DE3103558C2

DE3103558C2 - Korrosionsschutz

Info

Publication number: DE3103558C2
Application number: DE3103558A
Authority: DE
Inventors: Werner 4904 Enger Holtmann; Hartmut Dipl.-Phys. 6450 Hanau Kroll; Günther Dipl.-Chem. Dr. 6458 Rodenbach Luthardt; Volker 8751 Haibach Portscher
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: 1985-08-08
Also published as: EP0057866B1; DE3103558A1; JPS57178198A; CA1200784A; EP0057866A3; DE3266455D1; US4784823A; EP0057866A2

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von bestrahlten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, beschrieben, die die Behälterkorrosion auch bei überraschendem Auftreten von Wasser vermeidet, zumindest aber verzögert und minimiert. Die Vorrichtung besteht aus Opferanoden (2), die mit den Behältern (1) über Verbindungen (3) leitend verbunden sind.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen in geologischen Formationen.

Bestrahlte Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Aufbewahrung in Wasserbecken entweder sofort oder nach einer weiteren Zwirchenlagerung aufgearbeitet. Dabei werden die nuklearen Brenn- oder Brutstoffe von den Spaltprodukten getrennt und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt. Die Spaltprodukte werden nach bekannten Verfahren, meist unter Verwendung großer Mengen Wertstoffe, wie z. B. Blei und Kupfer, konditioniert und in geologischen Formationen wie Salzstöcken praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert.

Darüber hinaus könnte es sich als notwendig erweisen (Atomwirtschaft (Oktober 1979) Seite 481—483), bestrahlte Brennelemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zu verzichten und die Brennelemente — nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehenen Lagern — in Salzformationen endzulagern. Die Lager zeiten der bestrahlten Brennelemente können also Hunderte von Jahren betragen.

Wegen der unbestimmten Lagerdauer werden an derartige, für die Langzeit- und Endlagerung geeignete Behälter besondere Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, daß die Behälterlagcr schwer zugänglich sein müssen und folglich Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt oder sogar auszuschließen sind.

Aus der US-PS 41 92 765 sind Behälter, die zum Korrosionsschulz aus natürlich vorkommenden Nickel-Eisen-Legierungcn bestehen, zur Langzcitlagcrung von radioaktiven Abfällen in geologischen Gestcinsformatiorien bekannt. Diese Behälter sind jedoch nicht in Salzformationen einsetzbar, wo unter Umständen, wenn auch wenig eintrittswahrscheinlich, mit Wassereinbrüchen gerechnet werden muß.

Aus Lueger, Lexikon der Technik, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart Band 2 (19S0) Seite 302-303 und Band 3 (1961) Seite 610—611, ist es insbesondere bei Schiffen und bei im Boden verlegten Kabeln bekannt, elektrochemische Korrosionsangriffe durch sogenannte Opferanoden zu verhindern, die sich allmählich auflösen. Diese Anoden müssen daher von Zeit zu Zeit er- setzt werden, was in unzugänglichen Lagerräumen für radioaktive Abfälle nicht möglich ist Diese Opferanoden können daher nicht für den alleinigen Korrosionsschutz von Behältern mit radioaktivem Inventar bei der Langzeitlagerung eingesetzt werden.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen in geologischen Formationen zu schaffen, die die Behälterkorrosion bei überraschendem Auftreten von Wasser vermei- det, zumindest aber verzögert und minimiert

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst daß die Behälter über Verbindungen mit Opferanoden leitend verbunden sind und daß zusätzlich in räumlicher Nähe zu den Behältern und den Opferanoden ein Mate rialvorrat angeordnet ist der ein gegenüber dem Mate rial des Behälters edleres Potential aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt auf überraschende Weise eine langzeitig wirksame Korrosionsverzögerung am Behälter dar und trägt somit bei, daß bis zum Abklingen der Radioaktivität des Behälterinventars auch im ungünstigsten — an sich normalerweise nicht zu erwartenden — Schadensfall der Abschluß von der Biosphäre sichergestellt ist Anhand der schematischen Abbildung ist die erfin dungsgemäße Vorrichtung beispielhaft näher erläutert. In einer geologischen Formation 6, z. B. in einem Salzstock, befinden sich Langzeitlagerbehälter 1, in denen radioaktives Material, wie Abfälle und bestrahlte Brennelemente, endgelagert werden, in der Nähe dieser Behälter 1 sind Opferanoden 2 angeordnet, wobei die Opferanoden mit den Behältern 1 durch Verbindungen 3 leitend verbunden sind. Dadurch ist ein anodischer Korrosionsschutz sichergestellt der wirksam wird, wenn durch ein Ereignis Feuchtigkeit in die Lagerstätte gelangt. Der durch das Wasser gebildete Elektrolyt, beispielsweise eine Salzlösung, baut eine galvanische Kette auf. Dadurch löst sich die Opferanode 2 auf, und der als Kathode geschaltete Behälter 1 mit seinem radioaktiven Inventar bleibt geschützt.

