DE3022387C2

DE3022387C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung des Saugrohres eines mit Glas gefüllten Endlagerbehälters

Info

Publication number: DE3022387C2
Application number: DE3022387A
Authority: DE
Inventors: Detlef Dr. Mol Stritzke
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1980-06-14
Filing date: 1980-06-14
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3022387A1; GB2079034A; US4462200A; JPH0146840B2; FR2484687A1; FR2484687B1; GB2079034B; BE889202A; JPS5728297A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim sogenannten PAMELA-Verfahren werden hochradioaktive Spaltprodukte aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente in Borosiükatglas eingeschmolzen. Das Endprodukt ist ein in einen zylindrischen Endlagerbehälter, auch Kokille genannt, aus Edelstahl abgefülltes Glas.

Aus der DE-OS 29 27 795 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Glasentnahme aus einem keramischen Schmelzofen nach der Absaugmethode erfolgt. Bei diesem Verfahren ist das Saugrohr, das in die Glasschmelze des Ofens hineinragt, bis zur Beendigung des Füllvorganges vakuumdicht mit dem Endlagerbehälter verbunden. Danach wird das Saugrohr abgetrennt und zerlegt und die Bruchstücke des Saugrohres in einen weiteren leeren Behälter eingefüllt.

Besonders nachteilig ist es, daß das noch teilweise mit radioaktivem Glas gefüllte Rohr als zusätzlicher Sekundärabfall anfällt und gesondert behandelt und beseitigt werden muß. Beim Verfahren nach der DE-OS 29 27 795 erfolgt dies dadurch, daß das abgetrennte Saugrohr mit anderen in einem separaten Behälter gesammelt wird, der dann mit Zement, Blei oder Glas verfüllt wird.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, wodurch auf sehr einfache und sehr sichere Weise eine Beseitigung von Saugrohren möglich ist, ohne daß zusätzliche radioaktive Abfälle anfallen.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Anspruch 1 und vorrichtungsmäßig durch die im Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmale gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ergeben sich eine Reihe von Vorteilen. Da auf einen mechanischen Abtrennvorgang verzichtet wird, kann kein zusätzlicher radioaktiver Abfall anfallen. Es kann darauf verzichtet werden, abgetrennte Saugrohre in einem separaten Behälter zu sammeln. Dadurch, daß das Saugrohr zum Einschieben in den Behälter ausgebildet

ist, kann auf zusätzliche Vorrichtungen zum Abtrennen des Saugrohres und auf entsprechend zugeordnete Arbeitsgänge verzichtet werden. Der Endlagerbehälter hat nach dem Einschieben des Saugrohres das gleiche Format wie ein Endlagerbehälter, der über ein Bodenablaß- oder Überlaufsystem gefüllt wurde. Die Saugrohreinschiebung kann in unmittelbarer Nähe der Absaugöffnung des Schmelzofens geschehen, wodurch lange Transportwege für den Endlagerbehälter mit dem äußerlich am Saugrohrende anhaftenden Gias durch die ic sogenannte »heiße Zelle« vermieden werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 im Schnitt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung von Saugrohren,

F i g. 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beseitigung vo.i Saugrohren und

Fig.3 schematisch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Endlagerbehälters in einer Führungsvorrichtung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen.

F i g. 1 zeigt ein Saugrohr 2, das mit Hilfe einer Passung 4,6 in einen Endlagerbehälter 8 eingesetzt ist, von dem nur der Boden 10 dargestellt ist, der vom Saugrohr 2 durchsetzt wird. Die Passung 4,6 besteht aus einem zylindrischen Führungsrohr 4 und einem Paßstücke.

Das Führungsrohr 4 besteht vorzugsweise aus Normstahl St 37 und sitzt in einer öffnung 11 des Bodens 10 und ist durch die Schweißnaht 12 fest mit dem Endlagerbehälterboden verbunden.

