DE3103526A1

DE3103526A1 - "mehrschichtiger transport- und lagerbehaelter fuer radioaktive abfaelle"

Info

Publication number: DE3103526A1
Application number: DE19813103526
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau Huschka; Günther Dipl.-Chem. Dr. 6458 Rodenbach Luthardt; Elmar Dipl.-Ing. Dr. 6466 Gründau Schlich; Horst Dipl.-Chem. Dr. 6457 Maintal Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1982-08-12
Also published as: EP0057429A2; CA1166027A; US4562001A; EP0057429B1; DE3279552D1; JPS57178189A; DE3103526C2; EP0057429A3

Description

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NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

Mehrschichtiger Transport- und Laqer behälter für radioaktive Abfälle

Gegenstand der Erfindung ist ein mehrschichtiger Transport- und Lagerbehälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfällen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen.

Bestrahlte, abgebrannte Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Aufbewahrung im Wasserbecken entweder sofort oder nach einer begrenzten weiteren Zwischenlagerung aufgearbeitet. Dabei werden die nuklearen Brenn- und Brutstoffe von den Spaltprodukten abgetrennt und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt. Die Spaltprodukte werden nach bekannten Verfahren, meist unter Verwendung großer Mengen Wertstoffe, wie zum Beispiel Blei und Kupfer, konditioniert und in geeigneten geologischen Formationen praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert.

Darüberhinaus wird überlegt (Berichte des Kernforschungszentrums Karlsruhe KFK 2535 und 2650), die bestrahlten Brennelemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn-

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und Brutstoffe zunächst zu verzichten und die Brennelemente - nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehene Lagern - gegebenenfalls wieder entnehmbar endzulagern. Die Lagerzeiten können mehrere Generationen bis zu mehreren tausend Jahren betragen, wobei sich das Gefährdungspotential des radioaktiven Inventars in dieser Zeit, den bekannten physikalischen Gesetzen folgend, entsprechend seiner Zusammensetzung außerordentlich stark verringert.

Wegen der unbestimmten Lagerdauer werden an derartige, für die Langzeitlagerung geeignete Behälter, die gegenüber bekannten Transport— und Lagerbehälter eine mehrfache Betriebszeit aufweisen müssen, besondere Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, daß die Behälterlager schwer zugänglich sein müssen und folglich den Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt sind.

Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt , die bestrahlten Brennelemente mittels Behältern aus Metall oder Beton in Salz, Sand oder in Fels-Kavernen zu lagern.

Als Verpackung für radioaktive Stoffe und bestrahlte Brennelemente werden Behälter aus legierten und unlegierten Stählen, aus Kupfer sowie aus Korund vorgeschlagen. Die Behälter aus Stahl sind entweder nicht genügend korrosionsbeständig oder wie solche aus Kupfer sehr teuer. Behälter aus Korund sind grundsätzlich geeignet, jedoch fehlen die für die Herstellung notwendigen Erfahrungen.. Darüber hinaus müßten die Brennelemente zur Verpackung in die aus herstellungsbedingten Gründen kleinen Korundbehälter zerlegt werden, was mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist.

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Solche Behälter erfüllen die Bedingungen der Langseitlagerung, wie dichter Einschluß bei den auftretenden Drucken und Temperaturen, sowie Korrosion gegen Salzlaugen, nur zum Teil, oder sie müssen sehr dickwandig ausgebildet werden. Außerdem eigenen sie sich meist nicht gleichzeitig auch als Transportbehälter, sodaß unter erheblichem Aufwand eine Umladung der Abfälle vom Transportbehälter in den Endlagerbehälter erfolgen muß.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mehrschichtigen Transport- und Lagerbehälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfällen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen zu schaffen, der einen dichten Einschluß auf lange Dauer gewährleistet und vor allem korrosionsbeständig gegen Salzlaugen ist, ohne zu teuer und zu schwer zu sein.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter aus zwei oder mehreren Schichten verschiedener Metalle bzw. Metallegierungen besteht, die von außen nach innen in der elektrochemischen Spannungsreihe immer edler (positiver) werden. Dadurch wird gewährleistet, daß auch bei partiellem korrosivem Durchbruch durch die äußere Schicht die nächstinnere Schicht erst angegriffen werden kann, wenn sich die äußere Schicht vollständig aufgelöst hat. Damit wird der Widerstandszeitwert berechenbar,und die Standzeit gegen Korrosion bleibt auch bei unvorhersehbaren Stör— fällen erhalten.

