DE3002695A1

DE3002695A1 - Verfahren zum fuellen eines lagerungs- faehigen behaelters mit festem radioaktivem abfall

Info

Publication number: DE3002695A1
Application number: DE19803002695
Authority: DE
Inventors: Toshio Adachi; Susumu Hiratake
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1979-01-27
Filing date: 1980-01-25
Publication date: 1980-08-07
Also published as: JPS55101100A; JPS6216399B2; FR2447592B1; US4432942A; FR2447592A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines lagerungsfähigen Behälters mit radioaktivem Abfall, insbesondere verschiedenem, nicht brennbarem, festem Abfall, der in Kernkraftwerken und anderen Einrichtungen für die Handhabung radioaktiver Stoffe anfällt„

Da die von solchem radioaktivem Abfall ausgehende radioaktive Strahlung einen großen Einfluß auf Lebewesen in der Umgebung, einschließlich auf die Menschen hat_s muß solcher Abfall bis zur endgültigen Beseitigung_/beispielsweise durch Versenken im Meer oder unterirdische Lagerung aufgehoben werden. Das verursacht insofern Schwierigkeiten als der Abfall der obengenannten Art im allgemeinen so voluminös ist, daß sehr großer Lagerraum zur Verfügung stehen muß₉ wenn der Abfall unverändert gelagert werden soll» Um diese Schwierigkeit zu umgehen, ist bereits vorgeschlagen worden^ den Abfall in kleine Teile zu unterteile^ und einen Behälter mit solchem zerkleinertem Abfall zu füllen. Selbst dann kann jedoch wegen der Zwischenräume zwischen den zerstörten Teilen innerhalb des Behälters nur eine geringe Menge in einen Behälter gefüllt werden.

Der Erfinder der vorliegenden Anmeldung hat bereits ein Verfahren entwickelt, gemäß dem der Abfall in einem Tiegel eines Hochfrequenzinduktionsofens oder eines Lichtbogenofens geschmolzen und der Ofenkörper gekippt wird₉ um den geschmolzenen Abfall an einen Erstarrungsbehälter abzugeben₈ in welchem er fest wird, und dann den Abfall in festem Aggregatzustand zur Lagerung in einen Lagerungsbehälter zu füllen» Dies Verfahren erfordert jedoch viel Arbeit während des, Betriebs»

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffβη₉ mit dem ein Behälter im nötigen Raum mit radioaktivem Abfall in hoher Dichte und sehr eng in allen Teilen gefüllt werden kann=

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Das erfindungsgemäße" Verfahren sieht vor, den radioaktiven Abfall zu erhitzen, um ihn zu schmelzen und die Schmelze geordnet vom Boden des Behälters her in den Behälter einzufüllen, so daß dieser mit dem Abfall unter Bildung geringer Zwischenräume im nötigen Raum gefüllt wird.

Auf diese Weise wird der radioaktive Abfall mit hoher Dichte in den begrenzten, zur Verfügung stehenden Raum gefüllt. Das bedeutet, daß das Volumen des radioaktiven Abfalls in diesem Abschnitt verringert werden kann. Wenn also der Behälter gefüllt ist und der eingefüllte radioaktive Abfall im Behälter gelagert werden soll, reicht geringer Raum für die Lagerung aus.

Außerdem kann der radioaktive Abfall mit geringen Zwischenräumen in den nötigen Raum im Behälter eingefüllt werden, so daß selbst dann, wenn eine gegebene Menge an radioaktivem Abfall in den nötigen Raum gefüllt werden muß, diese Anforderung leicht zu erfüllen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zu schaffen, gemäß dem der Behälter zum Lagern des radioaktiven Abfalls mit dem radioaktiven Abfall in einem Zustand hoher Dichte wie oben beschrieben lediglich dadurch gefüllt werden kann, daß der radioaktive Abfall hauptsächlich geschmolzen wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann also lediglich das Schmelzen des radioaktiven Abfalls zur Verringerung des Volumens desselben durchgeführt werden, und infolgedessen der Behälter zum Lagern des radioaktiven Abfalls gleichzeitig mit dem Abfall unter hoher Dichte gefüllt werden, ohne daß dies viel Arbeit erfordert.

