DE3103557A1

DE3103557A1 - "TRANSPORT AND STORAGE CONTAINERS FOR RADIOACTIVE WASTE"

Info

Publication number: DE3103557A1
Application number: DE19813103557
Authority: DE
Inventors: Milan Dipl.-Ing. Dr. 6458 Rodenbach Hrovat; Hans Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau Huschka; Thomas Dipl.-Chem. 6000 Frankfurt Schmidt-Hansberg; Horst Dipl.-Chem. Dr. 6457 Maintal Vietzke
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Nukem GmbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Nukem GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1982-12-09
Also published as: EP0057430A1; JPS57178190A

Description

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NUKEM GmbH 6450 Hanau 11NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

Transport- und Lagerbehälter für radioaktive AbfälleTransport and storage containers for radioactive waste

Gegenstand der Erfindung ist ein Transport- und · Lagerbehälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfallen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, bestehend aus einem Außenbehälter und'einem Innenbehälter. The invention relates to a transport and storage container for long-term storage of radioactive substances Waste, in particular from spent fuel assemblies, in suitable geological formations, consisting of an outer container and an inner container.

Bestrahlte, abgebrannte Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Aufbewahrung in 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 bekanten Verfahren,, meist unter Verwendung großer Kengen Wertstoffe, wie zum Beispiel Blei und Kupfer, konditioniert und in geeigneten geologischen Formationen praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert. 35Irradiated, spent fuel elements are after a temporary storage in water basins processed either immediately or after a limited further interim storage. The nuclear · fuels and breeding materials from the fission products separated and fed back into the fuel cycle. The cleavage products are edged Process, mostly using large Kengen recyclable materials, such as lead and copper, conditioned and disposed of in suitable geological formations that are practically impossible to extract. 35

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5. Darüberhinsus wird überlegt (Berichte des.Kernforschungszentrums Karlsruhe KFK 2535 und 2650) , die bestrahlten Brennelemente in absehbarer Zeit nicht ■ aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zunächst zu verzichten und die Srennelemente - nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehenen Lagern —· gegebenenfalls wieder entTi^hmb.ir r-ndzul agern. Die Lagerzeiten können mehrere GcD(¹I η L i ο nerv bis zu mehreren tausend Jähren .betragen, wobei sich das Gefährdungspotential des radioaktiven Inventars in dieser Zeit, den bekannten physikalischen Gesetzen folgend, entsprechend seiner Zusammensetzung außerordentlich stark verringert.5. Furthermore, consideration is being given (reports from the Karlsruhe Nuclear Research Center, KFK 2535 and 2650), not to recondition the irradiated fuel elements in the foreseeable future, ■ to dispense with the fuel and breeding material present in them and to use the fuel elements - after an appropriate decay time in the designated area Storage - · if necessary again entTi ^ hmb.ir r-ndzu storage. The storage times can range from several GcD ( ¹ I η L i ο nerv up to several thousand years.

Wegen der unbestimmten Lagerdauer werden an derartige,für die Langzeitlagerung geeignete Behälter, die gegenüber bekannten Transport- und Lagerbehältern eine mehrfache Betriebszeit aufweisen müssen, besondere Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, daß die Beha'l terlager schwer zugänglich sein müssen und folglich den Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt sind.Because of the indefinite storage period, such, for containers suitable for long-term storage compared to known transport and storage containers must have a multiple operating time, special requirements are placed. To make matters worse, that the Beha'l terlager must be difficult to access and consequently the monitoring possibilities There are limits.

Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt, die bestrahlten Brennelementen mittels Behältern aus Ketall oder Beton in Salz, Sand oder in Felskavernen zu lagern.Some very complex concepts are known that use containers to make the irradiated fuel assemblies Ketall or concrete in salt, sand or in rock caverns to store.