Etwa 10 mm vom oberen Ende eines ersten Teiles 14 des Führungsrohres 4 entfernt ist eine Nut 16 eingedreht, die das erste Teil 14 von einem zweiten, fest mit dem Boden 10 verbundenen Teil 20 trennt. Die Wandstärke des Führungsrohres 4 beträgt an dieser Stelle ca. 0,1 mm. Das Paßstück wird mit dem Führungsrohr 4 am ersten Teil 14 fest verschweißt, s. Schweißstelle 18. Um die Passung 4,6 bei der weiteren Handhabung vor Beschädigungen zu schützen, wird am zweiten Teil 20 das Führungsrohr 4 mit dem Paßstück 6 mit einem niedrigschmelzenden Lot 22 verlötet. Auf die Lötung am zweiten Teil 20 der Passung 4, 6 kann verzichtet werden, wenn statt dessen die umlaufende Kerbe 16 im Führungsrohr 4 teilweise mit einem niedrigschmelzenden, zink- und cadmiumfreien Lot ausgefüllt ist Auf diese Weise wird ebenso, wie mit dem Lot 22, eine ausreichende mechanische Stabilität der Trennstelle 16 im kalten Zustand erreicht.

In das Paßstück 6 wird das Saugrohr 2 eingeschweißt, vgl. Schweißstelle 24.

Der so vorbereitete Endlagerbehälterboden 10 mit der Passung 4, 6 wird dann in den Endlagerbehälter 8 vakuumdicht eingeschweißt. Nach dem Verschließen eo der Saugrohrmündung 26 für die Evakuierung ist der Endlagerbehälter 8 für die Glasentnahme aus einem Schmelzofen (nicht dargestellt) einsatzbereit.

Wenn nach dem Eintauchen des Saugrohres 2 in die 1200° C heiße Glasschmelze das Glas in dem Endlagerbehälter 8 emporsteigt, wird das Lot 22 am zweiten Teil 20 oder in der umlaufenden Kerbe 16 aufgeschmolzen und die gesamte Passung 4, 6 bis nahe an die

Temperatur der Glasschmelze aufgewärmt

Ist der Füllvorgang beendet w<rd der Endlagerbehälter 8 etwa 20 cm angehoben, so daß das Glas in der Saugrohrwurzel 28 erstarren kann. Die Saugrohrmündung 26 ist zu diesem Zeitpunkt noch unterhalb des Glasschmelzspiegels im Schmelzofen. Damit wird ein Leerlaufen des Endlagerbehälters 8 nach dem Herausziehen des Saugrohres 2 aus der Schmelze vermieden. Danach wird das Saugrohr nach Abtrennen des Paßstückes 6 vom Führungsrohr 4 an der eine Sollbruchstelle bildenden Nut 16 in den Endlagerbehälter 8 eingeschoben und die öffnung 11 verschlossen, was nachfolgend insbesondere in Verbindung mit Fig.3 noch genauer beschrieben wird.

Die F i g. 2, auf die jetzt Bezug genommen werden soll, zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beseitigung des Saugrohres und zur Herstellung einer vakuumdichten Verbindung zwischen dem Führungsrohr 4 und dem Paßstück 6 bei etwa einer Temperatur von 1200⁰C Auch die durch diese Vorrichtung hergestellte Verbindung kann durch geringe Krafieinwirkung wieder aufgetrennt werden, was nachfolgend noch erläutert wird.

Die Passung 4,6 ist prinzipiell die gleiche wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Zwischen Paßstück 6 und Führungsrohr 4 ist am oberen Ende 30 und in der Mitte 32 der Passung 4, 6 gerade noch soviel Spiel, daß sich die beiden Rohre des Führungsrohres 4 und Paßstückes 6 im kalten Zustand leicht ineinanderschieben lassen.

Der Spalt 34 ist ca. <0,15 mm breit Dieser Spalt 34 wird vorzugsweise mit einem zink- und cadmiumfreien Speziallot durch Einlegen eines entsprechenden Lotformteiles in der oberen Hälfte 36 der Passung verlötet. Ein zink- und cadmiumfreies Lot wird deshalb verwendet, weil Zink und Cadmium bei der Temperatur des flüssigen Glases einen merklichen Dampfdruck besitzen. Etwa 5 mm von der Oberkante 38 des Führungsrohres 4 entfernt befindet sich ein Sicherungsdorn 40, dessen Durchmesser ca. < 1,5 mm ist und der aus Weicheisen oder einem anderen Material mit einer stark abnehmenden Scherspannung bei steigender Temperatur besteht.