Die Erfindung schafft also ein Verfahren zum Füllen eines lagerungsfähigen Behälters mit radioaktivem festem Abfall,

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der in Kernkraftwerken und dgl, anfällt. Zum Verfahren gehören folgende Schritte: Ein Teil des Abfalls wird zum Schmelzen mit ^m. Plasma-Lichtbogen eines Plasmabrennern bestrahlt; der Bereich des der Strahlung des Lichtbogens des Plasmabrenners ausgesetzten Abfalls wird nacheinander bewegt_a um den Abfall kontinuierlich zu schmelzen? und die durch das Schmelzen des Abfalls entstehende Schmelze wird nacheinander nach unten zum momentanen Boden des Behälters fließen gelassen. Die Schmelze und/oder der Behälter und/oder der Abfall können in Drehung versetzt sein= Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungs« beispiele näher erläutert» In den Zeichnungen zeigt;

Fig. 1 ein Verfahren zur Behandlung radioaktiven Abfalls;

Fig. 2 Schnitte zur Darstellung der Zusammensetzung des radioaktiven Abfalls vor dem Schmelzen und nach dem Erstarren;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine alternative Ausführungsform eines Behälters?

Fig. 4 ein Verfahren zum Schmelzen radioaktiven Abfalls anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels«

In Fig. 1 ist insgesamt mit 1 bezeichneter nicht brennbarer _t radioaktiver, fester Abfall gezeigt. Zum Abfall 1 gehören große Abfallteile bzw. Abfallstoffe 1a und kleine Abfallteile bzw» Abfallstoffe 1b, die, wie gezeigt, in ein Gefäß gegeben werden können. Zum Abfall 1 gehört ferner Metall, beispielsweise Rohre, Ventile, Platten, Gesenkstähle und Werkzeuge, Abfallfilter, wie Vorfilter und Hochleistungs-Luftfiltereinheiten sowie anorganische Stoffe₈ beispielsweise Wärmeisoliermaterial, Feuerschutzmaterial j Glas und Beton. Der radioaktive Abfall 1 ist insofern durch Radioaktivität verseucht^ als, wie Fig. (A) zeigt, radioaktive Nuklide an der Oberfläche von festem Material 1·, welches ein Rohr, einen Filter- Glas und dgl. darstellt, anhaften, wie bereits bekannt.

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Der Abfall 1 wird in einem Schmelzofen 5 geschmolzen.. Vor dem Schmelzvorgang werden die großen Abfallstoffe la mit Hilfe einer Zerkleinerungsvorrichtung 3» beispielsweise eines Plasmabrenners zum Schneiden, einer Metallsäge oder einer Presse auf kleiner Größe gebracht.

Andererseits wird vor dem Schmelzvorgang auch ein Behälter 6 vorbereitet. Der Behälter 6 kann von solcher Art sein, daß er unmittelbar ohne Abänderung zum Lagern benutzt werden kann, wie unten im einzelnen beschrieben, d.h. von einer Bauart, die ohne Abwandlung hinsichtlich der Konstruktion, Abmessungen, Kosten und Dauerhaftigkeit für die Lagerung geeignet ist. Um ein Beispiel zu nennen, weist der Behälter 6 einen Kanister 7 aus Metall, wie Eisen auf, der im Innern mit einem Tiegel 8 aus feuerfestem Werkstoff, wie Graphit versehen ist. Der Behälter 6 wird mittels einer Bewegungseinrichtung, beispielsweise mittels eines Kranes 9 auf eine Transportvorrichtung 10 gegeben. Die Transportvorrichtung 10 weist einen beweglichen Wagen 11, einen am Wagen 11 befestigten Zylinder 12, eine zum Zylinder 12 gehörige einziehbare Stange 12a mit daran angebrachter Verschlußplatte 13 sowie eine Tragplatte Ik auf. Wenn der Behälter 6 mittels des Krans 9 auf die Tragplatte Ik gestellt ist, wird die Transportvorrichtung 10 unter einen Ofenkörper 15 des Schmelzofens 5 bewegt. Der Zylinder 12 wird ausgefahren, so daß die untere Verschlußplatte 13 eine untere Öffnung im Ofenkörper 15 blockiert und der Behälter 6 die nötige Stellung im Ofenkörper 15 einnimmt.

