen Natriumkationen im porösen Glas einem Kationenaustausch und binden so die Radionuklide durch die genannten
j siliciumgebundenen Oxygruppen an das poröse Glas und geben
The radioactive cations of the radionuclides mentioned in Table 3 are subject to the oxy groups on silicon
Bound sodium cations in the porous glass cause a cation exchange and thus bind the radionuclides through the mentioned
j silicon-bonded oxy groups to the porous glass and give

nicht-radioaktive Natriumkationen an die Kühlmittellösung ab.
; Auch die unlöslichen, radioaktiven Feststoffe im Kühlmittel
1 filtern auf den äußeren Oberflächen der porösen Glasteilchen
'Haus. Weitere poröse Glasteilchen können zur Erhöhung der Filterkapazität der Ionenaustauschkolonne zugefügt werden, wenn i sich die unlöslichen Feststoffe auf der Kolonne akkumulieren.
non-radioactive sodium cations from the coolant solution.
; Also the insoluble, radioactive solids in the coolant
1 filter on the outer surfaces of the porous glass particles
'House. Additional porous glass particles can be added to increase the filter capacity of the ion exchange column when the insoluble solids accumulate on the column.

t It I

j Die anionischen Radionuklide werden nicht wesentlich in der | ! täColonne entfernt und laufen mit dem Kühlmittel durch dieselbe.; Sie können anschließend durch Behandlung mit üblichen An- ;j The anionic radionuclides are not significantly involved in the | ! taColonne removed and run through the same with the coolant .; You can then by treatment with the usual An;

I ionenaustauscherharzen entfernt werden. Nach Regeneration \ I ion exchange resins are removed. After regeneration \

j !j!

I des üblichen Anionenaustauscherharzes nach dessen Beladung jI of the usual anion exchange resin after its loading j

j kann die die anionischen Radionuklide enthaltende Regene- j i ^trierungslösung durch Verdampfen konzentriert und das erhal-
! tene Konzentrat kann nach dem Verfahren der US PS 4 110 096
j molekular in die Poren des porösen Glases in der Ionenaus-
The regeneration solution containing the anionic radionuclides can be concentrated by evaporation and the
! tene concentrate can by the process of US Pat. No. 4,110,096
j molecularly into the pores of the porous glass in the ion

: tauschkolonne gefüllt ("stuffed") werden, nachdem das poröse j: The exchange column is "stuffed" after the porous j

j Glas in wesentlichem Maß mit den siliciumgebundenen Radio- ;j glass to a substantial extent with the silicon-bonded radio;

! 2iiuklid-kationenoxygruppen beladen worden ist. Das beladene j! 2iiuclid-kationenoxygruppen has been loaded. The loaded j

I poröse Glas wird vorzugsweise zuerst getrocknet, damit das j I porous glass is preferably dried first so that the j

; anionische Radionuklidkonzentrat leicht in die porösen Glas- I; anionic radionuclide concentrate easily into the porous glass I

ι poren eindringen kann. Das anionische Radionuklid kann durch jι pores can penetrate. The anionic radionuclide can be obtained by j

i sorgfültige Trocknungsverfahren gemäß der US PS 4 110 096 in I j ji Careful drying process according to US Pat. No. 4,110,096 in I j j

ι 3(den Poren des porösen Glases ausgefällt oder abgeschieden i ! werden. Dann kann die die porösen Glasteilchen enthaltende j j Kolonne zum Abtreiben der flüchtigen Materialien, zum Zer- ■ j setzen der zersetzbaren Materialien und zum Abtreiben der | ! nicht-radioaktiven Zersetzungsprodukte sowie zum Kollabieren
j j^ier Poren der Teilchen und Sintern derselben zu einer einhietlichen Masse sowie außerdem zum Kollabieren der Vycor-Glas- i kolonne um die gesinterte Masse erhitzt werden, wodurch die
gefilterten Feststoffe und gesinterten Glasteilchen, die die
3 (the pores of the porous glass are precipitated or deposited. Then the column containing the porous glass particles can be used to drive off the volatile materials, to decompose the decomposable materials and to drive off the non-radioactive decomposition products as well to collapse
jj ^ ier pores of the particles and sintering them to a uniform mass and also to collapse the Vycor glass column i heated around the sintered mass, whereby the
filtered solids and sintered glass particles that make up the

030022/0641030022/0641

kationischen und gnionischen Radionuklide enthalten, innerhalt der kollabierten Vycor-Glaskolonne eingeschlossen werden. Obgleich die Glaskolonne aufgrund einer unterschiedlichen thermischen Kontraktion Risse bildet, enthält sie noch die radioaktiven Materialien und immobilisiert diese, und das gebildete Produkt ist vielfach dauerhafter als die derzeit verwendeten Zement- oder Metalltrommeln. So erhält man eine dauerhafte Verpackung konzentrierter Radionuklide, die gegen 'Qein Auslaugen durch Wasser oder andere fließbare Materialien äußerst beständig ist.contain cationic and gnionic radionuclides the collapsed Vycor glass column. Although the glass column cracks due to differential thermal contraction, it still contains the radioactive materials and immobilizes them, and the product formed is many times more permanent than what is currently used cement or metal drums. In this way you get a permanent packaging of concentrated radionuclides, which against No leaching by water or other flowable materials is extremely persistent.