Als Verpackung für radioaktive Stoffe und bestrahlte Brennelemente werden Behälter aus legierten und unlegierten Stählen, aus Kupfer sowie aus Korund vor-'Alloyed and unalloyed containers are used as packaging for radioactive substances and irradiated fuel elements Steels, made of copper and corundum.

geschlagen. Die Behälter aus Stahl sind entweder nicht genügend korrosionsbeständig oder, wie solche aus Kupfer sehr teuer. Behälter aus Korund sind grundsäztlich 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.beaten. The steel containers are either not sufficiently resistant to corrosion or like such made of copper very expensive. Corundum containers are generally suitable, but there are no ones for the Making necessary experience. In addition, the fuel assemblies would have to be packaged in the For manufacturing reasons, small corundum containers are dismantled, which involves considerable effort connected is.

Solche Behälter erfüllen die Bedingungen der Lsnqzeitlagerung, wie dichter Einschluß bei auftretenden Drucken und Temperaturen, sowie Korrosion cegen Salzlaugen, nur zum Teil, oder sie müssen sehr dickwandig dusgebildet werden. Außerdem eignen sie sich meist nicht gleichzeitig auch als Trensportbehälter, sodaß unter erheblichem Aufwand eine Umladung der Abfälle vom Transportbehälter in den Endlagerbehälter erfolgen muß.Such containers meet the requirements of long-term storage, such as tight inclusion at occurring pressures and temperatures, as well as corrosion Brine, only partially, or they have to be sprayed with very thick walls. They are also suitable usually not also as a gymnastics container at the same time, so that the waste can be reloaded from the transport container to the final storage container with considerable effort must be done.

Behälteri die zum Transport und zur Lagerung radioaktiver Abfälle dienen, bestehen normalerweise aus einem Außenbehälter und einem Innenbehälter. Beide Rohäl t ertr-i 1 e sind im al lgenriei nen aus Kftall. Die Einhaltung der langen Lagerzeiten erfordern teure Materialien, da sie als Korrosionsbarrieren eingebaut werden müssen.Containers for the transport and storage of radioactive Serving waste usually consist of an outer container and an inner container. Both Rohäl t ertr-i 1 e are generally from Kftall. the Compliance with long storage times require expensive materials as they are built in as corrosion barriers Need to become.

Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transport- und Lagerbehälter zur Langzeitlagerung radioaktiver Abfälle, insbesondere abge-It was therefore the object of the present invention to provide a transport and storage container for long-term storage radioactive waste, especially waste

brannter Brennelemente, in geeigneten geologischen Formationen zu schaffen, bei dem die radioaktiven Abfälle in einem Innenbehälter korrosionssicher und druckbeständig so eingebracht werden können, c-iß der Außenbehälter aus billigem, minderwertigem Katerial hergestellt werden kann. Falls sich dieser Außenbehälter im ungünstigem Falle nach einer bestimmten Zeit im Salz oder in Salzlauge aufgelöst hat, muß der Innenbehälter einem Druck von 300 bar bei 200 C und Salzlauge bis zum Ablauf der vorgesehenen Lagerzeit widerstehen können.burnt fuel elements to create in suitable geological formations, in which the radioactive waste can be introduced into an inner container in a corrosion-proof and pressure-resistant way so that the outer container can be made from cheap, inferior Ka material. If, in the worst case, this outer container has dissolved in salt or brine after a certain time, the inner container must be able to withstand a pressure of 300 bar at 200 ° C. and brine until the intended storage time has expired.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Innenbehälter aus einem monolithischen Graphilblo'"k besteht, in dem die radioaktiven Abfälle eingebettet sind. Dieser· monolithische'Graphitblock ist leicht r.ach bekannten Verfahren herstellbar und kann durch Korrosion nicht angegriffen werden. ·According to the invention, this object was achieved by that the inner container is made of a monolithic graphilblo '"k exists in which the radioactive waste is embedded. This 'monolithic' graphite block is easy to manufacture using known processes and cannot be attacked by corrosion. ·

