DE3513692A1

DE3513692A1 - Verfahren zum herstellen endlagerfaehiger gebinde mit radioaktiven abfaellen und nach diesem verfahren hergestellte gebinde

Info

Publication number: DE3513692A1
Application number: DE19853513692
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(grad.) 6000 Frankfurt Kleinschroth; Siegfried Dipl.-Ing. Meininger (FH), 6472 Altenstadt
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-04-16
Filing date: 1985-04-16
Publication date: 1986-10-30
Also published as: US4749520A; JPS61239199A; DE3513692C2

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

VPA 85 P 6 0 3 6 DE

Verfahren zum Herstellen endlagerfähiger Gebinde mit radioaktiven Abfällen und nach diesem Verfahren hergestellte Gebinde

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen endlagerfähiger Gebinde mit radioaktiven Abfällen durch Einfüllen der mit Zement versetzten Abfälle in Behälter unter Berücksichtigung einer Strahlenabschirmung. Sie richtet sich ferner auf Gebinde, die nach diesem Verfahren hergestellt sind.

Die Strahlenabschirmung hat man bei Abfällen unterschiedlicher Aktivitätshöhe bisher durch eine verschieden dicke Ausbildung der Wandstärke von Betonbehältern berücksichtigt, die zur Aufnahme der Abfälle dienen, wie in dem Aufsatz "Some Techniques for the Solidification of radioactive Wastes in Concrete" in der Zeitschrift "Nuclear Technology", Band 32, Januar 1977, Seiten 30 bis 38, insbesondere Seite 36, dargelegt ist.

Die Erfindung geht im Vergleich zu dem Bekannten von der Aufgabe aus, den Aktivitätsinhalt zu steigern, um mehr oder höheraktive Abfälle bei gleichem Volumen unterbringen zu können. Als Abfälle kommen dabei insbesondere in wäßriger Form anfallende Aktivitätsträger infrage, wie Verdampferkonzentrat, Filterschlamm, Ionenaustauschersuspensionen usw..

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Gebinde in mindestens zwei Stufen mit konzentrisch zueinander liegenden Teilmengen gefüllt werden, deren volumenspezifische Aktivität von Stufe zu Stufe von außen nach in-

Sm 2 Hgr / 12.04.1985

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nen um mindestens den Faktor 2 zunimmt.

Bei der Erfindung wird durch einen gegenüber dem Bekannten etwas komplexeren Aufbau der Gebinde ein höherer Aktivitätsinhalt ermöglicht, weil Teilmengen mit einer volumenspezifisch geringeren Aktivität an der Außenseite eine Abschirmung für höheraktive Teilmengen bilden, die mehr im Inneren des Gebindes angeordnet werden.

Radioaktive Abfälle einer gegebenen spezifischen Radioaktivität können für die Herstellung der äußeren Teilmengen abgereichert, zum Beispiel durch Ausfällen, für die innersten Teilmengen dagegen angereichert werden. Zur Anreicherung geeignete Verfahren sind bekannt. Besonders vorteilhaft läßt sich eine unterschiedliche Radioaktivität der Teilmengen dadurch erlangen, daß die Teilmengen mit unterschiedlichen Ergebnissen von aufeinander folgenden Schritten eines Dekontaminationsverfahrens beschickt werden.

Die Teilmengen werden vorzugsweise jeweils zu einem Würfel geformt, da dieser der Idealform Kugel am nächsten kommt. Andere Gebindeformen sind ebenfalls möglich. Im Falle eines Würfels besteht das Gebinde aus einem inneren Würfel kleinster Kantenlänge und größter spezifischer Aktivität, der von mehreren, mindestens aber einem äußerlich würfelförmigen Körper umschlossen wird. Die Wandstärke, die durch den Einschluß entsteht, muß mindestens der notwendigen Abschirmdicke entsprechen und zum Beispiel die halbe Kantenlänge des innersten Würfels betragen. Es ist aber auch möglich, kugelförmige Teilmengen konzentrisch anzuordnen. Ferner sind auch zylindrische Formen wirtschaft-

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lieh einzusetzen, wobei die Stirnflächen der Zylinder mit ebenen Wänden solcher Stärke versehen werden, wie die Wandstärke der ineinander geschachtelten Zylinder ausmacht.
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Die Außenseite der Teilmengen kann unabhängig von ihrer Form vorteilhaft durch dünnwandige Hohlkörper begrenzt werden, die ineinander geschachtelt und über als Armierung ausgebildete Distanzstücke aneinander abgestützt werden. Solche Hohlkörper können aus Kunststoff bestehen oder aus Metallblechen. Die inneren Hohlkörper können über Rohre mit der Außenseite des äußersten Hohlkörpers verbunden werden, damit Einfüllkanäle entstehen. Falls eine Entlüftung erforderlich ist, kann sie vorteilhaft durch ein Rohr bewirkt werden, das in den innersten Hohlkörper führt und Verbindungsöffnungen in den Bereich der anderen Hohlkörper aufweist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch eine Anlage zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Fig. 2 eine perspektivische, vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Gebindes, und die Fig. 3 und 4 sind zwei zueinander senkrechte Darstellungen des Gebindes mit weiteren Einzelheiten.

