DE3109640A1 - Verfahren zur beseitigung von radioaktiven abfaellen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Beseitigung von radioaktiven Abfällen
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung von radioaktiven Abfällen, die in Behältern eingeschlossen sind.
• Die während der gesamten Betriebszeit eines Kernkraftwerks anfallenden abgebrannten Brennelemente werden meist wieder aufgearbeitet. Dabei fallen radioaktive Abfälle an, zu deren Beseitigung es bekannt ist, sie in Behältern einzuschließen und in einem Salzstock endzulagern. Die Endlagerung radioaktiver Abfälle in Salzstöcken ist besonders für diejenigen, deren Radioaktivität nicht rasch abklingt, sondern sehr lange Halbwertzeiten haben (z.B. über 1000 Jahre) problematisch, da schwer vorhersehbar ist, welchen Einflüssen die Lagerstelle in den nächsten Jahrhunderten unterliegen wird. Ferner ist eine ständige Bewachung dieser Lagerstelle gegen Unbefugte erförderlich, und auch muß dafür Sorge getragen werden, daß die Strahlungsintensität an der Lagerstelle nicht zu hoch wird, um Kettenreaktionen auszulösen. Eine derartige Endlagerung ist somit keine endgültige Beseitigung radioaktiver Abfälle, sondern nur ein Notbehelf, der erheblichen Lagerraum für die in den nächsten Jahrhunderten anfallenden Mengen radioaktiven Abfalls erfordert.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, durch das eine sichere und endgültige Beseitigung radioaktiver Abfälle möglich wird. Darüber hinaus ist es Aufgabe der Erfindung, einen Behälter zu -schaffen, der bei der Ausübung des Verfahrens verwendet werden kann.
• Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behälter in einen Lavasee, insbesondere eines Vulkans, gebracht werden.
• Der in das Erdinnere mit der Lava zurückströmende Behälter wird über einen ausreichenden Zeitraum aufgrund seiner großen Druckfestigkeit und Schmelz festigkeit nicht zerstört, so daß frühestens in tieferen Bereichen, insbesondere im Magmaherd erst, der radioaktive Abfall in das Magma austreten kann. Durch die im Magmaherd tief im Erdinneren bestehenden Magmaströme wird der radioaktive Abfall soweit verteilt, daß die Radioaktivität des Magmas kaum meßbar ansteigt. Damit ist sichergestellt, daß auch bei einem eventuellen Ausbruch des Magmas keine radioaktive Belastung der Umwelt entsteht.
• Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Behälter in diejenige flüssige Lava (Magma) insbesondere eines dauertätigen, aber ruhigen Vulkans gebracht werden, die in das Erdinnere zurückströmt. Auch ist es vorteilhaft, wenn ein Vulkan verwendet wird, dessen Magmamenge im Magmaherd sehr groß ist. Ferner sollte ein Vulkan benutzt werden, dessen Magmaherd mit tieferen Magmamengen der Magmazone in Verbindung steht, so daß das Magma des Magmaherds in ständigem Austausch mit Magma des tieferen Erdinneren steht, wodurch die Erhöhung der Radioaktivität des Magmas des Magmaherds sehr schnell abklingt.
• Die Beförderung der Behälter in das Erdinnere kann nicht nur durch die Lava- bzw. Magmaströmung erfolgen, sondern auch durch das Gewicht des Behälters, das größer sein sollte als das spezifische Gewicht der Lava (Magma). Je nachdem, wie schnell die Behälter im Vulkanschlot absinken, wird man das Material der Behälterwandung wählen, um sicherzustellen, daß sich dieses nicht zu schnell im Magma auflöst.
• Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die Behälter in einen Lavasee des Vulkans gebracht werden. Ein solcher Lavasee ist besonders dann vorteilhaft, wenn er ausreichend starke, nach unten gerichtete Lavaströmungen aufweist. Alternativ wird vorgeschlagen, daß die Behälter durch eine seitliche, zur flüssigen Lavasäule führende Bohrung oder Schacht in die abwärtsströmende Lava gebracht werden. Hierdurch kann eine besonders sichere und kontinuierliche Einbringung der Behälter erreicht werden.
• Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß die Dicke der metallenen Behälterwandung ein Zehntel bis ein Halb, vorzugsweise etwa ein Viertel des Behälterdurchmessers beträgt. Ein solcher Behälter dürfte ausreichend stabil sein und sicherstellen, daß die Wandungen sich nicht vorzeitig vor Erreichen des Magmaherdes auflösen. Dabei sollte die Behälterwandung aus einem Schwermetall hoher Festigkeit, insbesondere aus Nickel bestehen.
• Eine besonders günstige Behälterform ist dann gegeben, wenn er kugelförmig ist. Dabei kann der Durchmesser des Behälters 0,5 bis 2 Meter, insbesondere etwa 1 Meter betragen.
• Ein vorteilhaftes Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im folgenden näher beschrieben.: Radioaktive Abfälle, insbesondere Abfallkonzentrate, werden in einen kugelförmigen Behälter gebracht, dessen Außendurchmesser 1 m, und dessen Innendurchmesser 50 cm beträgt, und dessen Wandungen aus Nickel bestehen.
• Der Behälter wird durch einen segmentförmigen Deckel verschlossen und danach zu einem Vulkan transportiert, von dem man annehmen kann, daß er in der nächsten Zeit nicht ausbrechen wird, d.h. daß zumindest innerhalb der nächsten Jahre keine Lava in die Umgebung abgegeben werden wird. Der Vulkan soll aber nicht zu d,en erkalteten zählen, sondern eine Lavaseetätigkeit aufweisen.
• Alternativ genügt es aber auch, daß die Tätigkeit des Vulkans nicht offen zutage tritt, sondern tiefer im Inneren liegt, wobei dann diese Stelle angebohrt bzw.
• angegraben werden muß. Bei vielen dieser relativ ruhigen, dauertätigen Vulkane, fließt ständig Lava vom Magmaherd durch den Vulkanschlot oder die Vulkanspalte nach oben zum Krater, um dort im Lavasee sichtbar zu werden und dann wieder durch den Vulkanschlot oder die Volkanspalte zurück zum Magmaherd in das Erdinnere zu fließen.
• In eine solche, nach unten fließende Lavaströmung wird der Behälter eingegeben, so daß dieser aufgrund der Strömung und seiner größeren Schwere als das Magma durch den Vulkanschlot bzw. durch die Vulkanspalte nach unten zum Magmaherd transportiert wird. Aufgrund der hohen Stabilität und der großen Wandstärke des kugelförmigen Behälters wird dieser erst im Magmaherd aufgelöst werden, so daß erst dort der radioaktive Abfall in das Magma eintritt. Durch die im Herd befindlichen Magmaströme wird der Abfall gleichmäßig verteilt, so daß die Radioaktivität des Magmas kaum meßbar ansteigt.
• Darüber hinaus ist es von Vorteil, einen Vulkan auszusuchen, dessen Magmaherd mit der darunter befindlichen Magmazone des Erdinneren verbunden ist, so daß das leicht radioaktive Magma ausgetauscht wird und damit zur Magmazone fließt. Nach diesem Austausch des Magmas des Vulkanherdes mit dem der Magmazone weist die beim Ausbruch ausgeworfene Lava keinen Unterschied auf gegenüber der üblichen. Aber auch dann, wenn das Magma des Vulkanherdes noch nicht mit dem der Magmazone ausgetauscht wurde, ist die Belastung nach einem Vulkanausbruch vernachlässigbar, da im Vergleich zur Menge des Magmas im Vulkanherd nur geringe Lavamengen ausgeworfen werden, die eine kaum meßbar höhere Radioaktivität besitzen als normale Lavaströme.