Es hat sich gezeigt, daß man Graphitpulver mit Schwefel als Bindemittel bis ca. 120 C zu Blöcken verpressen kann, bei denen nahezu die theoretische Dichte erreicht wird. Gibt man zu der Mischung noch Metallpulver, wie zum Beispiel Ni, Mn, Fe, Zn, Pb und Sn,It has been shown that graphite powder can be mixed with sulfur as a binder up to approx. 120 C can be pressed into blocks with almost the theoretical density is achieved. If you add metal powder, such as Ni, Mn, Fe, Zn, Pb and Sn, to the mixture,

^O die bei etwas höherer Temperatur mit dem Schwefel unlösliche Sulfide bilden, so erweicht der Graphitblock Viuch bei höheren Temperaturen nicht. Da bei der Herstellung keine höheren Temperaturen erforderlich sind,^ O those which are insoluble with sulfur at a somewhat higher temperature Form sulfides, the graphite block Viuch does not soften at higher temperatures. As in the manufacture no higher temperatures are required,

lassen sich abgebrannte Brennstäbe oder Brennelemente 35spent fuel rods or fuel assemblies 35

in Büchsen in einen solchen Graphitblock einbetten. Ein solcher monolithischer Graphitblock, eventuell noch mit einer Stahlbüchse ummantelt, dient dann als Innenbehälter für einen'Transportbehälter bekannter Bauart. Wird dieser Transportbehälter mit dem enthaltenen Graphitblock in tiefen geologischen Schichten, zum Beispiel in Steinsalz endgelagert, dann kann der äußere Metallmantel, der zum Beispiel aus billigem Eisenguß besteht,' durch Korrosion zerstört werden, weil der innere Graphitblock korrosionsbeständig ist und den vollen Gebirgsdruck aufzunehmen vermag. Es besteht aber auch die Möglichkeit, den Graphitblock als Innenbehälter dem Außenbehälter zu entnehmen und direkt endzulagern.embed in cans in such a graphite block. Such a monolithic graphite block, possibly still encased in a steel sleeve, then serves as an inner container for a transport container known Design type. If this transport container with the graphite block contained in deep geological layers, for example in rock salt, then the outer metal jacket, which consists, for example, of cheap cast iron, can be destroyed by corrosion because the inner graphite block is corrosion-resistant and can absorb the full rock pressure able. But there is also the possibility of using the graphite block as the inner container and the outer container to be removed and stored directly.

Die Abbildung zeigt schematisch einen erfindunrsgemäßen Transport-und Lagerbehälter in beispielhafter Ausfuhrungsform.The figure shows schematically an according to the invention Transport and storage containers in exemplary fashion Embodiment.

Der Behälter besteht aus einen Außenbehälter (1), beispielsweise aus Gußeisen, und einem monolithischen Graphitblock (.2) als Innenbehälter, in den die radioaktiven.Abfälle, die sich vorzugsweise in Büchsen (3) befinden, eingebettet sind. Die Abfälle können vorteilhafterweise als Brennelemente offen oder in Büchsen befindlich in den Graphitblock eingepreßt werden.Es ist jedoch auch möglich, sie in Bohrungen oder sonstige Hohlräume des Graphitblocks einzubringen. Der Äußenbehälter (1) wird mit einem Deckel (4) verschlossen. Als Material für Außenbehälter und Deckel sind alle dafür bekannten Werkstoffe verwendbar.The container consists of an outer container (1), for example made of cast iron, and a monolithic one Graphite block (.2) as an inner container in which the radioactive waste, which is preferably in Bushings (3) are located, are embedded. The waste can advantageously be opened as fuel assemblies or pressed into the graphite block in a bushing. However, it is also possible to insert them in To introduce holes or other cavities in the graphite block. The outer container (1) comes with a Cover (4) closed. All known materials are used as the material for the outer container and lid usable.