Dieser Dorn 40 soll verhindern, daß beim Aufschmelzen des Lutes während des Befüllvorganges das gesamte Saugrohr 2 durch den in dem Endlagerbehälter 8 herrschenden Unterdruck und das nach innen strömende Glas in diesen hineingezogen wird.

Ebenso verhindert der Dorn 40, daß nach beendeter Befüllung das Saugrohr 2 durch sein Eigengewicht aus dem Endlagerbehälter 8 herausfällt

Wenn das flüssige Glas im Saugrohr 2 emporsteigt, dient das aufgeschmolzene Lot im Spalt 34 als Dichtmittel zwischen dem im Endlagerbehälter 8 herrschenden Unterdruck und dem Atmosphärendruck. Durch den geringen Zwischenraum zwischen Paßstück 6 und Führungsrohr 4 im oberen Teil 30 der Passung 4,6 kann das flüssige Lot im Spalt 34 aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht in diesen Kapillarspalt 42 eindringen.

Die durch eine umlaufende Verdickung 32 hergestellte Verengung in der Mitte der Passung 4, 6 hat den Zweck, das Lotformteil im Spalt 34 beim Zusammensetzen der Passung in der gewünschten Position zu fixieren.

Die F i g. 3 zeigt, wie der Endlagerbehälter 8 mit Hilfe einer Führungseinrichtung 50, die ein Verkanten des Saugrohres 2 verhindert, mit der Saugrohrmündung 26 auf eine Unterlage 52 aufgesetzt wird.

Diese Unterlage 52 bildet zugleich den Deckel des Endlagerbehälters 8. Der Deckel 52 ist auf der Innenseite 53 so ausgebildet, daß er die Saugrohrmündung 26 fixiert, beispielsweise mit Hilfe einer leicht konischen Ausnehmung.

Der Deckel 52 ist ferner mit einem Hohlraum 54 versehen, der dazu dient, an der Saugrohrmündung 26 anhaftende Glasfäden 55 und eventuell abplatzendes Glas aufzunehmen.

Durch das Eigengewicht des mit Glas gefüllten Behälters 8 wird das Führungsrohr 4 vom Paßstück 6 an der eingedrehten Nut 16 abgetrennt. Am Paßstück 6 verbleibt lediglich der obere, mit dem Paßstück 6 verschweißte Teil 56 des Führungsrohres 4. Auf die gleiche Art und Weise wird auch der Dorn 40 gemäß Ausführungsform nach F i g. 2 abgeschert.

Der Endiagerbehäiier S setzt sich zusammen mit dem Führungsrohr 4 langsam ab, indem sich das Saugrohr 2 in den Endlagerbehälter 8 hineinschiebt. Durch die Länge des Führungsrohres 4, der führung und Fixierung der Saugrohrmündung 26 im Deckel 52 ist ein Verkanten des Saugrohres 2 während des Einschiebevorganges nicht möglich. Auch ein Herausfallen des Saugrohres 2 durch eventuelle Fehlbedienung während des Befüllvorganges ist hierdurch unmöglich.

Der Innendurchmesser des Führungsrohres 4 ist etwa 3,6 mm größer als der Außendurchmesser des Saugrohres 2. Damit wird der Durchmesservergrößerung des Saugrohres 2 durch äußerlich anhängendes Glas 58 Rechnung getragen.

Die Kraft, die nötig ist, um das Paßstück 6 vom Führungsrohr 4 an der eingedrehten Nut 16 bzw. am Dorn 40 zu lösen, ist abhängig von der an dieser Stelle herrschenden Temperatur. Die Nut 16 ist deshalb beispielsweise 9 cm in den Endlagerbehälter 8 hineingezogen. Damit wird eine zu schnelle Wärmeableitung über das Metall an den Boden 10 des Endlagerbehälters

ίο 8 vermieden. Der Wärmetransport durch das Glas hingegen erfolgt sehr langsam.

Um das Paßstück 6 vom Führungsrohr 4, bei Verwendung von Normstahl St 37 und bei 2O⁰C, zu trennen, errechnet sich für die nach dem Eindrehen der Nut verbleibende Querschnittsfläche eine Kraft von 4800 N. Experimentell wurde eine Kraft von 4600 N ermittelt.

