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Stichwort: Drucklosvergießen
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Gebinde für die Lagerung radioaktiver Substanzen mit einer die Substanzen
umgebenden keramischen Korrosionsschutzschicht Die Erfindung betrifft ein Gebinde
für die Lagerung radioaktiver Substanzen, bei dem diese von einer keramischen Korrosionsschutz
schicht umgeben sind, deren Ausgangswerkstoff als fließfähige Masse verarbeitbar
ist Aus der DE-OS 27 56 700 ist es bekannt, einen radioaktiven Körper in ein Pulver
einzubetten, dessen Teilchen aus einem korrosionsbeständigen Material bestehen.
Der Körper wird zusammen mit der Pulvermasse in eine Metallkapsel eingeschlossen
und danach einem isostatischen Pressen bei einem solchen Druck und einer solchen
Temperatur unterworfen, daß sich eine zusammenhängende dichte Hülle aus den Teilchen
des korrosionsbeständigen Materials bildet. Als Material für die sich bildende Hülle
werden keramische Materialien, wie Oxide solcher Art, die normalerweise in Glas
verschiedener Sorten und Gesteinsarten vorkommen, erwähnt, wie z. B. TeO2, Al203,
Si02, 13203, MgO, ZrO2 und Cr2Q3, ferner Silikate, Aluminate, Chromate und Titanate.
Für den Aufbau der Hülle ist es aber unbedingt erforderlich, daß bei hoher Temperatur
im Bereich von 1.3000K und bei hohem Druck von mindestens 10 MPa gearbeitet wird,
um die Hülle aufzubauen. Dies Verfahren ist insbesondere für das Arbeiten in einer
heißen Zelle
von erheblichem Nachteil.
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Es ist daher die Aufgabc der vorliegenden Erfindung ein Gebinde zu
schaffen, das ohne Druckanwendung und ohne hohe Temperaturen erstellt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die fließfähige Masse eine
Gußmasse auf Keramikbasis ist, die drucklos und bei niedriger Temperatur aushärtet.
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Derartige Massen werden z. B. von der Fa. Aremco Products Inc., Ossining,
USA, unter der Handelsmarke Ceramapot vertrieben. Besonders geeignet sind dabei
die Typen Ceramapott 575, 576, 583 und 584, wobei die ersten drei mit Wasser anmachbar
sind.
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Derartige gußfähige keramische Massen härten ohne Druckanwendung und
bei niedrigen Temperaturen aus. Sie sind strahlenfest und die Grundmassen sind bei
der Verarbeitung nicht brennbar, was bei Verarbeitung von Sinterwerkstoffen, die
Caphit enthalten, zu einer keramischen Korrosionsschutzschicht einen erheblichen
Vorteil darstellt Radioaktive Substanzen, die gelagert werden müssen, können z.
B. Reaktorbauteile wie Brennstäbe, Absorberstäbe, Ven tile, Rohrleitungen sein oder
Abfälle aus der Wiederaufarbeitung, der nuklearen Medizin oder Betriebsabfälle des
Reaktorbetriebs. Diese können in ihrer ursprünglichen Form, in kompaktiertcr Form
oder in pulverisierter, körniger bzw. stückiger Form vorliegen. Die zerkleinerten
oder gepreßten Teile können bereits vorkonditioniert sein, z B. wie bei dem eingangs
erwähnten Stand der Technik in ein Schutzmittel eingeschlossen oder mit diesem umhüllt
sein, wie z. B. Glas.
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Wenn die radioaktiven Substanzen in feinteiliger oder stückiger Form
vorliegen - vorkonditioniert oder nicht -ist es zweckmäßig, die radioaktiven Substanzen
mit der Gußmasse zu vermischen und zum Aushärten in eine Form zu gießen.
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Andererseits ist es bei Vorliegen eines keramischen Korrosionsschutzbehälters
mit einem die radioaktiven Substanzen aufnehmenden Aufnahmeraum zweckmäßig, gemäß
einer weiteren Ausbildung der vorliegenden Erfindung, daß innerhalb des Aufnahmeraums
die radioaktiven Substanzen von der druck los und bei niedriger Temperatur aushärtenden
Gußmasse umschlossen sind.