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, den monolic thischen Graphitblock metallisch zu beschichten, um eventuell noch vorhandene Poren zu verschliessen oder den Wärmeübergang auf den Außenbehälter zu verbessern, z.B. galvanisch oder stromlos.In some cases it is advantageous to coat the monolithic graphite block with a metallic coating in order to close any pores that may still be present or to improve the heat transfer to the outer container, for example galvanically or without current.

IQ Folgende Beispiele sollen die Herstellung solcher monolithischen Graphitblöcke als Innenbehälter näher erläutern.IQ The following examples are intended to illustrate the production of such monolithic graphite blocks as inner containers explain in more detail.

Example 1:

Zunächst wird ein sechskantiger Graphitblock von 360 mm Schlüsselweite und 4 rti Länge mit 210 Kanälen im inaktiven Bereich vorgepreßt. Im heißen Bereich werden dann 210 abgebrannte Brennstäbe in die Kanä-Ie des Blockes eingeführt, der Block oben und unten mit. einer ebenfalls vorgepreßten Graphitscheibe versehen und in einer Heißpresse fertiggepreßt*First, a hexagonal graphite block with a width across flats of 360 mm and a length of 4 rti with 210 channels is used pre-pressed in the inactive area. In the hot area, 210 spent fuel rods are then placed in the channels of the block introduced, the block above and below with. also a pre-pressed graphite disc provided and finished-pressed in a hot press *

Als Preßpulver dient zum Beispiel eine Mischung aus 43,3 %"Graphitpulver, 36,7 % Nickelpulver und 20 % Schwefelblüte. Zur Verformung des Blockes wird eine 4-Säulenpresse mit 3.hydraulischen Antrieben verwendet.. Der Hub des sechskantigen Unterstempels reicht nahezu über die gesamte (4 m) Matrizenlänge» Zur Formung der Kanäle dienen 210 polierte Stahlstäbe, die von unten durch die Matritze eingefahren werden können. Das Pressen geschieht abschnittweise. In der gleichen Presse, jedoch mit glatten Stempeln (ohne Löcher), werden Sechskantscheiben von 180 mm Stärke vorgepreßt, die später als Boden und Deckel dienen.A mixture of 43.3% graphite powder, 36.7 % nickel powder and 20 % sulfur bloom is used as the pressing powder. A 4-column press with 3rd hydraulic drives is used to deform the block. The stroke of the hexagonal lower punch is almost over the entire (4 m) die length »210 polished steel rods are used to form the channels, which can be inserted through the die from below. The pressing is done in sections mm thick, which will later serve as the base and cover.

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Die so vorgepreßten Teile werden dann in eine heiße Zell.e transportiert und dort in eine Heißpresse eingesetzt. In die Matrize wird zunächst eine vorgepreßte Scheibe (als Boden) gelegt, auf die der 4 m lange Block gestellt wird,- Dann werden abgebrannte Brennstäbe (210 Stck.) in die Kanäle eingeführt.The pre-pressed parts are then transported to a hot cell where they are inserted into a hot press. First, a pre-pressed disc (as a base) is placed in the die, on which the 4 m long block is placed, - Then spent fuel rods (210 pieces) are inserted into the channels.

Der obere Freiraum bis zum Brennstab wird mit Preßpulver gefüllt und der vorgepreßte obere Deckel aufgesezt. Wenn der Preßblock durch Heizen" und Stiahlungswärme 120 C erreicht hat, wird mit dem Fertig-The upper space up to the fuel rod is filled with press powder and the pre-pressed upper cover is put on. When the press block by heating "and radiant heat 120 C is reached with the finished

