DE3336390C2

DE3336390C2 - Verfahren zur Auflösung von abgebrannten Kernbrennstoffen

Info

Publication number: DE3336390C2
Application number: DE3336390A
Authority: DE
Inventors: Horst 6457 Maintal Vietzke
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1983-10-06
Publication date: 1986-08-07
Also published as: DE3336390A1

Abstract

Beim Auflösen von abgebrannten Kernbrennstoffen in Salpetersäure muß zwecks Entfernung von Schadstoffen aus dem entstehenden Abgas auf einen gleichmäßigen Abgasausstoß geachtet werden. Einen solchen erhält man, wenn die zerkleinerten Kernbrennstoffe in Wasser oder in bis zu 3molare Salpetersäure gegeben werden, diese dann auf Siedetemperatur erhitzt und 10- bis 14molare Salpetersäure zudosiert wird, wobei die Menge der zudosierten Salpetersäure durch die Messung eines Leitgases oder radioaktiven Leitisotops im Abgasstrom auf Gleichmäßigkeit eingestellt und durch Abdestillieren von Wasser das Flüssigkeitsvolumen in der Auflösevorrichtung konstant gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auflösung von zerkleinerten abgebrannten Kernbrennstoffen mit Salpetersäure in einer Auflösevorrichtung mit einem gleichmäßigen Ausstoß von Stickoxiden und gasförmigen Spaltprodukten im Abgasstrom, wobei die zerkleinerten Kernbrennstoffe in Wasser oder in bis zu 3- molare Salpetersäure gegeben werden, dann das Wasser bzw. die Salpetersäure auf Siedetemperatur erhitzt wird und anschließend 10 bis Hmolare Salpetersäure dosiert zugegeben wird.

Im konventionellen Bereich zur Einhaltung der maximalen Abgaberaten von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden, nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz und besonders im kerntechnischen Bereich, wo zusätzlich radioaktive Gase (Krypton-85, Jod, Tritium) und Aerosole zurückgehalten werden müssen, ist die Rückhaltung dieser Schadstoffe nur zu erfüllen, wenn die Schadgase gleichmäßig-kontinuierlich anfallen. In noch stärkerem Maße empfindlich gegen Gasschwankungen als die Stickoxid-Absorption sind die bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen nötigen Schritte, wie die Entfernung organischer Reste und Restsauerstoff durch katalytische Verbrennung mit Wasserstoff und die nachfolgende Kondensation und Tieftemperaturrektifikation von Krypton-85/Xenon. Die Auflösung der Kernbrennstoffe erfolgt dabei in Auflösevorrichtungen mit siedender Salpetersäure, die im allgemeinen 7—8 molar ist.

In allen heute bestehenden Wiederaufarbeitungsanlagen gibt es zwar zur Zeit keine Kr-85-Rückhaltung, da es noch zulässig ist, dieses Gas, teilweise auch Tritium und Jod, über den Abluftkamin abzugeben. Bei den zur Genehmigung anstehenden neuen Anlagen wird aber eine nahezu quantitative Rückhaltung von Krypton, Jod und Tritium verlangt. Dazu ist aber ein gleichmäßiger Schadgasanfall eine wichtige Voraussetzung.

Zwei Möglichkeiten wurden bisher diskutiert, um eine Vergleichmäßigung des Abgasstromes zu erreichen, nämlich zwischengeschaltete Gasspeicher und die Kernbrennstoffdosierung bei der Auflösung in Salpetersäure. Gasspeicher haben dabei in Deutschland wenig Aussicht auf behördliche Genehmigung, weil Tanks mit 500—1000 m³ Inhalt und 10-20 bar Druck ein unverhältnismäßig großes Risiko darstellen. Die Dosierung des Kernbrennstoffes in die siedende 7—8 molare Salpetersäure soll mit Hilfe der Brennelementzerkleinerung erreicht werden. Es ist vorgesehen, die abgebrannten Brennelemente mit einer hydraulischen Schere in ca. 5 cm lange Stücke zu zerschneiden, die dann direkt in die heiße Säure der Auflösevorrichtung fallen. Da normalerweise vier bis sieben Brennelemente zu einer Lösecharge gehören (2-t-Löser), muß das Zerkleinern mehrmals unterbrochen werden, wenn die Schere neu gefüllt werden muß. Außerdem erscheint die Rückdiffusion von Stickoxiden und Säuredämpfen nicht unproblematisch, da Schneidestähle nicht aus rostfreiem Material hergestellt werden können. Es ist deshalb sehr fragwürdig, ob auf diese Weise ein gleichmäßiges Auflösen der Kernbrennstoffe mit gleichmäßiger Schadgasabgabe möglich ist, zumal nur unterhalb des Siedepunktes der Salpetersäure gearbeitet werden kann, da die Säure sonst auf der Schere kondensieren würde. Unter diesen Bedingungen wird auch das radioaktive Jod nicht vollständig aus der Lösung entfernt, sondern es kann sich in der starken Salpetersäure in Jodat umwandeln, das später erst wieder reduziert werden muß, um ausgetrieben werden zu können. Weiterhin schlagen alle Störungen beim Schneiden voll auf die Gleichmäßigkeit der Abgasmenge durch.