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Bei einem Gebinde, bei dem die radioaktiven Substanzen in an sich
aus der DE-OS 27 56 700 bekannter Weise in einem in dem Korrosionsschutzbehälter
angeordneten Erstbehälter, vorzugsweise aus Metall, eingebracht sind, ist vorgesehen,
daß der Zwischenraum zwischen Erstebehälter und Rorrosionsschtzbehälter und/oder
der nicht von den radioaktiven Substanzen im Erstbehälter eingenommene Freiraum
mit der Gußmasse ausgegossen ist. Der Erstbehälter bildet eine Gasbarriere.
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Der Einsatz eines Erstbehälters mit einer Zwischenstruktur, die Druck
aufnehmen kann, ist im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, vielmehr
ist es zweckmäßig, daß die in dem Aufnahmeraum des Korrosionsschutzbehälters angeordneten
radioaktiven Substanzen direkt mit der Vergußmasse umgossen sind.
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Weiterhin ist es möglich, daß in der Gußmasse im Bereich der Öffnung
des Korrosionsschuzbc1iälters mindestens ein Verankerungselement eines den Korrosionsschutzbehälter
schließenden Deckels verankert ist.
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Die Wandung des Korrosionsschutzbehälters und die Korrosionsschutzchicht
selbst können vorzugsweise einstückig miteinander ausgebildet sein. Eine die radioaktiven
Substanzen geyen Druckbelastung entlasteni-le Vorstruktur ist im Gegensatz zum Stand
der Technik hier nicht erforderlich.
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Der Anspruch 8 betrifft eine weitere vorteilhafte Ausgestalung der
Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Gebinde eignet sich insbesondere für den Fall,
daß die radioaktiven Substanzen in Umhüllungsrohre einigebrachte und in ihrer Länge
reduzierte, insbesondere geknickte oder in Schnecken aufgerollte, stabartige Reaktorbauteile
sind, die einzeln oder zu mehreren in einen Erstbehälter eingebracht sinkt oder
direkt von der Gußmasse umschlossen sind. Solche stabartigen Reaktorbauteile sind
z.B. Brennstäbe, Absorberstäbe oder Sonden.
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Schließlich richtet sich die Erfindung auch auf eine weitere Ausgestaltung
einer bereits vorgeschlagenen Lagervorrichtung zur Lagerung radioaktiver Substanzen
mit einem Außenbehälter und mehreren Aufnahmebohrungen für die radioaktiven Substanzen
enthaltenden Einzelgebinde.
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Erfindungsgemäß ist bei dieser Lagervorrichtung vorgesehen, daß die
Einzelgebinde Gebinde der in dieser Anmeldung beanspruchten Art sind.
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Die Erfindung soll @un anhand der beigetägten Figuren genauer beschrieben
werden. Es zeigt: Figur 1 eine erste Ausführungsform des Gebindes, bei dem die in
@einteiliger oder in stückiger Form vorliegenden radioaktiven Substanzen mit der
Gußmasse vermischt sind,
Figur 2 a und 2 b Gebinde mit einem gesondert
gefertigten Korrosionsschutzbehälter und einem die radioaktiven Substanzen aufnehmenden
Erstbehälter, Figur 3 ein Gebinde mit einem Korrosionsschutzbehälter ohne Erstbehälter
zur Aufnahme geknickter Brennstäbe, Figur 4 ein Gebinde, bei dem die Wandung des
Korrosionsschutzbehälters und die Korrosionsschutzschicht einstückig miteinander
ausgebildet sind, Figur 5 einen Teilschnitt eines Gebindes mit Korrosionsschutzbehälter
und einem diesen verschließenden Deckel und Verankerungssystem und Figur 6 eine
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebindes mit besonders hoher Korrosionssicherheit.
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Ehe die beispielhaften, aber bevorzugten Ausführungsformen des Gebindes
beschrieben werden, wird auf das Datenblatt "Aremco data" bezüglich der Ceramapot-Ceramics
für die Typen 575, 576, 583 und 584 im Januar 1982 verwiesen und dessen Inhalt zum
Gegenstand der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung gemacht.
