DE3527163C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abtrennen radio­ aktiver Bestandteile aus im Störfall in die Atmosphäre ab­ zublasenden Gasen und/oder Dämpfen eines Kernreaktors, bei dem die Gase bzw. Dämpfe vor dem Abblasen durch einen Trock­ nerzyklon geleitet werden. Sie betrifft ferner eine Vorrich­ tung zum Durchführen des Verfahrens.

In einem in der DE-PS 29 31 140 beschriebenen Verfahren die­ ser Art wird eine Flüssigkeitsvorlage als Überdruckventil für die radioaktiven Dämpfe und/oder Gase zwischen dem Reaktordruckbehälter und/oder dem Reaktorschutzbehälter (containment) einerseits und einer einen Waschzyklon und einen Trocknerzyklon aufweisenden Druckentlastungsstation andererseits vorgesehen. Die Druckentlastungsstation muß bestimmungsgemäß nur im Störfall arbeiten, z. B. wenn im Reaktorschutzbehälter durch Undichtigkeiten im Kühlkreis­ lauf eine größere Menge des radioaktiv verunreinigten Kühl­ mittels entweicht. Im Normalbetrieb des Kernkraftwerks da­ gegen wird im Schutzbehälter ein leichter Unterdruck ge­ halten, vorzugsweise um an den Personen- und Materialschleu­ sen ein Austreten von radioaktiven Gasen und Dämpfen zu verhindern. Die Druckentlastungsstation, durch die reines, d. h. von radioaktiven Bestandteilen befreites Kühlmittel an die Atmosphäre abgegeben werden soll, wird daher im un­ gestörten Reaktorbetrieb mit einer Wasservorlage als Über­ druckventil gegenüber der Atmosphäre des Reaktordruckbehäl­ ters bzw. der Abgasleitung eines konventionellen Überdruck­ ventils des Reaktordruckbehälters abgeschlossen. Nach dem aus der DE-PS 29 31 140 bekannten Verfahren können sowohl auswaschbare Spaltprodukte, wie z. B. Cäsium, Strontium und Barium, als auch bedingt oder nur schwer auswaschbare radio­ aktive Substanzen, wie gasförmiges Jod, Xenon und Krypton, nicht jedoch Tritium abgetrennt werden.

In "Chem. Techn." 9 (1957), Heft 6, Seiten 333 bis 340 wird die destillative Gewinnung von schwerem Wasser aus natür­ lichem Wasser beschrieben. Es findet sich jedoch kein Hin­ weis, diese destillative Trennung für HTO und T₂O in ein Rückhaltesystem eines Kernreaktors zu integrieren.

Tritium (₁H³ = T), das schwerste Isotop des Wasserstoffs, ist ein radioaktiver Beta-Strahler, der in Kernreaktoren bei verschiedenen radioaktiven Prozessen entsteht. Er zerfällt mit einer Halbwertzeit von 12,346 Jahren zu ₂HE³. Die Zerfallsenergie beträgt etwa 0,02 MeV. Tritium kann zu einem Problem werden, wenn es in größeren Mengen freige­ setzt wird. Dies ist bei graphitmoderierten, gasgekühlten Reaktoren denkbar. Das Graphitinventar der Brennelemente beträgt bei einem solchen Reaktor beispielsweise 120 Tonnen mit einer bei einer spezifischen inneren Oberfläche von 6 m²/g etwa 720 km² betragenden gesamten Graphitinnenober­ fläche. Auf einer solchen Oberfläche können entsprechend große Mengen Tritium angelagert werden, die nach einem Was­ sereinbruch - z. B. infolge eines Rohrbruchs am Dampferzeu­ ger - von Leichtwassermolekülen aufgenommen werden, so daß sich durch eine Austauschreaktion von H₂O und T bzw. T₂ die Wassermoleküle HTO bzw. T₂O bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Tritiumanteil aus den im Störfall in die Atmosphäre abzublasenden Gasen und/oder Dmpfen abzutrennen. Die erfindungsgemäße Lösung besteht für das Verfahren eingangs genannter Art darin, daß in den Gasen bzw. Dämpfen in Form von HTO und/oder T₂O enthaltenes Tritium durch Einblasen der Gase bzw. Dämpfe in eine auf Leichtwassersiedetemperatur gehaltene Deionatvor­ lage und durch Kondensieren von aus der Deionatvorlage kommenden HTO- bzw. T₂O-Dampfmolekülen an auf Leichtwasser­ siedetemperatur eingestellten Oberflächenkondensatoren in der Deionatvorlage angereichert wird, und daß in der Deio­ natvorlage nicht gesammelte HTO bzw. T₂O-Moleküle in dem Trocknerzyklon abgetrennt werden.