Als Opferanoden können Metalle mit entsprechenden elektrochemischen Eigenschaften unter Berücksichtigung des jeweiligen Materials der Behälter 1 verwendet werden. Es ist dabei besonders günstig, wenn die Poten tialdifferenz zwischen dem Behälter 1 und der Opfcranode 2 zwischen 50 und 1000 mV beträgt, da die Auflösung der Opferanode, als Maß für den Korrosionsschutz, vorteilhaft beeinflußt wird. Besonders vorteilhaft ist es, als Opferanode 2 wegen seines elektrochemischen Verhaltens und wegen seiner Verfügbarkeit Zink

bo oder zinkhaltige Formkörper zu verwenden. Die Formkörper können beispielsweise aus Zink und Blei bestehen und vorteilhafterweisc pulvermetallurgisch durch Pressen hergestellt sein, da so Potentialvcrschicbunyen, die durch Legierungsbestandteile möglicherweise auf-

b^ri treten könnten, vermieden werden. Durch pulvermetallurgisch hergestellte Opferanoden kann die Auflösunggeschwindigkeit günstig beeinflußt werden.

Die ODferanoden 2 sind normalerweise in kompakter

ff Geometrie gestaltet Fallweise sind aber auch andere ρ Geometrien möglich. Unter anderem können Opferano-I^ den; in manchen Fällen auch in Wannen bzw. Überbehälg tcrn, die die Behälter 1 aufnehmen, untergebracht oder f| eingelassen sein.

H Als Material für die leitenden Verbindungen 3 kann

Il mit dem Behälter I artgleiches Material verwendet wer-H den. Es ist aber auch möglich. Graphit als Leitermaterial ψ einzusetzen, das nur zur Ableitung der bei der eleJ.tro- f?' chemischer; Reaktion entstehenden Elektronen dient -' Bei der Verwendung mehrerer Opferanoden 2 sind diese zweckmäßigerweise untereinander durch leitende ^: Verbindungen 7 verbunden.

i4 Zusätzlich ist in räumlicher Nähe zu den Behältern 1

s£ und den Opferanoden 2 ein Materialvorrat 4 angeord- is il net, der ein gegenüber dem Material des Behälters 1 § edleres Potential aufweist. Als Materialvorrat 4, der im p, Normalzustand nicht mit den Behältern 1 in leitender p. Verbändung steht, können z. B. Kupfersal^e verwendet :ä werden, fm Falle des Eindringens von Elektrolyten in ti das Lager werden nach einer gewissen Zeit auch z. B. ,' Kupferionen aus dem Materialvorrat 4 in Lösung gehen. ,f. Im Austausch gegen beispielsweise Eisenionen des Be- :i hälters 1 körnen sich diese Kupferionen auf dem Behäl- ? ter 1 niederschlagen und einen Überzug bilden, der zum _:: Korrosionsschutz beiträgt

'\ Aus Kosten- und Verfügbarkeitsgründen ist es vor-

;. teilhaft, wenn der Materialvorrat 4 aus Kupfersulfat be- \> steht.

Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn der Mate-ialvorrat 4 von einer metallischen Umhüllung 5 umgeben ist, die ihrerseits unedler als der Behälter 1 und als der Materialvcrrat 4, jedoch gleich edel oder edler als die Opferanode 2 ist. Dadurch kann sich beim Eindringen von Elektrolyt in das Lager zunächst die Opferanode 2 und dann erst die Umhüllung 5 auflösen, ehe sich der Materialvorrat 4 auflöst. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher korrosionsmindernder Überzug auf dem Behälter 1, herrührend vom Materialvorrat 4 erzeugt.

40

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

45

50

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen in geologischen Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (1) über Verbindungen (3) mit Opferanoden (2) leitend verbunden sind und daß zusätzlich in räumlicher Nähe zu den Behältern (1) und den Opferanoden (2) ein Materialvorrat (4), der ein gegenüber dem Material des Behälters (I) edleres Potential aufweist, angeordnet ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialdifferenz zwischen dem Behälter (1) und der Opferanode (2) zwischen 50 und 1000 mV beträgt

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Opferanode (2) aus Zink oder aus einem zinkhaltigen Formkörper besteht

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat (4) aus Kupfersulfat besteht

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat (4) von einer metallischen Umhüllung (5) umgeben ist, die unedler als der Behälter (1) ist, jedoch gleich edel oder edler als die Opferanode (2) ist.