Die in Fig. 1 dargestellte Anlage umfaßt einen ersten Behälter 1, in dem Verdampferkonzentrat gesammelt wird. Das Verdampferkonzentrat kann dort zum Beispiel durch chemische Behandlung, wie Ausfällen und/oder durch Flockenbildung vorbehandelt werden. Es gelangt dann über eine Leitung 2 in einen Dekanter 3.

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Ein weiterer Behälter 5 enthält Filterkonzentrat. Hierbei handelt es sich um Filterschlämme. Die Filterkonzentrate können über eine Leitung 6 ebenfalls in den Dekanter 3 gegeben werden. Eine andere Möglichkeit ist mit der gestrichelt gezeichneten Leitung 7 angedeutet, mit der die Filterkonzentrate in eine Flüssigkeitsleitung 8 eingespeist werden, die vom Dekanter 3 zu einem Eindicker 10 führt.

Der Eindicker 10 ist im wesentlichen ein Eindampfbehälter, in dem durch Einspeisen oder Nachspeisen von dekontaminierter Rohlauge ein für eine spätere Zementierung geringstmögliches Flüssigkeitsvolumen hergestellt wird. Der Eindicker 10 ist über eine Leitung 11 mit einer Zementiereinrichtung 12 verbunden.

Der Feststoffaustrag des Dekanters, der die höher mit Radioaktivität angereicherte Substanzen enthält, gelangt über eine Falleitung 14 in einen Schlammbehälter 15. Der Feuchtigkeitsgehalt des Schlammes kann zum Beispiel bei 50% liegen. Aus dem Schlammbehälter 15 wird der Feststoff über eine Leitung 16 in die Leitung 11 zur Zementiereinrichtung 12 geführt.

Die Zementiereinrichtung 12 arbeitet vorzugsweise kontinuierlich im Durchlauf. Sie bewirkt mit einer Mischschnecke eine innige Durchmischung der flüssigkeitshaltigen, radioaktiven Abfälle mit Zement, der aus einem Silo zugeführt wird und dem erforderlichenfalls Zuschlagstoffe, Abbindebeschleuniger oder -verzögerer zugesetzt werden können. Diese können jedoch auch in flüssiger Form dem Konzentrat zugesetzt werden. Der Auslaß 18 der Zementiereinrichtung 12, der mit einer Dickstoffpumpe ausgerüstet

sein kann, führt in die nach der Erfindung hergestellten Gebinde 20.

Die Gebinde 20 können beispielhaft, wie Fig. 2 zeigt, aus vier konzentrisch zueinander angeordneten Würfeln 21, 22, 23 und 24 bestehen. Die Kantenlänge der Würfel richtet sich nach deren Aktivitätsinventar. Die Kantenlänge des äußersten Würfels 24 beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 2m, die des innersten Würfels 21 50cm. Die Würfel 22 und 23 haben Kantenlängen von 1m bzw. 1,50m, so daß die Würfel 22, 23 und 24 bei diesem Beispiel gleiche Wandstärken von je 25cm aufweisen.

Die Würfel werden, wie die Fig. 3 und 4 zeigen, mit Hilfe von dünnwandigen Blechen 25 aufgebaut, die die äußeren Begrenzungen der Würfel 21 bis 24 bilden. Die Zwischenräume 27» 28 und 29 sind mit den nur angedeuteten Armierungen 30 versehen, die für eine selbsttragende Ausbildung erforderlich sind. Die Armierungen können gleichzeitig die Distanzierung zwischen den Blechen 25 bilden.

Durch die an der Oberseite gelegenen Bleche 25 führen je zwei Rohre 32 in den Zwischenraum 29, die von der Oberfläche 33 der Blechhülle 24 ausgehen. Zwei weitere Rohre 34 führen von der Oberfläche 33 in den Zwischenraum 28 und wiederum zwei weitere Rohre 35 führen in den Zwischenraum 27. Die Rohre dienen als Tauchrohre zur steigenden Befüllung der einzelnen Würfel ohne Lufteinschluß. Zur Entlüftung ist dagegen für alle Teilmengen ein gemeinsames Rohr 37 vorhanden, das von der Oberseite des Würfels 21 vertikal

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nach oben verläuft und an die Hohlräume 27, 28 und 29 mit Entlüftungsöffnungen 40, 41 und 42 angeschlossen ist. Auf das Rohr 37 kann ein Rohrstutzen 43 aufgesetzt werden, der als Steigtrichter für die innerste Kammer mit der Wandung 21 dient. Ähnliche Steigtrichter können aber auch auf die Rohre 32, 34 und 35 aufgesetzt werden.