Beispiel 1j5 Example 1j5

Verwendung eines porösen Pulvers in einem nicht-porösen Rohr zum Einbetten Using a porous powder in a non-porous tube for embedding

nicht-radioaktive Nitratmischung wurde zum Simulierennon-radioactive nitrate mixture was used to simulate

eines üblichen, United Kingdom UKM-22 Abfalles, dessen Zusam-of a common United Kingdom UKM-22 waste, the composition of which

verwendet· I mensetzung als Oxide in Tabelle 4 genannt ist,/Verschiedene j Nitratmengen wurden in solchen Verhältnissen zusammen ge- i mischt, daß man die ungefähren, in Tabelle 4 gegebenen Oxid- juses · I composition is given as oxides in Table 4, / Various j Amounts of nitrate were mixed together in such proportions as to give the approximate oxides given in Table 4

Konzentrationen erhielt. Entsprechende Nitratraengen, deren j Gesamtgewicht insgesamt 2 g Oxiden entsprach, wurden in einen | 250-ccm-Becher gegeben, 20 ecm H2O wurden zugefügt, die Lösung wurde unter Rühren langsam auf 800C erhitzt, und bei dieser Temperatur bildete sich eine hellbraune, einige ungelösteConcentrations received. Corresponding nitrate quantities, the total weight of which corresponded to 2 g of oxides, were put into a | Added 250 cc beaker, 20 cc of H 2 O were added, the solution was stirred and heated slowly to 80 0 C and at this temperature, formed a light-brown, some unsolved

2^alze enthaltende Lösung. 18 g eines gemäß Beispiel 3 hergestellten, porösen Glases wurden zur Lösung zugefügt, so daß man eine Beladung von Abfalloxiden, bezogen auf das endgültige Glas, von 10 % erhielt. Das Volumenverhältnis von Lösung zu Glaspulver betrug etwa 1:1. Die Mischung wurde bei 900C jSolution containing 2 ^ salts. 18 g of a porous glass produced according to Example 3 were added to the solution so that a loading of waste oxides, based on the final glass, of 10 % was obtained. The volume ratio of solution to glass powder was about 1: 1. The mixture was at 90 0 C j

3cgetrocknet, dann wurden etwa 3 g der trockenen Mischung unter i j Vakuum in einem in Beispiel 5 beschriebenen Vycor-Rohr nach \ 3c dried, then about 3 g of the dry mixture were under vacuum in a Vycor tube described in Example 5 according to \

dem folgenden Schema erhitzt: jheated according to the following scheme: j

030022/0641030022/0641

& Uhrzeit
std.min
& Time
hour min
T (0C)T ( 0 C)
9.459.45 ,ο 10·15 , ο 10 15 11.1511.15 2525th 11.3011.30 6565 11.4011.40 278278 is 11.50is 11.50 342342 12.0505/12 383383 15.2015.20 403403 15.4515.45 520520 20 16.15 20 16.15 13001300 13101310 13101310

DrUck/ m TorrPressure / m Torr

25 30 26 38 32 68 44 36 1625 30 26 38 32 68 44 36 16

16 ί 16 ί

Das fertige Glasprodukt zeigte, daß die Poren des Pulvers j und die körnigen Materialien innerhalb des Rohresgründlich J gesintert waren. Weiter war das Rohr vollständig kolla- ; biert, riß Jedoch während des Abschreckens mit Luft. Das j fertige Produkte wurde zur Erhöhung seines Oberflächenge- ] The finished glass product showed that the pores of the powder j and the granular materials inside the tube were thoroughly J sintered. Next, the tube was completely collapsed; beer, but tore during quenching with air. The finished product was designed to increase its surface area .

I ■I ■

j bietes pulverisiert und dann für verschiedene Dauer bei Jj offers it pulverized and then for different durations at J

I pH 5,6 und 700C einem Auslaugtest unterworfen. Die Ergeb- II pH 5.6 and 70 0 C subjected to a leach test. The result- I

j nisse von Tabelle 5 zeigen, daß die Glasprobe eine ausge- jThe results of Table 5 show that the glass sample had an excellent quality

i zeichnete, chemische Beständigkeit hatte. ji drew, had chemical resistance. j

030022/0641030022/0641

Oxidoxide

3 Pv) ro — —3 Pv) ro - -

\i\ i tr ο (r tr ο (r cc

TabelleTabel

Zusammensetzung von United Kingdom UKM-22 Abfall festgest. simuliert. festgest. simuliert.Composition of United Kingdom UKM-22 waste stipulated. simulated. fixed simulated.

Oxidoxide

Gew.-%Wt%

Gew.-?Weight?