Aus »Nukleare Entsorgung«, Bd. 2, Verlag Chemie 1983, Kapitel 6, Seite 121, ist es bekannt, zerkleinerte Brennstäbe zunächst in Wasser zu geben und durch konstante Zugabe von konzentrierter Salpetersäure aufzulösen. Die Auflösungsgeschwindigkeit wird durch die Zugabe der zerkleinerten Brennstäbe gesteuert, so daß eine gleichmäßige Abgabe von Stickoxiden bzw. Spaltgasen nicht erreichbar ist.

Bei einem ähnlichen Verfahren erfolgt die Regulierung des Gasausstoßes durch Abziehen eines Teils der Lösung, wenn eine bestimmte Brennstoffkonzentration in der Lösung erreicht ist (GB-PS 11 87 369). Anschließend wird frische Säure zugegeben. Ein konstanter Stickoxidausstoß kann auch hier nicht erreicht werden. Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs zu finden, das ohne Störungen arbeitet und nicht die Schere zur Zerkleinerung der Brennelemente einer übermäßigen Korrosion aussetzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, durch die Maßnahmen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs.

Bei Ende des Auflösungsvorgangs wird über ein festgelegtes Zeitprogramm jeweils ein nächster Auflösungsvorgang in einer anderen Auflösevorrichtung

so nach dem gleichen Verfahren in Gang gesetzt, so daß man einen gleichmäßigen Abgasstrom über einen längeren Zeitraum erhalten kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird der Lösevorgang vom Schneidevorgang entkoppelt und völlig unabhängig von diesem.

Es hat sich gezeigt, daß bei Vorlage von bis zu 3molarer Salpetersäure und Zudosierung von 10- bis 14molarer Salpetersäure zu der siedenden Vorlage in gleichbleibenden Mengen die Lösegeschwindigkeit bzw. die Abgasmenge sich nicht proportional zur zudosierten Säure verhält, weil der Brennstoff in den Hüllrohrabschnitten steckt. So muß die Dosierung zu Anfang relativ gering sein, dann abnehmen, dann konstant und gegen Ende der Auflösung wieder stärker ansteigen. Deshalb ist es erforderlich, im Abgas die Menge eines Leitgases oder eines radioaktiven Leitisotops zu messen und damit die Säuredosierung zu regeln. Durch diese Regelung ist eine konstante Abgasführung erzielbar. Durch das Überlappen von mehreren Lösechargen läßt

sich das Abgasniveau über längere Zeiträume nahezu konstant halten. Als Leitgas bzw. Leitisotop kann das Stickoxid oder das Krypton-85 dienen.

Weiterhin hat es sich gezeigt, daß zum Austreiben von elementaren Jod beim Löseprozeß Wasserdampf als Trägergas vorhanden sein muß. Es wurde gefunden, daß durch das Abdestillieren von Wasser bis zu einem konstanten Flüssigkeitsvolumen am Ende der Lösezeit auch das gesamte Jod ausgetrieben ist.

Bei den herkömmlichen Auflöseverfahren wandelt sich dagegen ein Teil des Jods (beim Schneiden) in Jodat um, das erst nach Ende der Auflösung durch Abdestillieren von Wasser unter zusätzlichem Einblasen von Stickoxiden zur Reduktion von Jodat zu Jod ausgetrieben werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber den bekannten Verfahren zur Auflösung von Kernbrennstoffen, mehrere Vorteile. Wegen der Entkopplung des Brennelementschneiders vom Löseprozeß kann auf Vorrat geschnitten werden, so daß Störfälle an der Schere keinen Einfluß auf die Gleichmäßigkeit des Abgasstromes nehmen können. Die abdestiliierende Wassermenge entspricht wegen der unterschiedlichen zudosierten Säuremenge genau der anfallenden Jodmenge. Deshalb ist nach Ende des Auflösungsprozesses keine zusätzliche Jodaustreibung notwendig. Da die Säurezudosierung gut regelbar ist, erzielt man einen sehr gleichmäßigen Abgasstrom.

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Auflösung von zerkleinerten abgebrannten Kernbrennstoffen mit Salpetersäure in einer Auflösevorrichtung mit einem gleichmäßigen Ausstoß von Stickoxiden und gasförmigen Spaltprodukten im Abgasstrom, wobei die zerkleinerten Kernbrennstoffe in Wasser oder in bis zu 3molare Salpetersäure gegeben werden, dann das Wasser bzw. die Salpetersäure auf Siedetemperatur erhitzt wird und anschließend 10- bis Hmolare Salpetersäure dosiert zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der zudosierten Salpetersäure durch die Messung eines Leitgases oder radioaktiven Leitisotops im Abgasstrom auf Gleichmäßigkeit eingestellt und durch Abdestillieren von Wasser das Flüssigkeitsvolumen in der Auflösevorrichtung konstant gehalten wird.