Bei Stählen kann man davon ausgehen, daß die Zugspannung bei Temperaturen um 600⁰C etwa ein Viertel und bei 900⁰C etwa ein Zehntel der Zugspannung bei 2O⁰C entspricht. Einschiebversuche des Saugrohres 2 in den mit flüssigem Glas gefüllten Endlagerbehälter 8 ergaben, daß die Kraft zum Lösen der Passung 4,6 bei der Temperatur des flüssigen Glases bei < 1000 N lag.

Durch Aufsetzen des Endlagerbehälters 8 auf die Unterlage 52 wurde diese Kraft durch das Eigengewicht des mit Glas gefüllten Endlagerbehälters 8 aufgebracht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beseitigung eines am Boden eines mit Glas zu füllenden Endlagerbehälters angesetzten Saugrohres, bei dem das Saugrohr nach dem Befüllen des Endlagerbehälters verschlossen und in einen Aufnahmebehälter eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlagerbehälter (8) als Aufnahmebehälter verwendet wird, daß das Saugrohr (2) axial verschiebbar in einer öffnung (11) im Boden (10) des Endlagerbehälters (8) geführt wird und nach dem Befüllen des Endlagerbehälters (8) in diesen hineingeschoben wird und daß die öffnung (11) danach verschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Saugrohr (2) mit seiner Mündung (26) auf einen als Unterlage dienenden Deckel (52) aufgesetzt wird, daß der Endlagerbehälter (8) auf den Decket (52) abgesenkt wird und daß die öffnung (11) mit dem Deckel (52) verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endlagerbehälter (8) durch die Schwerkraft abgesenkt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsrohr (4) fest mit dem Boden (10) des Endlagerbehälters (S) verbunden ist, daß ein rohrförmiges Paßstück (6) in das Führungsrohr (4) eingesetzt und mit diesem lösbar verbunden ist und daß das Saugrohr (2) mit dem Paßstück (6) fest verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung von Führungsrohr (4) und Paßstück (6) eine Sollbruchstelle (16,40) im Führungsrohr (4) ist, die als Einkerbung oder Nut ausgebildet ist und die ein erstes, fest mit dem Paßstück (6) verbundenes Teil (14,56) des Führungsrohres (4) von einem zweiten, fest mit dem Boden (10) des Endlagerbehälters (8) verbundenen Teil (20) des Führungsrohres (4) trennt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (10) und das zweite Führungsrohrteil (20), das Paßstück (6) und das erste Führungsrohrteil (14,56) sowie das Paßstück (6) und das Saugrohr (2) miteinander verschweißt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück (6) mit dem zweiten Führungsrohrteil (20) mit Hilfe eines niedrigschmelzenden Lotes verbunden ist

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die lösbare Verbindung von Führungsrohr (4) und Paßstück (6) eine Sollbruchstelle ist, die durch mindestens einen Dorn (40) gebildet ist, der in in der Wandung des Führungsrohres (4) und des Paßstückes (6) ausgebildete, miteinander fluchtende Bohrungen eingesetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (40) aus einem Material besteht, das bei steigender Temperatur eine stark abnehmende Scherspannung aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßstück (6) etwa mittig eine umlaufende Verdickung (32) aufweist, die dicht am Führungsrohr (4) anliegt, daß das Paßstück (6) im Bereich des Domes (40) an dem es in den Endlagerbehälter (8) hineinragenden Ende einen kurzen Außenflansch aufweist, der dicht am Führungsrohr (4) anliegt und daß zwischen der mittigen Verdickung (32) und dem Außenflansch ein Spalt (34) gebildet ist, der mit einem Lot ausgefüllt ist, das das Paßstück (6) und das Führungsrohr (4) miteinander verbindet

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß das Lot zink- und cadmiumfrei ist

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

11, dadurch gekennzeichnet daß der Deckel (52) auf der Innenseite (53) eine zentrale konische Ausnehmung zur Fixierung der Lage der Saugrohrmündung (26) des Saugrohres (3) aufweist

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

12, dadurch gekennzeichnet daß der Deckel (52) einen Hohlraum (54) zur Aufnahme von Glasfäden (55) und abplatzendem Glas aufweist

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis

13, dadurch gekennzeichnet daß der Endlagerbehälter (8) sowie das Saugrohr (2) in einer Führungseinrichtung (50) längsverschieblich gehaltert und geführt ist.