• Zur überschlägigen Beurteilung werden im folgenden Daten verwendet werden, die auf A. Rittmann (Vulkane und ihre Tätigkeit, F. Enke Verlag, Stuttgart, 1960) zurückgehen.
• Zugrunde liegt für die Sinkgeschwindigkeit das Gesetz von STOKES, bei dem die Widerstandskraft durch die innere Reibung einer Flüssigkeit mit der Gravitationskraft (einschl. Berücksichtigung des Auftriebs) im Gleichgewicht steht, 2r²(#-#')g v = q# worin bedeutet: v Sinkgeschwindigkeit r Radius des Objekts = 0,5 m Dichte des Objekts, hier vereinfachend für Hülle und Inhalt (Abfall) = 9 g/cm³ gesetzt Dichte der Schmelze (Magma).= 3 g/cm3 g Erdbeschleunigung = 981 cm/s2 Viskosität der Schmelze (Magma) bei etwa 5000 bar in 16 km Tiefe = 106 g/cm s (In Oberflächennähe ist der Druck um Zehnerpotenzen geringer und die Viskosität ebenfalls.) Damit erhält man bei einer Kugel von 50 cm Durchmesser eine Sinkgeschwindigkeit von v = 3,3 cm/s oder ungefähr 120 m/h.
• Wollte man also diese in 16 km Tiefe schon auf ein recht niedriges Maß abgesunkene Fallgeschwindigkeit überschlägig für den ganzen Sinkvorgang ansetzen, so wäre für 16 km eine Zeit von 133'Stunden oder 5,5-Tagen erforderlich. Real ist die Zeit wesentlich kürzer. Aus dieser gewiß sehr groben Abschätzung geht hervor, daß der Sinkvorgang erstaunlich schnell bis in respektable Tiefen führt, was sich auf das Risiko bei einem Vulkanausbruch und die Auflösung der Hülle günstig auswirkt.
• Damit kommen sowohl mittelamerikanische Vulkane als auch Vulkane der Virunga-Gruppe in der Nähe des Kiwu-Sees (Ostafrika), nämlich Nyamuragira und Niragongo, sowie Afdera / Danakil, Äthiopien, in Betracht.
• Selbst bei Magmaherden von "nur" 1000 km3 Größe würde das durch Diffusion und Konvektion im Endzustand völlig gleichmäßig verteilte Abfallmaterial annähernd eine Verdünnung von 2.1013 : 1 erfahren. Schon dieser Verdünnungsgrad ist beeindruckend. Hinzu kommt aber noch, daß selbst davon durch Abschirmungswirkung des Gesteins an der Oberfläche der Erde nur noch eine um etliche Zehnerpotenzen geringere Strahlungsleistung wirksam wird.
• Im angegebenen Falle könnten somit etwa 600 kg Abfall bei 4200 kg Nickelballast mit einer Kugel beseitigt werden.

Claims (8)

1. Ansprüche Verfahren zur Beseitigung von radioaktiven Abfällen, die in Behältern eingeschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behälter in fließendes Magma eingebracht werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Behälter in diejenige flüssige Lava (Magma) insbesondere eines dauertätigen, aber ruhigen Vulkans gebracht werden, die in das Erdinnere zurückströmt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behälter in einen Lavasee, insbesondere eines Vulkans, gebracht werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d-a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Behälter durch eine insbesondere seitliche, zur flüssigen Lavasäule führende Bohrung oder Schacht in die abwärtsströmende Lava gebracht werden.
5. 5. Behälter zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Dicke der metallenen Behälterwandung ein Zehntel bis ein Halb, vorzugsweise etwa ein Viertel des Behälterdurchmessers beträgt.
6. 6. Behälter nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t i daß die Behälterwandung aus einem Schwermetall hoher Festigkeit, insbesondere aus Nickel besteht.
7. 7. Behäl-ter nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Behälter kugelförmig ist.
8. 8. Behälter nach einem der Ansprüche 5 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchmesser des Behälters 0,5 bis 2 Meter, insbesondere etwa 1 Meter beträgt.