DE4302536C2 - Strahlungsabsorbierender Langzeitbaustein - Google Patents

Description

Das technische Gebiet der Erfindung ist ein strahlungsabsorbierender Langzeitbaustein sowie die Verwendung dieses Bausteines zur Herstellung von Umbauungen, mit welchen strahlenverseuchte Bereiche abgeschirmt werden können. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entsorgung von strahlenabsonderndem Material, wie radioaktive Abfälle.

Ein drängendes Problem ist heute die Entsorgung radioaktiven Materials. Vielfach wird dieses Material wiederaufbereitet, was hinsichtlich des Transportweges und der Gefahr der dabei auftretenden Unfälle bedenklich erscheint. Oft wird radioaktives Material auch - zunächst einfach - in vermeintlich sichere Tieflager versenkt, wo es in Behältern über Jahrhunderte gelagert werden soll. An die Behälter wird dabei eine besonders hohe Anforderung gestellt, denn sie müssen zum einen mechanisch stabil und zum anderen geringfügig wärmeleitend sein, da radioaktive Substanzen und die von ihnen ausgehende Gammastrahlung Langzeit-Wärmequellen darstellen.

Als Stand der Technik für Recycling oder Entsorgung von ausgedienten Farbfernseh-Bildröhren ist es bekannt die Fernsehröhren zu zerkleinern, den Glasbruch zu reinigen und als Sekundärrohstoff zu verwenden, vgl. DE 41 30 531 A1, DE 41 24 595 A1. Ebenso ist es bekannt, die Bildröhre in Konus und Schirm zu zerteilen und beide Teile getrennt zu verwerten, vgl. DE 39 01 842 A1. Eine Verwendung von gemahlenem Glas aus Glasbruch, der bei der Fertigung von Bildröhren anfällt, ist als strahlenabsorbierender Zuschlagsstoff zu Zement oder Sand oder Mörtel aus der DE 25 16 023 B2 (dort Spalte 5, 6) bekannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abschirmung gegen radioaktive Strahlungen zu schaffen, in Form eines Langzeitbausteins, der insbesondere preiswert sein soll. Diese Aufgabe wird mit der Erfindung gemäß Anspruch 1, 14 oder 17 gelöst.

Tragend für die Erfindung ist dabei die Verwendung von Farbbildröhren. Solche Röhren können Fernsehröhren, Computer- Anzeigeröhren oder Radar-Monitore sein, maßgebend ist lediglich, daß sie Farbdarstellungen ermöglichen. Diese Röhren können von all ihren Anbauten wie mechanischen Halterungen und elektrischen Verbindungen befreit werden und in einen Halter eingebaut werden, der die besondere Form der Bildröhren in eine einfache symmetrische Form umsetzt. Dieser Halter bildet die Außenwand oder den Außenrahmen zu der innenliegenden Farbbildröhre. Zwischen Farbbildröhre und Halter - wenn dieser aus Plattenelementen gemäß Anspruch 4 aufgebaut ist - kann ein stabiles Füllgut eingebracht werden, das auch ein strahlenabsorbierender Kunststoff sein kann.

Ein weiterer maßgeblicher Vorteil der Verwendung von Farbbildröhren, neben der Fähigkeit die bei radioaktivem Abfall auftretenden Gammastrahlen zu absorbieren, ist die gleichzeitige Entsorgung von Farbbildröhren. Solche Röhren stellen ein erhebliches Umweltproblem dar, bilden sie doch aufgrund ihrer giftigen Inhaltsstoffe ein wenig erfreuliches Nebenprodukt menschlicher Zivilisation. Die Zahl der Röhren, die entsorgt werden muß und die den Abfall belastet, beläuft sich derzeit auf ca. eine halbe Million Bildröhren pro Jahr. In dieser Zahl fallen die ausgemusterten Fernsehgeräte allein in Deutschland jedes Jahr an. Ein Fernsehgerät wiegt etwa 30 kg, wovon 21 kg auf die Farbbildröhre inklusive ihrer Ablenkeinheit entfallen. Die Gehäuse-/Kunst- und Preßstoffe des Fernsehgerätes belaufen sich auf etwa 4 kg, die Kunststoffe der Rückwand auf etwa 2 kg und die Elektronik mit Chassis auf etwa 3 kg. Alle diese Materialien müssen entsorgt werden.