Al2O3 Al 2 O 3 19,8919.89 19,8919.89 ZrO2 ZrO 2 5,575.57 5,575.57 Rb2ORb 2 O 0,430.43 0,430.43 PO4PO4 0,930.93 0,930.93 Cs2OCs 2 O 3,003.00 3,003.00 Cr2O3 Cr 2 O 3 2,182.18 2,182.18 MgOMgO 24,6824.68 24,6824.68 MdO3 MdO 3 6,896.89 6,896.89 SrOSrO 1,251.25 1,251.25 Fe2O3 Fe 2 O 3 10,6310.63 10,6310.63 BaOBaO 1,481.48 1,481.48 RuO2 RuO 2 2,652.65 2,652.65 Y2O3 Y 2 O 3 0,660.66 0,660.66 NiO2 NiO 2 ' 1,40'1.40 1,401.40 La2O3 La 2 O 3 1,711.71 1,711.71 PdOPdO 1,711.71 1,711.71 Nd2O3 Nd 2 O 3 1,67
7,08
1.67
7.08
7f087 f 08 ZnO
U3O8
ZnO
U 3 O 8
1,71
0,23
1.71
0.23
1,71
ersetzt
durch CeO2
1.71
replaced
by CeO 2
CeO2 CeO 2 3,853.85 3,853.85 SO4SO4 0,390.39 0,390.39

Tabelle 5Table 5

chemische Beständigkeit des in Beispiel 15 erhaltenen Produktes in deionisiertem Wasser mit einem anfänglichen pH von 5,6*chemical resistance of the product obtained in example 15 in deionized water with an initial pH of 5.6 *

b -________—-___-—--—-—--—-—--——-—————— —-b -________ —- ___-—--—-—--—-—--——-—————— —-

Glaskomponente und AuslaugmengeGlass component and amount of leach

j Probe SiO, Ln Fe Na Cs Sr_j sample SiO, Ln Fe Na Cs Sr_

j Kern und "j core and "

; „, Mantel (pul- 295 32 <1 <4 <2 <1; ", Coat (pul- 295 32 <1 <4 <2 <1

ί verisiert)ί verified)

: pulv.Kern 127 42 n 17 3 8: powder core 127 42 n 17 3 8

1 i 1 i

* die Daten wurden zwischen Tag 12 und 15 bei 700C, 71 std, j j erhalten j* the data were obtained between days 12 and 15 at 70 ° C, 71 hrs, j j j

ί ib #* Auslaugmenge in ng gelöstem Abfall pro cm Oberflächengebiet pulverisiertem Produkt pro Tagί ib # * Amount of leaching in ng of dissolved waste per cm of surface area powdered product per day

*♦* umfaßt alle Lanthanide* ♦ * includes all lanthanides

Die in Tabelle 5 und den folgenden Tabellen 6 und 8 genanni ;.o ten Auslaugmengen wurden durch die Menge der im Glas an- \ wesenden Komponente normalisiert. Somit stehen sie für die Auslaugraenge, die das Glas hätte, wenn die Messung nur anThe in Table 5 and the following Tables 6 and 8 genanni;. o th Auslaugmengen were by the amount of Toggle normalized \ wesenden component in the glass. Thus they stand for the amount of leaching that the glass would have if the measurement were only on

i dieser einen Komponente erfolgt wäre. Das Glas löst sichi would have done this one component. The glass comes off

ι mit der Kieselsäureauslaugmenge. Natrium, Strontrium und !;», Cäsium diffundieren zur Oberfläche und werden anfangs mit : größerer Geschwindigkeit ausgelaugt. Eisen und Lanthanide ; konzentrieren sich auf der Oberfläche. Allmählich laugt dasι with the amount of silicic acid leach. Sodium, Strontrium and! ; », Cesium diffuse to the surface and are initially leached out with greater speed. Iron and lanthanides; focus on the surface. Gradually it saps

gesamte Glas mit der Kieselsäuregeschwindigkeit aus. j Beispiel 16 entire glass at the silica speed. j Example 16

J30 Verwendung von porösen Pulver in nicht-porösen Rohr zum i EinbettenJ 30 use of porous powder in non-porous tube for i embedding

j Es wurde eine nicht-radioaktive Nitratmischung ähnlich wie i in Beispiel 15 hergestellt, um den UKM-22 Abfall zu simu- ; lieren. Bei der Herstellung dieser Nitratmischung wurden 3b Jedoch Zr(NO^)^ und K2MoO^ getrennt von den anderen Nitraten mit einer ausreichenden Menge konzentriertem HNO, gelöst; die anderen Nitrate wurden in einer 3M HNO, Lösung oder in Wasser gelöst. Dann wurden die beiden Lösungen zusammen ge-j A non-radioactive nitrate mixture was prepared similar to i in Example 15 to simulate the UKM-22 waste; to lean. In the preparation of this mixture nitrate 3b were However Zr (NO ^) ^ and K 2 MoO ^ dissolved separated from the other nitrates with a sufficient amount of concentrated HNO; the other nitrates were dissolved in a 3M HNO solution or in water. Then the two solutions were combined

030022/0641030022/0641

mischt, wobei keine Ausfällung festgestellt wurde. Anschließend wurden der Lösung Phorsäure- und Schwefelsäure
zugefügt, um jeweilige Mengen von PO," und SO," zu erhalten. Es erschien ein weißer, gelatinöser Niederschlag,
der sich nach Erhitzen auf 7O0C nicht löste. Etwa 50 % der
Nitrate fielen aus, als die Lösung auf etwa 15 ecm eingedampft wurde. Dann wurden der Lösung 8 g des gemäß Beij spiel 3 hergestellten, porösen Glases zugefügt, was eine
! io Beladung von 20 % Abfalloxiden, bezogen auf das endgültige
mixes, with no precipitation being observed. Phoric acid and sulfuric acid were then added to the solution
added to obtain respective amounts of PO, "and SO,". A white, gelatinous precipitate appeared,
did not dissolve upon heating to 7O 0 C. About 50 % of the
Nitrates precipitated when the solution was evaporated to about 15 ecm. Then 8 g of the porous glass produced according to Example 3 were added to the solution, which was a
! io loading of 20 % waste oxides, based on the final