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Als Beispiel für eine Gußmasse wird Ceramapott 575 herausgegriffen.
11auptbestandteil dieser Masse ist Al203.
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Unterteile dieser Masse können mit 19 bis 22 Teilen Wasser angemacht
werden. Nach Einbringen dieser Masse in den von ihr aufzufüllenden Ifohlraum bleibt
die
Masse 24 Stunden bei Raumtemperatur, wobei dafür gesorgt wird,
daß Feuchtigkeit nicht abdampfen kann. Danach wird die Masse 3 Stunden lang bei
93°C einem ersten Härteschritt unterworfen, worauf ein weiterer Härteschritt von
2 Stunden bei einer Temperatur von 121°C erfolgt.
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Bei der in der Figur 1 gezeigten Anwendungsform werden radioaktive
Stückchen 1 mit der gußfähigen drucklos und bei niedriger Temperatur aushärtenden
Masse M auf Keramikbasis vermischt und nach Mischen in eine Gußform 2 gegossen.
Die Gießform 2 kann als verlorene Gußform als Transportbehälter dienen. In diesem
Falle wird die Gußform 2 durch einen Deckel 3 verschlossen, z. B. verschweißt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 a ist ein vorgefertigter keramischer
Korrosionsschutzbehälter 4 vorgesehen, in dessen Aufnahmeraum ein metallischer Erstbehälter
5 mittels Abstandshaltern 6 angeordnet. Die Abstandshalter 6 sind ebenfalls aus
einem keramischen Werkstoff horgesteilt In den Erstbehälter 5 ist die radioaktive
Substanz in Form eines in ein Umhüllungsrohr 7 eingeschlossenen Brennstabs 8 eingebracht.
Diese Darstellung ist rein schematisch. Bei der Figur 2 a ist der zwischen Umhüllungsrohr
7 und Innenwandung des rstbehälters 5 verbleibende Raum und der Raum außerhalb des
Innenbehälters mit der Gußmasse M aufgefüllt. Selbstverständlich muß die Gußmasse
M in dem Erstbehälter 5 vor Schließen des Erstbehälters eingebracht sein. Der Korrosionsschutzhelldlte8'
ist mit einem Deckel 9 verschlossen, der eingeklebt sein kann. Eine andere Sicherungstechnik
wird im Zusammenhang mit der Figur 5 beschrieben.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 b ist der Freiraum im Erstbehälter
5 nicht aufgefüllt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 4 ist kein Erstbehälter und kein
gesondert gefertigter Korrosionsschutzbehälter 4 vorgesehen. In ein Umhüllungsrohr
7 eingebrachte Brennstäbe 8 sind zu Schnecken aufgewickelt und diese Schnecken sind
in eine geeignete Gußform 10 eingebracht. Wie die Figur 4 zeigt ist es möglich,
die Schnecken direkt aufeinander liegend zu umgießen oder einzelne Schnecken durch
Abstandshalter 11 auf Abstand zu halten. Bei dieser Ausführungsform sind Schutzschicht
und Wandung des Korrosionsschutzbehälters einstückig miteinander aus der Gußmasse
ausgebildet. Bei Einsatz einer geeigneten Gußform kann der Erstbehälter 5 gemäß
Figuren 2 a und 2 b ebenfalls in einen in situ ausgebildeten Korrosionsschutzbehälter
eingebracht werden.
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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 sind in einem Umhüllungsrohr
7 geknickte Brennstäbe 8 in einen vorgefertigten Korrosionsschutzbehälter 4 aus
Keramik eingebracht. Der Behälter 4 ist durch einen Deckel 12 verschlossen, der
mit einem Ansatz 12 a in die öffnung des Behälters 4 eingreift. Auf seiner Unterseite
ist der Deckel 12 mit Ausnehmungen 12 b versehen, in die noch nicht ausgehärtete
Gußmasse M beim Einbringen des Deckels in die Aufnahmeöffnung des Behälters 4 aufsteigen
kann.