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Es hat sich überraschend gezeigt, daß man bei mehrschichtigen Behältern kostengünstige Metalle zur Erreichung der nötigen Behälterfestigkeit einsetzen kann, wenn man dafür sorgt, daß das Metall der nächstinneren Schicht in der elektrochemischen Spannungsreihe höher steht als das Metall der Außenschicht. Tritt nun beim Außenmantel durch partielle

"IO Korrosion der Salzlösung ein Durchbruch auf, wie im Störfall angenommen wird, so beginnt der Korrosionsangriff an dem edleren Innenbehälter nicht sofort, weil aufgrund der elektrochemischen Spannungsreihe sich im Elektrolyt nun ein Potential zwischen beiden Metallen aufbaut, wobei das edlere Metall beziehungsweise Metallegierung der inneren Schicht zur Kathode wird und das äußere, unedlere Metall anodisch in Lösung geht. Auf diese Weise muß erst das gesamte Metall des Außenmantels in Lösung gehen, bevor die innere Schicht angegriffen wird. Bei einer Kombination von beispielsweise drei verschiedenen Schichten ist auch die Zeit für die Auflösung des zweiten Mantels kalkulierbar. Aufgrund der Abtragsraten pro Zeit und Fläche läßt sich die Standzeit des Außenmantels in einem bestimmten korrosiven Medium ausrechnen, ebenso die Standzeit des zweiten Mantels und so weiter. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Außenmantel aus relativ billigem Material, wie beispielsweise Eisen-Graphitguß herzustellen, um dem Behälter für seine Eignung als Transportbehälter die nötige Steifigkeit für den 9 m-Falltest zu geben.

Der erfindungsgemäße Behälter wird nachstehend anhand der schematischen Abbildung beispielhaft näher erläutert.'~

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Der erfindungsgemäße Endlagerbehälter besteht aus dem Außenmantel (1) mit aufgeschweißtem oder gefugtem Deckel (5). Als Material wird legierter Eisenguß, vorzugsweise Eisengraphitguß, verwendet. Der in diesem Außenbehälter befindliche erste Innenmantel (2) besteht aus Nickel oder einer Nickellegierung, die in der elektrochemischen Spannungsreihe edler als der Außenmantel (l)ist.

Ein zu großer Potentialabstand ist nicht erwünscht, um im Falle der Lokalelementbildung das Inlösunggehen des Außenmantels nicht zu sehr zu beschleunigen. Der zweite innere Behälter (3) muß im Material wieder edler sein als der erste Innenmantel (2). Hier kommen vorteilhaf-

"15 terweise Nickel-Kupfer-Legierungen in Betracht. Der Innenraum (4) wird mit abgebrannten Brennelementen oder hochaktivem Abfall befüllt. Alle drei Behälterschichten sind in sich geschlossen, was beispielsweise durch Verschweißen geschehen kann.

Bei Korrosionstesten hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die elektrochemischen Potentiale der benachbarten Schichten nicht zu weit auseinander liegen. Vorzugsweise liegen sie nicht mehr als 50 bis 500 m V auseinander. Außerdem ist es möglich, den Behälter noch mit weiteren Auskleidungen im Inneren oder auf der Behälteroberfläche zu versehen, oder einen Innenbehälter aus geeignetem Material einzubringen. So ist es zum Beispiel möglich, einen monolithischen Graphitblock als Innenbehälter einzubringen.

Die Schichtdicken der Außenschichten liegen im Bereich von 5 bis 20 cm, die der weiteren edleren Schichten im Bereich von 5 bis 50 mm.Als korrosionsbeständige Materalien haben sich vor allem Bronzen, insbesondere zinnreiche, bewährt.

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Bei der erfindungsgemäßen Festlegung der Reihenfolge der 5 Metallschichten sind natürlich Legierungsbestandteile und deren Auswirkungen auf die Potentiale, aber auch auf das Korrosionsverhalten, wie z.B. Spaltkorrosion, zu berücksichten.

PAT/Dr.Br-schn 20 29. Jan. 1981

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Claims

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NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

Mehrschichtiger Transport- und Laqerbehälter für radioaktive Abfälle

Patentansprüche

/l/ Mehrschichtiger Transport- und Lagerbehälter zur Langzeitldgerung von radioaktiven Abfällen, insbesondere abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, dadurch qekennzeichnet, daß der Behälter (6) aus zwei oder mehreren Schichten (1, 2, 3) verschiedener Metalle bzw. Metallegierungen besteht, die von außen nach innen in der elektrochemischen Spannungsreihe immer edler (positiver) werden.
2. Transport- und Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem dreischichtigen Aufbau die äußere Schicht (1) aus Gußeisen, die nächstinnere Schicht (2) aus Nickel oder einer Nickellegierung und die innere Schicht (3) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
3. Transport- und Lagerbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der elektrochemischen Potentiale benachbarter Metallschichten (1, 2, 3) im Bereich von 50 bis 500 mV liegt.