Glas ergab. Das Volumenverhältnis von Lösung zu Glaspulver
i betrug etwa 1:1. Die Mischung wurde etwa 16 std bei 900C j ; getrocknet. Etwa 3 g der trockenen Mischung wurden unter i ' Vakuum in ein Vycor-Rohr mit einem äußeren Durchmesser i
Glass revealed. The volume ratio of solution to glass powder
i was about 1: 1. The mixture was about 16 hours at 90 0 C j; dried. About 3 g of the dry mixture was placed under vacuum in a Vycor tube with an outer diameter of i

jib von 13 mm und einer Wanddicke von 1,5 mm gegeben, die !jib of 13 mm and a wall thickness of 1.5 mm given that!

^ Mischung wurde bei 50°C/std bis 6000C erhitzt, und nach !^ Mixture was stirred at 50 ° C / hr heated to 600 0 C, and after!

j einer 48-stündigen Dauer bei 6000C wurde das Rohr einem * j a 48-hour duration at 600 0 C, the tube was a *

i Temperatursprung auf 12400C unterworfen, wobei Poren Ii subjected to temperature jump to 1240 0 C, with pores I

! und körniger Inhalt des Rohres gründlich sinterten. Das i! and granular contents of the tube thoroughly sintered. The I

j 20 Rohr kollabierte jedoch nicht, und in der Abfall-Gas-MatriX|j 20 tube did not collapse, however, and in the waste gas MatriX |

j bildeten sich Blasen. Während des Abschreckens mit Luft Sj bubbles formed. During quenching with air S

riß das Rohr. Am Probenkern erfolgten Auslaugtests, deren jtore the pipe. Leaching tests were carried out on the sample core, the j

j in Tabelle 6 genannte Ergebnisse eine ausgezeichnete jj results given in Table 6 an excellent j

j chemische Beständigkeit anzeigen. !j Show chemical resistance. !

U IU I

030022/0641030022/0641

- ft -- ft -

Tabelle 6Table 6

chemische Beständigkeit des Produktes von Beispiel 16 in deionisiertem Wasser mit einem AnfangspH von 5,6*chemical resistance of the product of Example 16 in deionized water with an initial pH from 5.6 *

Glaskomponente und Auslaugmenge**Glass component and amount of leaching **

Zeit
(Tage)
Time
(Days)
§122§122 FeFe Ln***Ln *** 3.613.61 NaN / A 33 S £ <1000<1000
0,340.34 6 1906 190 11501150 737737 <2<2 χ 105 χ 10 5 GG 260260 300300 1,31.3 963 ■963 ■ 120120 344344 <2<2 500500 22 340340 <300<300 2,22.2 550550 3030th 400400 <2<2 500500 22 200200 1,4001,400 3,33.3 370370 4949 550550 <2<2 500500 11 300300 120
j
120
j
5,75.7 200200 1212th <80<80 <2<2 500500 400400 <320<320 9,39.3 260260 <13<13 5050 <2<2 500500 11 680680 150150 12,212.2 220220 33 210210 500500 22 900900 <320<320 15,215.2 230230 <13<13 5656 ...... 000000

* Daten bei 70°C festgestellt* Data determined at 70 ° C

** Auslaugmenge in ng gelöstem Abfall pro cm Oberflächengebiet pulverisiertes Produkt pro Tag *** umfaßt alle Lanthanide** Leaching rate in ng of dissolved waste per cm of surface area of pulverized product per day *** includes all lanthanides

Beispiel 17 Example 17

Verwendung von porösem Pulver in einem Ionenaustausch-Use of porous powder in an ion exchange

rohr zum Einbettentube for embedding

Wie in Beispiel 16 wurde eine nicht-radioaktive Nitrate und poröses Glas enthaltende Mischung, jedoch nur mit einer Oxidbeladung von 5 %, bezogen auf das endgültige Glas, hergef stellt. Etwa 3 g der trockenen Mischung wurden in ein wie folgt hergestelltes Ionenaustauschrohr eingeführt: wie in Beispiel 2 wurde ein offenes, poröses Rohr mit einem äußeren Durchmesser von 10 ram, einer Wanddicke von ~«1 mm und einerAs in Example 16, a mixture containing non-radioactive nitrates and porous glass was prepared, but only with an oxide loading of 5%, based on the final glass. About 3 g of the dry mixture were introduced into an ion exchange tube prepared as follows: As in Example 2, an open, porous tube with an outer diameter of 10 ram, a wall thickness of ~ «1 mm and a

TS StundenTS hours

Länge von 20 cm hergestellt und dann/in eine Lösung eingetaucht, die 200 ppm Cs mit ausreichend NH^OH für einen pH Wert von 10 enthielt; dann wurde bei Zimmertemperatur gewaschen, bis ein pH Wert von 7 erreicht war. Das Cs ausgetauschte Rohr wurde unter Vakuum getrocknet und dann beiLength of 20 cm and then / immersed in a solution containing 200 ppm Cs with sufficient NH ^ OH for a pH Contained value of 10; it was then washed at room temperature until a pH of 7 was reached. The Cs exchanged Tube was dried under vacuum and then at