Ein näheres Hinsehen auf die 21 kg der Farbbildröhre zeigt, daß gerade diejenigen Stoffe, die in geringen Gewichten in der Röhre verarbeitet sind, die sehr giftigen Stoffe sind. So weist die Röhre ca. 7 g Leuchtstoffe auf, dessen wesentlicher Bestandteil Zinksulfid (3 g) ist. Daneben enthalten die Leuchtstoffe ca. 100 mg Cadmium-Sulfid. Neben den 7 g Leuchtstoffen sind 10 g sonstige Inhaltsstoffe in einer Farbbildröhre enthalten, wovon die "Getter" die gefährlichsten darstellen; sie haben als aktive Bestandteile Barium mit 0.3 g und Aluminium mit 0.15 g.

Eine Betrachtung der Glas-Zusammensetzung dieser Bildröhren zeigt, daß keineswegs mehr reines Glas verwendet ist, sondern Konus und Schirm mit unterschiedlichen Glassorten hergestellt werden. So besteht der Konus im wesentlichen aus Bleiglas (6.3 kg), das Schirmglas hingegen aus Ba/Sr-Silicatglas (12.3 kg). Auch Glasemaille, also Glaslot auf Bleiboratbasis, ist mit 0.1 kg vertreten. Diese Mischung der Gläser eignet sich besonders für die Strahlenabschirmung. Das bei bisheriger Entsorgung eingesetzte komplexe Verfahren, mit der zunächst die Leuchtstoffe und sonstigen Inhaltsstoffe der Bildröhre von der Innenseite des Schirms abgehoben (meist: abgekratzt) wurden, kann entfallen. Die Farbbildröhre wird mit all ihren Inhaltsstoffen so als Behälter für die strahlenabsondernden Materialien eingesetzt. Lediglich die elektrischen und mechanischen Anschlüsse und Befestigungsvorrichtungen werden entfernt und im Hals kann eine Öffnung angeordnet sein, durch welche die strahlenabsondernden Materialen in das Innere der Röhre eingeführt werden. Diese Öffnung kann gemäß Anspruch 18 wieder verschmolzen werden.

Werden symmetrische Halter um die Röhren angeordnet, also pyramidenförmige Behälter zur Entstehung gebracht, so kann ein solcher Behälter - wenn er hinreichend symmetrisch ist - zu Wänden und Mauern verbaut werden. Die Farbbildröhren kommen dabei mit ihren Konussen regelmäßig gegeneinander zu liegen, so daß die Abschirmung durch die weitgehend nebeneinander verlaufenden Konusse in ihrer Dicke verdoppelt werden. Ein solcher Baustein ist jedenfalls verrottungsfrei, da Glas eine Langzeitstabilität aufweist. Von diesem Langzeitbaustein können nun mehrere nebeneinander zu Wänden und Mauern verbaut werden, so daß die jeweils gegeneinander gestellten Schirmgläser, die keine Strahlen absorbieren können, nicht mehr zum Tragen kommen. Jeweils der gegenüberliegende Konus der benachbarten Röhre - in dem jeweiligen Baustein - sorgt für die entsprechende Abschirmung, die von dem Schirmglas nicht besorgt werden kann.

Fallen Strahlenquellen mit höherer Strahlenintensität an, beispielsweise bei Kernkraftwerks-Unfällen, können entsprechende Mauern um ganze Bereiche gezogen werden, die in ihrer Dicke dem jeweiligen Ausmaß des Strahlenschadens angepaßt werden.

Das Verständnis der Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen vertieft.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Baustein 20, der im wesentlichen rechteckförmige Gestalt hat. Seine Außenwände sind aus Kunststoff, Metall oder einem sonstigen langzeitstabilen Material. In ihm ist eine Farbbildröhre 1 vorgesehen, in welche ein strahlenbelastetes Material 10 eingebracht ist.