Die Fig. 4 zeigt, daß die Füllrohre 32, 34, 35 und gleichmäßig über die Oberseite 33 des Gebindes 20 verteilt sind. Außerdem wird daraus ersichtlich, daß die Ecken 45 des Gebindes mit sogenannten "Iso-Ecken" verstärkt sind, damit dort handelsübliche Anschlagwerkzeuge zum Anheben der Gebinde 20 angesetzt werden können.

Die Füllung des Gebindes 20 erfolgt mit einem mit Zement angerührten Abfall unterschiedlicher Aktivität. Für die Außenlage des Gebindes 20, d.h. für den Zwischenraum 29, wird der schwachaktive Salzfrachtklarlauf aus dem Eindicker 10 benutzt, der zur Volumenverringerung noch eingedickt ist. Er bildet in diesem Beispiel mit einer spezifischen Aktivität von ca. 2 mCi/m3 ein spezifisches Volumen von 4,6 m*.

In den Zwischenraum 28 kommt in erster Linie Filterkonzentrat aus dem Behälter 5. Seine spezifische Aktivität beträgt beispielhaft ca. 0,1 Ci/m3. Das spezielle Volumen von 2,4 m3 enthält damit 0,24 Ci.

In die dritte Kammer 27 wird zum Beispiel der Fällschlamm des Dekanters 3 aus dem Schlammbehälter 15 eingespeist. Zusätzlich können die Reaktorwasserreinigungsharze gegebenenfalls über die Leitung 7 eingegeben

werden. Hier beträgt die zulässige spezifische Aktivität zum Beispiel ca. 10 Ci/m3. Das Volumen der Kammer 27 beträgt 0,875 m^, so daß ein Aktivitätsinventar von ca. 10 Ci untergebracht werden kann. 5

Der innerste Würfel 21 hat zwar nur ein spezifisches Volumen von 0,125 m^. Er kann jedoch mit einer möglichen spezifischen Aktivität von ca. 500 Ci/m3 gefüllt werden, so daß in diesem kleinen Raum ca. 50 Ci aufgenommen werden. Die gesamte Aktivität des Gebindes 20 beträgt somit ca. 70 Ci, ohne daß an der Außenseite die zulässige Dosisleistung von zum Beispiel 200 mrem/h und 10 mrem/h in zwei Meter Abstand von dem Gebinde 20 überschritten wird. Die Aktivitätsinhalte sind im Vergleich zur Dosisleistung noch nuklidabhängig. Das Gesamtgewicht des Gebindes 20 beträgt etwa 20 t, das gleichzeitig für die Maßbegrenzung mitbestimmend ist.

10 Patentansprüche
k Figuren

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Claims

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Patentansprüche

\y. Verfahren zum Herstellen endlagerfähiger Gebinde mit radioaktiven Abfällen durch Einfüllen der mit Zement versetzten Abfälle in Behälter unter Berücksichtigung einer Strahlenabschirmung, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebinde in mindestens zwei^tufen mit konzentrisch zueinander liegenden Teilmengen gefüllt werden, deren volumenspezifische Aktivität von Stufe zu Stufe von außen nach innen um mindestens den Faktor 2 zunimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radioaktiven Abfäl-Ie für die äußeren Teilmengen abgereichert, für die innersten Teilmengen dagegen angereichert werden.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmengen mit unterschiedlichen Ergebnissen von aufeinander folgenden Schritten eines Dekontaminationsverfahrens beschickt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a durch gekennzeichnet, daß die Teilmengen jeweils zu einem Würfel geformt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß die Außenseite der Teilmengen mit dünnwandigen Hohlkörpern begrenzt wird, die ineinander geschachtelt und über Distanzstücke aneinander abgestützt werden, wobei die Distanzstücke gleichzeitig die Armierung zur Erhöhung der Gebindefestigkeit bilden.

ORIGIN^
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper über verschließbare Rohre mit der Außenseite des äußersten Hohlkörpers verbunden werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper über das Rohr des innersten Hohlkörpers entlüftet werden.
8. Mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis hergestelltes Gebinde, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Teilmengen (27, 28, 29) durch Distanzstücke bestimmt sind, die als Armierung (30) für eine erhöhte Gebindefestigkeit dienen.
9. Gebinde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilmengen von Hohlkörpern (21 bis 24) aus Blech (25) begrenzt werden, in die Rohre (32, 34, 35, 37) ragen.
10. Gebinde nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (45) der Hohlkörper (21 bis 24) verstärkt sind.