Durch die Erfindung wird überraschenderweise erreicht, T₂O bzw. HTO mit normalem Wasser (H₂O) aus H₂O-Dampf auszu­ waschen. Hierbei wird ausgenutzt, daß die Siedetemperaturen für die Schwerwassertypen HTO und T₂O bei Atmosphärendruck um etwa 1,5 bis 2°C höher als die von Leichtwasser liegen. Bei der Siedetemperatur von Leichtwasser, also bei trocken­ gesättigtem Leichtwasserdampf, werden HTO- bzw. T₂O- Dampf­ moleküle bereits kondensieren und sich an H₂O-Molekülen zu Kondensationskernen anlagern. Diese Kondensationströpfchen können mit einer Leichtwasservorlage bei Siedetemperatur zurückgehalten und/oder mit einem Trocknerzyklon aus dem Dampf ausgeschleudert werden.

Gemäß weiterer Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abtren­ nen radioaktiver Bestandteile aus im Störfall in die Atmo­ sphäre abzublasenden Gasen und/oder Dämpfen eines Kernre­ aktors mit einem der Abblaseeinrichtung vorgeschalteten Trocknerzyklon, insbesondere zum Durchführen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens, mit einem Behälter zur Vorlage zur Deio­ nat und einer Dampfzuleitung unterhalb des Wasserspiegels dadurch ausgestaltet, daß oberhalb des Wasserspiegels des Sumpfs, der die Deionatvorlage aufnimmt, Feuchteabscheider oder Oberflächenkondensatoren in dem in diesem Bereich als Dampfdom mit Auslaß ausgebildeten Behälter angeordnet sind, und daß der Sumpf eine Zuflußleitung für auf Siedetempera­ tur eingestelltes Deionat, einen Ablauf für mit HTO bzw. T₂O angereicherter Flüssigkeit sowie eine Heizung zum Ein­ halten der Siedetemperatur aufweist.

Die aus Bild 8 und 9 in "Chem. Techn." 9 (1957), Heft 6, Seiten 333 bis 340 bekannten Destillationsapparaturen unter­ scheiden sich insbesondere durch das Fehlen der Feuchteab­ scheider von der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Feuchteabscheider sind aus der FR-PS 22 60 373 bekannt, jedoch in einer Vorrichtung zum Isotopenaustausch zwischen Wasser und Methylamin, die nach dem Extraktionsprinzip ar­ beitet, so daß deren Anwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nahelag.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, deren gerätetechnischer Aufwand zum Waschen der abzugebenden Gas- und/oder Dampfmengen an sich schon relativ gering ist, die aber dadurch noch günstiger wird, daß auch das Maschinen­ haus des Reaktors an dieselbe Gas/Dampfwaschanlage anzu­ schließen ist. Da dann die Trennung der verschiedenen Dampf­ erzeugereinheiten mit den Auswahlschaltungen und den Vor­ kehrungen gegen Folgeschäden bei Rohrbrüchen, die Untertei­ lung der Speisewasserbehälter usw. entfallen kann, sind die Ausgaben für die Waschanlage verschwindend gegenüber den Einsparungen allein an den Dampferzeugern. Wenn alle übri­ gen radioaktiven Verunreinigungen z. B. nach dem Verfahren gemäß DE-PS 29 31 140, abgetrennt werden, kann der Se­ kundärkreis des Kernreaktors mit den Dampferzeugern konven­ tionell ausgelegt werden, und der Reaktordruckbehälter kann - wie konventionell üblich - eine im Störfall über eine Waschanlage ausblasende Einrichtung erhalten.

Anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungsbei­ spiels werden Einzelheiten der Erfindung erläutert.

In der Zeichnung wird ein insgesamt mit 1 be­ zeichneter isolierter Behälter dargestellt. Der vorzugswei­ se eine mit Isoliermittel gefüllte Doppelwandung aufweisen­ de Behälter 1 besitzt eine Deionat-Zuflußleitung 2 zu einem Sumpf 3 mit Ablauf 4 und ferner eine Dampfzuleitung 5 zum Einführen von H₂O-, HTO- und T₂O-Dampf. Die Mündung 6 der Dampfzuleitung 5 endet unterhalb des Wasserspiegels 7 des Sumpfs 3. Oberhalb des Wasserspiegels 7 werden Feuchteab­ scheider bzw. Oberflächenkondensatoren 8 in dem in diesem Bereich als Dampfdom 9 ausgebildeten Behälter 1 angeordnet. Diese Kondensatoren bzw. Feuchtigkeitsabscheider sind vor­ zugsweise im Winkel, insbesondere senkrecht zur Strömungs­ richtung eingebaute Platten. Der Dampfdom 9 besitzt am oberen Ende einen Dampfauslaß 10. Der Sumpf 3 wird über die Zuflußleitung 2 zweckmäßig mit bereits auf Siedetemperatur erhitztem Deionat versorgt. Zusätzlich kann dem Sumpf eine Heizung 11 zum Einhalten der Siedetemperatur zugeordnet werden.