030022/06A 1030022 / 06A 1

11.00 22 15 1 night 11.00 22 15

11.20 180 10011.20 180 100

11.25 200 10011.25 200 100

15°C/std von Zimmertemperatur auf 6000C und bei ?O°C/std
von 600 auf 8700C zum Kollabieren der Poren erhitzt. Dann
15 ° C / h from room temperature to 600 0 C and at? 0 ° C / h
heated from 600 to 870 ° C. to collapse the pores. then

wurde ein Rohrende mit einer Flamme verschlossen, bevor jone end of the pipe was sealed with a flame before j

man die Mischung aus simuliertem Abfall und porösem Glas jthe mixture of simulated waste and porous glass j

einführte. Dann wurde die Mischung unter Vakuum im Rohr jintroduced. Then the mixture was under vacuum in tube j

nach dem folgenden Schema erhitzt: jheated according to the following scheme: j

Teup.; 0C. Druck; mTorr ; Teup. ; 0 C. pressure; mTorr;

1 11.35 252 50 i 1 11.35 252 50 i

! .5 1! .5 1

12.02 330 43 !February 12, 330 43!

i 12.10 470 36 Ji 12.10 470 36 yrs

! 12.53 547 28 i ! 12.53 547 28 i

1 ! 1 !

I 13.00 775 25 :I 13.00 775 25:

I 13.20 875 24 !I 13.20 875 24!

I II I

I 13.30 927 24 jI 13.30 927 24 y

i 13.35 1010 24 ,i 13.35 1010 24,

i 25 13.47 1075 24 ji 25 13.47 1075 24 j

t tt t

j 14.00 1100 24 jj 14.00 1100 24 j

' i'i

■ Der fertige Glasgegenstand zeigte ein vollständiges Kolla- j■ The finished glass object showed a complete collage

j bieren des Rohres ohne Risse, wobei jedoch der körnige Inhalt1 j beer of the pipe without cracks, but with the granular content 1

j3oim Rohr nicht vollständig sinterte; hier waren die Wärme- jj3o not completely sintered in the tube; here were the warmth j

expansionskoeffizienten von Rohr und Pulver angepaßt. Ein iexpansion coefficients of tube and powder adapted. An i

vollständiges Sintern wurde jedoch nicht erreicht, weil die jhowever, full sintering was not achieved because the j

Rohrkollabiertemperatur (etwa 11000C) zu niedrig für die j Abfallzusammensetzung und die verwendete Beladungsmenge war.Rohrkollabiertemperatur (about 1100 0 C) was too low for the j waste composition and the loading amount was used.

Die Zusammensetzung des Ionenaustauschrohres wurde mit 0,5
Gew.-% Cs gemessen.
The composition of the ion exchange tube was 0.5
% By weight of Cs measured.

030022/0641030022/0641

j Beispiel 18j Example 18

S Verwendung eines porösen Pulvers in nicht-porösem j Rohr zum Einbetten S Use of a porous powder in a non-porous j tube for embedding

[ i» Eine nicht-radioaktive Nitratmischung wurde zum Simulieren j eines West-Valley PW-8a Abfalles mit der in Tabelle 7 als I Oxide angegebenen Zusammensetzung verwendet. Zuerst wurden j verschiedene Nitratmengen getrennt in 3M HNO, oder Wasser j gelöst und dann in solchen Verhältnissen gemischt, daß man S κι die jeweilige, in Tabelle 7 genannte Oxidkonzentxation er- ; hielt. Eine Lösung mit den entsprechenden Nitratmengen und ! etwas ungelösten Salzen, deren Gesamtgewicht insgesamt 4 g [ Oxiden entsprach, wurde fast zur Trockne eingedampft und ; dann mit 16 g porösem Glas (hergestellt gemäß Beispiel 3) 1 ib auf eine Beladung mit Abfalloxiden von 20 %, bezogen auf [I "A non-radioactive nitrate mixture was used to simulate a j-West Valley PW-8a drop with the specified I as oxides in Table 7 composition. First j different amounts of nitrate were dissolved separately in 3M HNO or water j and then mixed in such proportions that S κι the respective oxide concentration mentioned in Table 7 er ; held. A solution with the appropriate amounts of nitrate and! some undissolved salts, the total weight of which corresponded to a total of 4 g [ oxides, were evaporated almost to dryness and; then with 16 g of porous glass (produced according to Example 3) 1 ib based on a loading with waste oxides of 20 %

endgültige Glas, gemischt. Die Mischung wurde bei 900C j getrocknet, etwa 3 g der trockenen Mischung wurden unter ; Vakuum in einem ähnlichen Vycor-Rohr wie in Beispiel 5 auf j 600 C erhitzt und dann einem Temperatursprung auf etwa j I 2ü 1250°C unterworfen, wobei die Mischung aus Abfall und porö- j ; sem Glas vollständig sinterte. Das Vycor-Rohr kollabierte i nicht vollständig und riß während des Abschreckens mit Luft. Am Probenkern erfolgten Auslaugtests, deren in Tabelle "8 gezeigte Ergebnisse eine ausgezeichnete chemische Beständig-i 25 keit anzeigen.final glass, mixed. The mixture was dried at 90 0 C j, about 3 g of the dry mixture were under; Vacuum in a similar Vycor tube as in Example 5 heated to 600 ° C and then subjected to a temperature jump to about 1250 ° C, the mixture of waste and porous j; sem glass completely sintered. The Vycor tube did not completely collapse and ruptured during the air quench. Leaching tests were carried out on the sample core, the results of which, shown in Table 8, indicate excellent chemical resistance.