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen solchen Baustein, bei dem die Einfüllöffnung am Ende des Konusses 1a der Bildröhre 1 erkennbar ist.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Gestaltungen von Mauerwerken mit dem Baustein 20 gemäß Fig. 1 oder Fig. 2. Jede Etage 30a, 30b, 30c, besteht aus abwechselnd gegeneinander gerichteten Bausteinen 20. Die dann jeweils darunter und darüber liegenden Etagen sind etwa um die halbe Breite jedes Bausteines 20 versetzt. Werden Wände in dieser Grundstruktur verdoppelt, verdreifacht oder mit einer Mehrzahl von nebeneinanderliegenden vertikalen Bausteinschichten gebaut, so ergibt sich eine erhöhte Strahlenabsorption gegen Γ-Strahlen (auch Primärphotonen) und Neutronen.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen zwei verschiedene Gestaltungen eines Bausteines 20, der die Farbbildröhre 1 - mit Konus 1a und Schirm 1b - enthält. Während die Fig. 1 einen - im wesentlichen rechteckförmige Grundfläche aufweisenden - Quader 20 zeigt, läßt die Draufsicht in Fig. 2 erkennen, daß eine Pyramidenstumpfform für den Halter 21 gewählt wurde. Die Stumpfform ergibt sich, weil ein Einfüllstutzen am oberen Ende des Konusses 1a verbleiben muß und wegen der herkömmlichen Bildröhren, die ein Bildformat von 4 : 3 oder 16 : 9 mit Rechteckform als Schirmfläche haben.

Fig. 1 zeigt mit seinem Schnitt, wie der Behälter 20 in seinem von der Bildröhre 1 nicht ausgefüllten Raum - eingefaßt von den Seitenwänden ("Halter") 21 - befüllt ist. Die Befüllung 2 kann ein Kunststoffschaum sein, er kann auch strahlenabsorbierende Eigenschaften haben, um die Abschirmung des Glases der Farbbildröhre 1 zu verstärken. In die Farbbildröhre, die mit ihrem Schirm 1b nach unten weisend dargestellt ist, ist auf dem Wege 10a (vergl. Pfeil) radioaktiv belastetes Material 10 eingebracht worden. Nach Befüllung kann die Farbbildröhre an ihrem konusseitigen Ende 1a wieder verschlossen werden, was mit Flammeinwirkung unter Schmelzen 1a des dortigen Glases erreicht werden kann. Dies ist gleichzeitig eine Versiegelung gegen Austritt von radioaktivem Material.

Die Figuren zeigen keine Zubehörteile der Farbbildröhre, diese sind im wesentlichen entfernt worden, da sie getrennten Recyclingprozessen zugeführt werden können.

Die Fig. 2 und 3 zeigen Wände, die mit dem Baustein nach den Fig. 1 und 2 entstehen können. Hinsichtlich des Quaders der Fig. 1 bestehen keine großen Schwierigkeiten, eine solche Mauer oder Abschirmwand zu ziehen. Der verrottungsfreie Langzeitbaustein 20 mit seiner Farbbildröhre als Inhalt läßt sich wie ein großer Ziegelstein verbauen. Er ist dabei einfach handhabbar. Gegenüber herkömmlichem Strahlenschutz-Beton hat er den Vorteil, daß er in großen Stückzahlen sofort an einer Unglückstelle verbaut werden kann, ohne Verschalungen und ohne Wartezeiten bis zur Trocknung des Betons. Er ist daneben auch von Robotern, die in strahlenverseuchtem Gebiet arbeiten können, übereinanderstapelbar, so daß keine Menschen in verseuchtes Gebiet eindringen müssen, um dieses Gebiet von der Außenwelt abzuschirmen.

Zum Bau dieser Wände können sowohl Leer-Bildröhren in ihren Behältern 21 verwendet werden, als auch bereits mit schwach- oder mittelaktiven radioaktivem Abfall befüllte Bausteine 20.