Zum Schmelzofen 5 gehört ein Plasmabrenner 17, eine Hubvorrichtung 18, die den Plasmabrenner auf- und abbewegt, eine Bewegmgs-Tragvorrichtung 19 für den Abfall sowie eine Kühlvorrichtung 20 für den Behälter 6. Die Tragvorrichtimg 19 weist eine Schiene 21 , einen längs der Schiehe 21 bewegbaren Kübel 22 sowie einen Zylinder 23' zum Bewegen des Kübels 22 auf. Beim Bewegen des Kübels 22 wird eine Tür Zk geöffnet«

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Der Kübel 22 wird mit dem radioaktiven Abfall 1 beschickte welcher auf diese Weise in den Ofenkörper 15 bewegt wird» Wenn die Bodenplatte des Kübels 22 geöffnet wird, wird der Abfall in den Behälter 6 abgegeben, der die nötige Stellung einnimmt. Hierbei ist der Plasmabrenner 17 von der Hubvorrichtung 18 angehoben. Nach Abgabe des Abfalls 1 wird der Kübel 22 aus dem Ofen herausgezogen und der Plasmabrenner 17 herab·= bewegt. Der im Behälter 6 vorhandene Abfall 1 wird durch die vom Plasmabrenner 17 abgegebenen heißen Plasma-Lichtbögen erhitzt. Auf diese Weise wird der Abfall 1 geschmolzen» Die Schmelze fließt nach unten zum Boden des Behälters 6„ wo sie bleibt.

Wenn der Abfall 1 in der beschriebenen Weise geschmolzen ist_f und die entstehende Schmelze sich auf dem Boden absetzt, bildet sich im oberen Bereich des Behälters 6 ein leerer Raum. Es wird also wie-der Abfall 1 in den leeren Baum in ähnlicher Weise wie bereits beschrieben eingefüllt und das Schmelzen durchgeführt. Die durch den Schmelzvorgang erzeugte Schmelze lagert sich auf der am Boden des Behälters 6 abgesetzten Schmelze des vorherigen Schmelzvorganges oder auf der bereits wieder in festen Aggregatzustand übergegangenen Schmelze ab. Die zuerst genannte Schmelze vermischt sich mit der vorhergegangenen Schmelze.

Bei diesem Vorgang wird aus dem Kühler 20 Luft zum Kühlen gegen die Außenwände des Behälters geblasen_s um den Behälter 6 vor Überhitzung zu schützen.

Wenn der oben beschriebene Vorgang mehrmals wiederholt wurde ₉ um den nötigen leeren Baum innerhalb des Behälters 6 mit der Schmelze oder der fest gewordenen Schmelze zu füllen^ wird der Behälter 6 mittels der Transportvorrichtung 10 aus dem Schmelzofen 5 entfernt« Es sei darauf hingewiesen, daß die im Behälter 6 enthaltenen Abfallstoffe Ic₁, doaen hier ein anderes Bezugs-

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zeichen gegeben ist, weil sich ihr Zustand von dem vor dem Schmelzen unterscheidet, vor der Abgabe oder während der Abgabe erstarren.

Es sei noch erwähnt, daß der nötige leere Raum innerhalb des Behälters 6 den ganzen leeren Raum innerhalb des Behälters 6" ebenso wie nur einige Prozent des gesamten leeren Raums umfaßt. Dieser Anteil oder Prozentsatz wird in Abhängigkeit von den Maßnahmen bestimmt, denen der Behälter nach dem Füllen ausgesetzt wird, beispielsweise der Lagerung, dem Eingraben in der Erde, oder dem Versenken im Meer.

Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß bei bereits mit Abfallstoffen lc gemäß dem oben beschriebenen Verfahren gefülltem Behälter 6 auch ungeschmolzener Abfall 1 vorhanden sein kann, der in die genannte Schmelze eingetaucht ist oder gemeinsam mit ihr erstarrt.

Als nächstes wird auf dem abgegebenen Behälter 6 ein Deckel angeordnet, der mittels einer Schweißvorrichtung 26 am Behälter 6 angeschweißt wird, um das Innere des Behälters 6 abzudichten.

Der versiegelte Behälter 6 wird dann mittels eines Lastwagens oder einer sonstigen Transporteinrichtung zu einem Lagerhaus 27 gebracht, in welchem der Behälter solange gelagert wird, bis er im Meer aufgegeben oder anderweitig endgültig beseitigt wird.

Da der in der oben beschriebenen Weise in den Behälter 6 gepackte radioaktive Abfallstoff lc einem Schmelzvorgang unterworfen wurde, sind die zuvor an der Oberfläche des festen Materials I¹ gemäß Fig. 2 (A) haftenden radioaktiven Nuklide 4 in das feste Material eingebettet und eingemischt, so daß die Nuklide 4 im wiedererstarrten Zustand in das zunächst geschmolzene und dann wieder fest gewordene Material 1 Ό eingearbeitet sind (Fig. 2 (B)). Folglich werden die von den Nukliden 4 abge-

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gebenen radioaktiven Strahlen teilweise vom festen Material l'c abgefangen, so daß die vom Behälter 6 nach außen dringende Menge radioaktiver Strahlung verringert ist»

Fig. 3 zeigt einen Behälter in anderer Ausführungsform. Dieser Behälter 6e weist einen Kanister ?e und einen Tiegel 8e auf, zwischen denen Beton 28 eingefüllt ist« Ein Deckel 29 weist eine Außenplatte aus Metall mit einem Betonbelag auf. Die Dicke des Betons wird je nach den folgenden verschiedenen Zwecken "bestimmt =

1.) Um die Menge der vom Abfall innerhalb des Behälters durch den Behälter nach außen abgegebenen radioaktiven Strahlung auf einen geringeren als den zulässigen Wert einzustellen.

2.) Um zur Verhinderung von Beschädigungen während des Transports ausreichende Stärke zu erhalten»

3.) Um zur Verhinderung von Beschädigungen im Meer bei endgültiger Beseitigung des Abfalls im Meer ausreichende Stärke zu erhalten.

Was den ersten Zweck betrifft, so reicht dünner Beton aus,, wenn das Ausmaß der radioaktiven Verseuchung des im Behälter enthaltenen radioaktiven Abfalls gering isto Wenn andererseits die Verseuchung stark ist, wird dicker Beton benötigt.

Im Zusammenhang mit dem zweiten Zweck wird der Behälter beispielsweise von einem Lastwagen transportiert oder zum Transport oder zur Lagerung an der Lagerstelle aufgeladen oder entlade^ so daß der Beton eine ausreichende Stärke haben muß,, um den bei solchen Handhabungen auftretenden Stößen standzuhalten.

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Was den dritten Zweck betrifft, so kann es passieren, daß Meeresströmungen oder andere Ursachen dazu führen, daß eine Anzahl von Behältern, die im Meer aufgegeben werden, gegeneinanderstoßen. Polglich muß der Beton von solcher Stärke sein, daß er einem durch solche Kollision entstehenden Auf-' prall standhält.

Da Beton außerdem möglicherweise durch Wasserdruck komprimiert wird, muß er ausreichend stark sein, um diesem Druck Widerstand zu leisten.