030022/06*1030022/06 * 1

Tabelle 7 Zusammensetzving eines West-Valley PW-8a Abfalles Table 7 Composition of a West Valley PW-8a waste

angegeb. Oxid Gew.-%specified Oxide wt%

Ma-,OMa-, O

Fe2O3 Fe 2 O 3

Cr2O3 Cr 2 O 3

NiONOK

P2O5 P 2 O 5

Rb2ORb 2 O

SrOSrO

ZrO2 ZrO 2

Ag2O
CdO
Ag 2 O
CdO

simul.
Gew.-%
simul.
Wt%

Oxidoxide

angegeb.
Gew.-%
specified
Weight %

16}62 34,2916 } 62 34.29

16,6216.62

34,29 1,36 1,74 1,58 0,21 1,2534.29 1.36 1.74 1.58 0.21 1.25

5,845.84

7,547.54

0,36 0,1040.36 0.104

0,150.15

TeO,TeO,

0,860.86

Cs2OCs 2 O 1,141.14 BaOBaO 1,851.85 Y2°3 Y 2 ° 3 0,050.05 IxI2O3 IxI 2 O 3 6,056.05 CeO2 CeO 2 12,0912.09 Pr6°ll Pr 6 ° ll 1,061.06 Nd2O3 Nd 2 O 3 3,623.62 Sm-O3 Sm-O 3 0,640.64 Eu2O3 Eu 2 O 3 0,170.17 Gd-O3 Gd-O 3 0,430.43

ε imul. Gew.-%ε imul. Wt%

1,14 1,85 0,05 6,05 12,091.14 1.85 0.05 6.05 12.09

1,061.06

3,62 0,643.62 0.64

0,17 0,430.17 0.43

Tabelle 8 j Table 8 j

chemische Beständigkeit des in Beispiel 18 erhaltenen Jchemical resistance of the J obtained in Example 18

Produktes in deionisiertem Wasser mit einem ίProduct in deionized water with a ί

Anfangs-pH Wert von 5,6* jInitial pH value of 5.6 * j

Glaskomponente und Auslaugmenge** Glass component and amount of leaching **

Zeit
(Tafire)
Time
(Tafire)
SiO?SiO? FeFe Ln***Ln *** NdNd SrSr CsCs J
j
i
J
j
i
0,340.34 28002800 6262 <32<32 65006500 560560 223223 I
I
i
!
I.
I.
i
!
1,31.3 905905 88th 370370 25002500 200P200P <630<630 !! 2,22.2 550550 2525th 440440 14001400 240240 370370 ί
I
ί
I.
3,253.25 430430 1212th 440440 13601360 12001200 670670 II. 5,75.7 200200 100100 150150 870870 880880 340340 JJ 9,39.3 280280 <25<25 150150 780780 600600 630630 12,212.2 .313.313 <1<1 200200 780780 780780 770770 15,215.2 300300 33 120120 840840 620620 jj

ί 20 ♦ Daten bei 7O0C festgestellt ;ί 20 ♦ data detected at 70 0 C;

; ** Auslaugmenge in ng gelöstem Abfall pro cm Oberflächen- j; ** Amount of leaching in ng of dissolved waste per cm of surface j

'< gebiet pulverisiertem Produkt pro Tag ' '< area of powdered product per day'

! *** umfaßt alle Lanthanide! *** includes all lanthanides

I Beispiel Tg jI example Tg j

?b Verwendung eines porösen Pulvers in einem Ionenaustausch- j? b Use of a porous powder in an ion exchange j

; rohr zum Einbetten ' ; tube for embedding '

. Ein mit dem in Beispiel 18 beschriebenen Abfall gemischtes, j poröses Glaspulver wurde in einem gemäß Beispiel 17 herge- j. A waste mixed with the waste described in Example 18, j Porous glass powder was produced in a according to Example 17

I stellten Rohr verwendet. Die Mischung wurde unter Vakuum jI made used pipe. The mixture was j

30 auf 6000C erhitzt und dann einem Temperatursprung auf etwa j 11000C unterworfen, wobei die Mischung aus Abfall und porösein Glas vollständig sinterte. Das Ionenaustauschrohr kolla- ι bierte völlig, riß jedoch während dee Abschreckens mit Luft.i Nach Untersuchung des Kernmaterials wurde festgestellt,30 heated to 600 0 C and then subjected to a temperature jump to about 1100 0 C, the mixture of waste and porous in glass completely sintered. The ion exchange tube collapsed completely, but tore during the quenching with air. After examination of the core material it was found that

3b daß es vollständig gesintert und ein Glas von guter Quolität war. Durch erhöhte Beladung mit dem in Beispiel 17 beschriebenen Abfall konnte die Sintertemperatur unter die Ko]labiertemperatur des Ionenaustauschrohres gesenkt werden.3b that it is completely sintered and a glass of good quality was. By increasing loading with the waste described in Example 17, the sintering temperature could be below the The temperature of the ion exchange tube can be lowered.