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Somit ist gesichert, daß sich zwischen Deckel 12 und Behälter 4 kein
Freiraum ausbilden kann. Behälter 4 und Deckel 12 sind längs ihrer Eingriffsflächen
miteinander verklebt Bei der Ausführungsform gemäß Figur 5 wird in einem vorgefertigten
Behälter 4 sovicl Gußmasse M eingebracht, daß eine ausreichende Schichtdicke oberhalb
der radioaktiven Substanz (auch hier geknickte Brennstäbe) erreicht ist.
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In die noch nicht ausgehärtete Gußmasse M ist ein Verankerungselement
13 eingebracht, das nach dem Aushärten fest
mit der Gußmasse verankert
ist. An seinem a oS GU3-masse herausragenden Abschnitt 13 a ist QAn Außengewinde
vorgesehen. In diese Außengewinde greift das Innengewinde einer fest mit einem Deckel
14 verbundenen Mutter 15 ein. Beim Schließen des Behälters 4 wird der Deckel 14
bis zur Anlage einer ringartigen Auflagefläche 14 a auf die ringförmige Auflagefläche
des BezhAltexs 4 gedreht, wobei sich die Mutter 15 auf dem Gewindeabschnitt 13 a
dreht, so daß der Deckel gegen Zugkrfte auf dem Behälter 4 gesichert ist.
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Andere Verankerungstechniken, wie z. B. Schnappelemente sind möglich.
Vor Aufdrehen des Deckels erscheint es sinnvoll, weitere Vergußmasse einzugießen,
so daß der Freiraum im Behälter vollständig und der das Mutterelement 15 aufnehmende
Hohlraum im Deckel 14 wenigstens teilweise au£-gefüllt sind, so daß die Deckelstirnfläche
auf der Vergußmasse aufliegt und sich abstützt.
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Die Figur 6 zeigt ein besonders lagerungs- und korrosionssicheres
Gebinde. Das Gebinde besteht aus einem ersten Korrosionsschutzbehälter 16, der mit
geknickten Brennstäben 8 gefüllt ist. Der Freiraum ist mit der Gußmasse M ausgegossen
und durch einen Deckel 17 verschlossen. Bei dieser Ausführungsform und bei den anderen
mit einem Dekkel versehenen Ausführungsformen kann es unter Umständen möglich sein,
einen gesonderten Deckel in Fortfall kommen zu lassen und diesen von der Gußmasse
M selbst bilden zu lassen.
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Der geschlossene erste Korrosionsschutzbehälter ist kopfüber in einen
zweiten Korrosionsschutzbehälter 18 eingeführt und der Spalt zwischen den beiden
Behältern mit der Gußmasse M aufgefüllt. Man erhält somit einen sehr langen Korrosionsweg
zwischen der Einfüllöffnung des Korrosionsschutzbehälters 16 und der Einführöffnung
des Korrosionsschutzbehälters
18.
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Die Länge des Gefäßes 18, d. -h. die Länge des Korrosionsschutzweges
kann durch die Wahl der Tiefe des Behälters 18 angepaßt werden. D. h. -der Behälter
18 muß nicht unbedingt den Erstbehälter 16 völlig aufnehmen.
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Die Verarbeitung einer Gußmasse auf Oxidkeramikbasis, die bevorzugt
wird, macht für den Aushärtevorgang maximal eine Aushärtetemperatur von unter 150°C
erforderlich.
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Eine Lagervorrichtung bei einem Außenbehälter und mehreren Aufnahmebohrungen
ist in-der-deutschen Patentanmeldung P 31 07 503 vom 27. Februar 1981 vorgeschlagen
worden. Der Außenbehälter kann vorgefertigt oder um die Einzelgebinde herum in situ
-erstellt -werden.
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Die Erfindung.ist nicht£nur auf die besonderen Gebilde, sondern auch
auf die Verwendung einer drucklos und bei niedriger TemperaLur aushärtenden Gußmasse
auf Keramikbasis bei der- Lagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere Endlagerung
bestrahlter Brennelemente, gerichtet.
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Selbstverständlich- können bei den verschiedenen Gebinden die radioaktiven
Substanzen ausgetauscht werden, z. B.
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können beider Ausführungsform gemäß Fig. 2 a und 2 b auch Schnecken
wie bei Fig. 4 oder: Gußblöcke wie bei Fig. 1 eingebracht werden.
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L e e r s e i t e