Die Strahlenschutzwand gemäß einem Baustein mit Kegelstumpfform (Fig. 2) erklärt sich deutlich anhand der Fig. 4. Dabei werden Etagen 30a, 30b, 30c ... gebildet. In jeder Etage ist ein Gegeneinanderschachteln der Bausteine 20 vorgesehen. Konusenden kommen dabei neben Schirmflächen zu liegen und vice versa. Die jeweils nächsthöhere und nächsttiefere Etage ist um etwa eine halbe Bausteinbreite 20 versetzt, dies bekräftigt die Stabilität und die weitere Abschirmqualität einer solchen strahlenabsorbierenden Wand.

Die Orientierung der Bildröhren 1 - bei Haltern 21 die einer Pyramide (Fig. 2) entsprechen - zeigt Fig. 3 schematisch. Jeweils Konusenden 1a und Schirmflächen 1b sind gegeneinandergestellt. Nach allen Seiten bestehen Erweiterungsmöglichkeiten. Wenn die Reihen noch um einen Abstand (Mitte-Mitte) der Bausteine 20 relativverschoben werden, schirmen die Konusse 1a mit ihrem Bleiglas Γ-Strahlung ab, die aus der Schirmfläche 1b des in der Reihe gegenüberliegenden Bausteins entweicht.

Claims (18)

1. Strahlenabsorbierender Langzeitbaustein beinhaltend:

• a) einen äußeren Halter (21), der die Form und Symmetrie des Bausteines (20) bestimmt;
• b) eine Farbbildröhre (1), die in dem Halter (21) fixiert ist und einen Konus (1a) im wesentlichen aus Bleiglas aufweist.

2. Baustein nach Anspruch 1, bei dem die Fixierung eine mechanisch feste Verankerung ist.

3. Baustein nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Farbbildröhre (1) von dem Halter (21) vollständig umfaßt ist.

4. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Halter (21) aus Platten oder Plattenelementen besteht.

5. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Halter (21) an die äußere Form der Farbbildröhre (1) angepaßt ist, wobei er pyramidenförmig oder pyramidenstumpfförmig gestaltet ist.

6. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Baustein (20) mit Halter (21) als Quader gestaltet ist.

7. Baustein nach Anspruch 6, bei dem der Halter (21) mit rechteckiger Grundfläche gestaltet ist.

8. Baustein nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem zwischen den Platten oder Plattenelementen und der Farbbildröhre (1) fixierendes Füllgut (2), wie Kunststoffschaum, eingebracht ist.

9. Baustein nach Anspruch 8, bei dem das Füllgut (2) ein strahlenabsorbierender Kunststoff ist.

10. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die elektrischen und/oder mechanischen Anschlüsse und Anbauten der Farbbildröhre (1) im Baustein (20) im wesentlichen entfernt sind.

11. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Farb­ bildröhre (1) an einer Stelle - vorzugsweise am Halsende (1a) - eine Öffnung aufweist oder eine solche Öffnung eingebracht ist.

12. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Farbbildröhre (1) eine Fernsehröhre, Computer-Anzeigeröhre oder Radar-Monitorröhre ist.

13. Baustein nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem in der Farbbildröhre (1) als strahlenabsorbierender Behälter strahlenabsonderndes, insbesondere radioaktives, Material (10) enthalten ist.

14. Verwendung von Bausteinen gemäß einem der Ansprüche 1-13 als Bauelement für abschirmende Umbauungen, wie Mauern, Wände, Decken, Kessel, mit welchen strahlenverseuchte Bereiche von der Um- und Außenwelt abschirmbar werden.

15. Verwendung nach Anspruch 14, bei der die Bauelemente abwechselnd gegeneinander versetzt werden.

16. Verwendung nach Anspruch 14 oder 15, bei der die Bauelemente abwechselnd entgegengesetzt angeordnet und zusammengeschachtelt werden.

17. Verfahren zur Entsorgung von strahlenbelastetem Material, bei dem das strahlenbelastete Material (10) in die Farbbildröhren (1) von Bausteinen nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gefüllt wird (10a), die zuvor ihrer wesentlichen mechanischen und elektrischen Anschlüsse und Anbauten entledigt und mit einer Einfüllöffnung versehen wurden.

18. Verfahren zur Entsorgung nach Anspruch 17, bei dem die Einfüllöffnung nach Befüllen mit strahlenbelastetem Material mittels beschränktem Einschmelzen der Glasränder wieder verschlossen wird.