030022/0641030022/0641

ίοίο

! 15! 15th

i 25i 25

3030th

3535

7 " 294 532Y7 "294 532Y

; Im vorliegenden Versuch war jedoch die Abfallmenge zu hoch, j und der Expansionskoeffizient war etwas zu hoch, was eine j geringe Anzahl von Rissen bewirkte.; In the present experiment, however, the amount of waste was too high j and the expansion coefficient was a little too high, which caused j a small number of cracks.

Zur Erzielung vollständig gesinterter Produkte ohne Risse mit den in Beispiel 17 und 19 verwendeten Ionenaustauschrohren sollte eine mittlere Beladung, z.B. zwischen 8 bis | 12 %, verwendet werden.In order to achieve completely sintered products without cracks with the ion exchange tubes used in Examples 17 and 19, an average loading, for example between 8 to | 12 %, can be used.

30022/0641 ORIGINAL INSPECTED30022/0641 ORIGINAL INSPECTED

Claims (18)

Patentansprüche
Cy- Verfahren zum Verhüten eines Austretens bzw. Entweichen; toxischer Materialien in die Umwelt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus toxischem Material und Glasfüllung in einem hohlen "doped" Glasbehälter mit hohem Kieselsäuregehalt/oder diese Mischung in einem ersten Behäl· ter bildet und anschließend mindestens einen Teil der Mischung in einem hohlen, "doped" Glasbehälter mit hohem Kieselsäuregehalt abscheidet, den Glasbehälter zum Kollabieren seiner Wände und zum Verschließen desselben erhitzt, wodurch das toxische Material im kollabierten, "doped" Glasbehälter eingeschlossen und versiegelt wird.
Claims e
Cy- method of preventing leakage; toxic materials into the environment, characterized in that a mixture of toxic material and glass filling is formed in a hollow "doped" glass container with a high silica content / or this mixture is formed in a first container and then at least part of the mixture is formed in a hollow, "doped" high silica glass container, heats the glass container to collapse its walls and seal it, thereby enclosing and sealing the toxic material in the collapsed, "doped" glass container.
is 2,- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter ein nicht-radioaktiver "doped" Borsilicatglasbehälter ist.is 2. - Method according to claim 1, characterized in that the glass container is a non-radioactive "doped" borosilicate glass container. 3.- Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung ein festes radioaktives Material und eine Glasfüllung umfaßt.3.- The method according to claim 1 and 2, characterized in that the mixture is a solid radioactive material and a Includes glass filling. 4,- Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung durch Berührung eines fließbaren, das radioaktive Material enthaltenden Materials mit der Glasfüllung gebildet wird.4. Method according to claim 1 to 3, characterized in that that the mixture is formed by contacting a flowable material containing the radioactive material with the glass filling is formed. 5.- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fließbare Material eine Flüssigkeit ist, die gelöstes radioaktives Material und ungelöstes radioaktives Material enthält.5.- The method according to claim 4, characterized in that the flowable material is a liquid that is dissolved Contains radioactive material and undissolved radioactive material. 6.- Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der Glasfüllung poröses Glas umfaßt und das radioaktive Material auf und/oder in der Glasfüllung abgeschieden wird, daß der Glasbehälter ein nicht-poröser "doped" Borsilicatglasbehälter ist und die Erhitzungsstufe zuerst das Kollabieren der Poren des porösen6.- The method according to claim 3 to 5, characterized in that that at least a part of the glass filling comprises porous glass and the radioactive material on and / or in the Glass filling is deposited that the glass container is a non-porous "doped" borosilicate glass container and the The first heating stage is the collapse of the pores of the porous 030022/0641030022/0641 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED Glases und dann das Kollabieren der Wändo des Borsilicatglasbehälters bewirkt, wodurch das radioaktive Material im kollabierten Borsilicatglasbehälter eingeschlossen und versiegelt wird.Glass and then the collapse of the walls of the borosilicate glass container causes the radioactive material to be trapped in the collapsed borosilicate glass container and is sealed. 7.- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des im kollabierten Borsilicatglasbehälter enthaltenen, radioaktiven Material 1 ppb (Teil pro 10 Teile) bezogen auf das Gewicht, beträgt.7.- The method according to claim 6, characterized in that the amount of contained in the collapsed borosilicate glass container, radioactive material is 1 ppb (part per 10 parts) by weight. 8.- Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der thermische Expansionskoeffizient des nichtporösen, "doped" Borsilicatglasbehälters bis zu 2 χ 10 is pro 0C unter demjenigen der Glasfüllung liegt.8.- The method according to claim 6 and 7, characterized in that the thermal expansion coefficient of the non-porous, "doped" borosilicate glass container is up to 2 χ 10 is per 0 C below that of the glass filling. 9.- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbehälter ein nicht-poröser, nicht-radioaktiver, "doped" Borsilicatglasbehälter ist und die Mischung ein fließbares Material der gelösten, radioaktiven Feststoffe, die in den Poren des porösen Glases abgeschieden werden, und der ungelösten, radioaktiven Teilchen umfaßt, die auf den äußeren Glasoberflächen innerhalb des Behälters einschließlich der Innenwandoberfläche des Behälters abgeschie-9.