Das zu reinigende H₂O-, HTO-, T₂O-Dampfgemisch wird über die Dampfzuleitung 5 in die den Sumpf 3 bildende, siedende H₂O-Vorlage eingeblasen. Wasserschläge sind dabei nicht zu erwarten, weil H₂O nicht kondensiert wird sondern gege­ benenfalls nur HTO und T₂O. Wichtig ist, daß das Deionat im Sumpf 3, beispielsweise mit einer geregelten elektrischen Heizung 11 auf Leichtwassersiedetemperatur gehalten wird. In dem Sumpf 3 wird bereits ein Teil des HTO bzw. T₂O zurückgehalten.

HTO- und T₂O-Moleküle, die aufgrund der sogenannten Vorver­ dampfung bereits unterhalb ihres Siedepunktes wieder aus dem Sumpf 3 verdampfen, werden in dem mit den Feuchteab­ scheidern bzw. Oberflächenkondensatoren 8 bei Leichtwasser­ siedetemperatur bestückten Dampfdom 9 auskondensiert, nach­ dem sie für die H₂O-Moleküle als Kondensationskerne gewirkt haben. Eine etwaiger Rest an HTO- bzw. T₂O-Molekülen kann mit Wassertröpfchen über den Dampfauslaß 10 des Doms 9 einem nachgeschalteten Trocknerzyklon zugeführt und dort ausgeschleudert werden. Der von den radioaktiven Bestand­ teilen gereinigte Leichtwasserdampf kann in die Atmosphäre abgeblasen werden.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die vom Tritium herrührende Radioaktivität in dem Behältersumpf angerei­ chert und auf diese Weise eine Freisetzung in die Atmosphä­ re mit relativ einfachen und billigen Mitteln verhindert. Zu beachten ist dabei, daß das hauptsächliche Zurückhalten von Tritium nicht beim Verdampfen der Deionatvorlage son­ dern beim Kondensieren in dem Dampfdom und gegebenenfalls beim Ausschleudern der Feuchte im nachgeschalteten Zyklon od. dgl. stattfindet.

Claims (4)

1. Verfahren zum Abtrennen radioaktiver Bestandteile aus im Störfall in die Atmosphäre abzublasenden Gasen und/ oder Dämpfen eines Kernreaktors, bei dem die Gase bzw. Dämpfe vor dem Abblasen durch einen Trocknerzyklon geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gasen bzw. Dämpfen in Form von HTO und/oder T₂O ent­ haltenes Tritium (T) durch Einblasen der Gase bzw. Dämpfe in eine auf Leichtwassersiedetemperatur gehal­ tene Deionatvorlage und durch Kondensieren von aus der Deionatvorlage kommenden HTO- bzw. T₂O-Dampfmolekülen an auf Leichtwassersiedetemperatur eingestellten Feuchteabscheidern bzw. Oberflächenkondensatoren sowie durch Abscheiden von H₂O/HTO bzw. H₂O-/HTO-Wasser­ tröpfchen in der Deionatvorlage angereichert wird, und daß in der Deionatvorlage nicht gesammelte HTO- bzw. T₂O-Moleküle in dem Trocknerzyklon abgetrennt werden.

2. Vorrichtung zum Abtrennen radioaktiver Bestandteile aus im Störfall in die Atmosphäre abzublasenden Gasen und/oder Dämpfen eines Kernreaktors mit einem der Ab­ blaseeinrichtung vorgeschalteten Trocknerzyklon, insbe­ sondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Behälter zur Vorlage von Deionat und einer Dampfzuleitung unterhalb des Wasserspiegels, da­ durch gekennzeichnet, daß oberhalb des Wasserspiegels (7) des Sumpfs (3), der die Deionatvorlage aufnimmt, Feuchteabscheider oder Oberflächenkondensatoren (8) in dem in diesem Bereich als Dampfdom (9) mit Auslaß ausgebildeten Behälter (1) angeordnet sind, und daß der Sumpf (3) eine Zuflußleitung (2) für auf Siedetem­ peratur eingestelltes Deionat, einen Ablauf (4) für mit HTO bzw. T₂O angereicherte Flüssigkeit, sowie eine Heizung (11) zum Einhalten der Siedetemperatur aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Trocknerzyklon dem Auslaß (10) des Dampfdomes (9) nachgeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Behälter eine isolierte Wandung be­ sitzt.