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pressen bei 50 MN/m begonnen. Die Temperatur wird unter-Beibehaltung des Druckes weitergesteigert und muß bei Anwendung, von Nickelpulver. 400 bis 450 ° C erreichen, damit der Schwefel quantitativ als NiS abgebunden wird. Unterhalb 400 C kann der entstehende, hochdichte Graphitblock bereits aus der Katritze ausgestoßen werden. Für den Transport, zum Zwischen- oder Endlager wird dieser Graphitblock in einen Transportbehälter aus Eisengraphitguß eincesetzt. Eine Endlagerung ist auch ohne den Außenbehälter möglich, indem der Graphitblock direkt ins Bohrloch eines Salzbergwerkes eingesetzt wird.2
pressing started at 50 MN / m. The temperature is increased while maintaining the pressure and must be used when using nickel powder. Reach 400 to 450 ° C so that the sulfur is quantitatively bound as NiS. Below 400 C, the resulting, high-density graphite block can be ejected from the cathode. This graphite block is inserted into a transport container made of iron graphite cast for transport, to intermediate or final storage. Final storage is also possible without the external container by inserting the graphite block directly into the borehole of a salt mine.

Example 2:

Während bei Beispiel 1 das Brennelement vorher in EinzelstMbe zerlegt werden muß, ist auch die direkte Einbettung ganzer Brennelemente (—235 Brennstäbe) möglich.While in example 1 the fuel element must first be dismantled into individual pieces, the direct one is also Embedding of entire fuel elements (-235 fuel rods) possible.

c Von einem Biblis-Brennelement werden die Endstücke abgesägt, um die Gesamtlänge klein zu halten- Ein Stshlzylinder von 230 mm Innendurchmesser und 4,30 m Länge dient zur Aufnahme des Brennelementrumpf ns. Die Enden des Zylinders bestehen aus Kugelkalotten, die dicht mit dem Zylinder verschweißt werden. Diese Brennelementbüchse soll einen Außendruck von 300 bar aushalten.c The end pieces are from a Biblis fuel assembly Sawed off to keep the overall length small - A steel cylinder with an inner diameter of 230 mm and 4.30 m in length is used to accommodate the fuel assembly fuselage. The ends of the cylinder consist of spherical caps, which are welded tightly to the cylinder. This fuel element sleeve should have an external pressure withstand 300 bar.

I.n einer heißen Zelle wird diese Brennelementbüchse in einen nach Beispiel 1 vorgefertigten Graphitzylinder mit nur einem Hohlkanal eingesetzt, an den offenen Enden mit vorgepreßten Deckeln in die Heißpresse eingesetzt und wie in Beispiel 1 fertiggepreßt.-I. In a hot cell, this fuel assembly can into a graphite cylinder prefabricated according to Example 1 inserted with only one hollow channel, inserted into the hot press with pre-pressed lids at the open ends and finished as in example 1.

Außer Nickelpulver und Schwefelblüte können selbstverständlich auch alle anderen Bindemittel verwendet wer-.den, di(> bei ei η or Tomporatur, bei rinr die Spaltprodukte nicht oder kaum flüchtig sind, zu dichtem Graphit führen.In addition to nickel powder and sulfur bloom, all other binders can of course also be used, di (> with ei η or Tomporatur, with rinr the fission products are not or hardly volatile, lead to dense graphite.

2525th

3030th

27. Jan. 1981
F¹AT/Dr. Br.-schJan. 27, 1981
F ¹ AT / Dr. Br.-sch

Claims

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Sl 110 KN

NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

TrsnsDort and Laaer containers for radioactive waste

Patent claims

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Ai transport and storage containers for long-term storage of radioactive waste, in particular from spent fuel elements, in suitable geological Formations, consisting of an outer container and an inner container, thereby marked " draws that the inner container (2) consists of a monolithic Grüphitblock, in which the radioactive waste (3) are embedded.

on 2. ' Transport and storage container according to claim 1, characterized characterized in that the waste (3), open or in a can is located in the • monolithic graphite block (2) are pressed in.

5 3- transport and storage container according to claim 1 and 2; characterized in that the graphite block (2) is coated with metal.

4. Transport and L.iyprbc-häl ter n ^ ch claim 1 to 10 3, characterized in that the graphite block (2) contains metal sulfides as a binder.