- The method according to claim 6, characterized in that the glass container is a non-porous, non-radioactive, "doped" borosilicate glass container and the mixture is a flowable material of dissolved, radioactive solids, which are deposited in the pores of the porous glass, and which comprises undissolved, radioactive particles that are on the outer glass surfaces inside the container including the inner wall surface of the container 25 den werden.25 den. 10.- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das fließbare Material radioaktive Kationen enthält und das poröse Glas auf seinen Oberflächen mit nicht-radioaktiven, durch Oxybindungen an Silicium gebundenen Kationen gebildet wird, wobei die nicht-radioaktiven Kationen durch die radioaktiven Kationen ausgetauscht werden können.10.- The method according to claim 9, characterized in that the flowable material contains radioactive cations and the porous glass on its surfaces with non-radioactive cations bound to silicon through oxy bonds is formed, wherein the non-radioactive cations can be exchanged for the radioactive cations. 11.- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, l5 daß das fließbare Material ein Gas ist.11.- A method according to claim 4, characterized in that the flowable material l5 is a gas. O30G22/064TO30G22 / 064T 12.- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das radioaktive Material aus einem nuklearen Abfallstrom hergeleitet wird.12.- The method according to claim 6, characterized in that that the radioactive material comes from a nuclear waste stream is derived. 13·- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzungsstufe im Glasbehälter einen solchen Temperaturgradienten schafft, so daß ein Entweichen des radioaktiven Gase verhindert wird und gleichzeitig die nichtradioaktiven gasförmigen Zersetzungsprodukte an die Atmosphäre entlüftet werden können.13 · - Method according to claim 7, characterized in that that the heating stage in the glass container creates such a temperature gradient that an escape of the radioactive Gases is prevented and at the same time the non-radioactive gaseous decomposition products to the atmosphere can be vented. 14,- Glasgegenstand, umfassend einen nicht-porösen Glaskern und einen nicht-porösen, nicht-radioaktiven, "doped" Glasmantel ("clad"), der den Kern umhüllt, wobei der Kern die eingeschlossenen und/oder darin immobilisierten, radioaktiven Materialien enthält und der Mantel einen niedrigeren thermischen Expansionskoeffizienten hat als derjenige des Kernes.14, - Glass object comprising a non-porous glass core and a non-porous, non-radioactive, "doped" glass cladding ("clad") enveloping the core, the core being the Contains enclosed and / or immobilized radioactive materials and the jacket has a lower thermal expansion coefficient than that of the core. 15.- Glasgegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantelteil einen thermischen Expansionskoeffizienten hat, der bis zu etwa 2 χ 10" pro 0C unter demjenigen des Kernteils liegt.15.- Glass object according to claim 14, characterized in that the shell part has a thermal expansion coefficient which is up to about 2 χ 10 "per 0 C below that of the core part. 16,- Glasgegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet daß der Mantelteil ein nicht-poröses, nicht-radioaktives, "doped" Borsilicatglas ist und der Kernteil ein darin eingeschlossenes, radioaktives Material enthält.16. Glass object according to claim 14, characterized that the shell part is a non-porous, non-radioactive, "doped" borosilicate glass and the core part is an enclosed therein, Contains radioactive material. 17.- Glasgegenstand nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelteil ein nicht-poröses, nicht-radioaktives, "doped" Borsilicatglas ist und der Kernteil ein darin immobilisiertes, radioaktives Material enthält.17.- Glass object according to claim 14, characterized in that the shell part is a non-porous, non-radioactive, "doped" borosilicate glass and the core part contains a radioactive material immobilized therein. 18.- Verfahren zum Variieren des thermischen Expansionskoeffizienten eines Glasbehälters, um diesen durch Einführung und Variieren einer "dopanf'-Konzentration in dessen18.- Method of varying the coefficient of thermal expansion of a glass container by introducing it and varying a "dopanf" concentration in it 030022/06M030022 / 06M Struktur zur Lagerung von radioaktivem, nuklearem Abfall geeignet zu machen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen hohlen, porösen Borsilicatglasbehälter mit einer flüssigen Lösung des "dopant" imprägniert, wobei der pH Wert zwischen 9 und 13,5 gehalten wird und der Glasbehälter eine miteinander in Verbindung stehende, poröse Struktur sowie =SiOH Gruppen auf seiner Oberfläche aufweist, wodurch der Kationenteil des "dopant" mit dem Proton der =SiOH Gruppe einem Ionenaustausch unterliegt, die Flüssigkeit aus dem Glaebehälter entfernt und seine poröse Struktur unter Aufrechterhaltung der Behälterform kollabiert wird.To make structure suitable for the storage of radioactive, nuclear waste, characterized in that one hollow, porous borosilicate glass container impregnated with a liquid solution of the "dopant", the pH value between 9 and 13.5 and the glass container has an interconnected, porous structure as well = SiOH groups on its surface, whereby the Cation part of the "dopant" with the proton of the = SiOH group is subject to ion exchange, removing the liquid from the glass container and maintaining its porous structure the container shape is collapsed. Der Patentanwalt:The patent attorney: 030022/0641030022/0641
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