In Anbetracht der verschiedenen oben genannten Erfordernisse, wird beispielsweise die Dicke des Betons im Größenordnungsbereich von 12 cm gewählt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel, und natürlich kann der Beton bei Berücksichtigung der verschiedenen obigen Erfordernisse eine größere oder kleinere Dicke aufweisen.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Behandlungsverfahrens ist in Fig. 4 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden große radioaktive Abfallstoffe la unmittelbar geschmolzen, ohne wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel zunächst zerkleinert zu werden. Es wird also großer radioaktiver Abfallstoff la von einem Greifer 33 einer Schmelzvorrichtung 31 erfaßt. Der Greifer

33 ist gegenüber einem Ofenkörper 32 auf- und abwärtsbewegbar und drehbar. Der Ofenkörper 32 ist mit einer Vielzahl von Plasmabrennern 3^ versehen. Der vom Greifer 33 erfaßte Abfallstoff la wird während des Auf- und Abwärtsbewegens oder Drehens vom unteren Ende her durch die von den Plasmabrennern

34 ausgehenden heißen Plasna-Lichtbögen geschmolzen. Beim Schmelzen des Abfallstoffs bilden sich Tropfen, die in einen Behälter 6f herabfallen. Wenn eine benötigte Menge in den Behälter 6f herabgefallener Tropfen erreicht ist, wird der Behälter 6f ähnlich wie bereits beschrieben versiegelt und zur Lagerstelle gebracht.

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Die Plasmabrenner 34 könne, im Verhältnis zum Ofenkörper 32 in Richtung des Pfeiles A zurückgezogen und in Richtung des Pfeiles B gekippt werden. Dadurch ist es möglich,, die Plasmabrenner 3^ zu bewegen, um den Bereich des der Strahlung des Plasna-Lichtbogens ausgesetzten Abfallstoffs 1a zu ändern.

In diesem Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile_s die mit denen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele identisch sind oder eine äquivalente Punktion haben, mit den gleichen Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "f" versehen₈ um eine wiederholte Beschreibung zu vermeiden.

Leerseite

Claims

66 aza-Kuridashi, Hoshizaki-cho,, Minami-ku

Nagoya-shi, Japan 25. Januar 1980

Verfahren zum Pullen eines lagerungsfähigen Behälters mit
festem radioaktivem Abfall

beanspruchte Priorität: 27» Januar 1979 /Japan
Anmelde-Nr.: 8325/1979

Ansprüche

Verfahren zum Füllen eines lagerungsfähigen Behälters mit festem radioaktivem Abfall,

dadurch gekennzeichnet , daß eine. Teilmenge des
festen radioaktiven Abfalls der Bestrahlung eines von einem
Plasmabrenner abgegebenen Plasma-Lichtbogens ausgesetzt wird, wobei diese Teilmenge des festen radioaktiven Abfalls schmilzt, daß zum allmählichen Schmelzen des Abfalls der radioaktive Abfall und der Plasma-Lichtbogen im Verhältnis zueinander so bewegt werden, daß der Reihe nach jeweils ein Bereich des festen radioaktiven Abfalls so bewegt wird, daß er der Bestrahlung des Plasma-Lichtbogens ausgesetzt ist, und daß die durch das Schmelzen des

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..BAD ORIGINAL

Abfalls

entstehende Schmelze nacheinander nach unten zum Boden des Behälters fließen gelassen
2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der feste radioaktive Abfall zunächst in den Behälter gefüllt wird, und daß der in den Behälter gefüllte Abfall der Bestrahlung des Plasma-Lichtbogens des Plasmabrenners ausgesetzt wird, wobei der Abfall schmilzt.
3. · Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen des Abfalls in den Behälter und das Bestrahlen des eingefüllten Abfalls zum Schmelzen des Abfalls wiederholt durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß oberhalb des Behälters angeordneter Abfall, der Bestrahlung des Plasma-Lichtbogens des Plasmabrenners ausgesetzt wird, wobei der Abfall schmilzt, und daß der schmelzende Abfall in den Behälter fallen gelassen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergeehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der geschmolzene Abfall in einen Behälter fließen gelassen wird, der einen Metallkanister, einen mit Abstand vom Kanister im Innern des Kanisters angeordneten,feuerfesten Tiegel und in den Zwischenraum zwischen den Kanister und den Tiegel gefüllten Beton aufweist.

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