DE60005500T2

DE60005500T2 - Behälter zur lagerung schädlicher stoffe und verfahren zur lagerung schädlicher stoffen im rumpf eines betonbehälters

Info

Publication number: DE60005500T2
Application number: DE60005500T
Authority: DE
Inventors: Hans Georgii
Original assignee: Oyster International NV
Current assignee: Oyster International NV
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: EP1175682B1; JP2002543399A; DE60005500D1; SE514082C2; AU4635100A; EP1175682A1; SE9901491L; WO2000065604A1; US6660972B1; SE9901491D0; RU2243606C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Lagerung von gefährlichen Materialien, insbesondere von schwach radioaktiven Materialien und von chemisch oder biologisch gefährlichen Materialien. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Behälter zur Aufbewahrung derartiger Materialien – egal ob Abfall- oder Nutzstoffe – in einem abgedichteten Aufbewahrungsraum und ein Verfahren zum flüssigkeitsdichten Einschluss von gefährlichen Materialien in einem Behälterkörper aus Beton.
Verfahren nach dem Stand der Technik zum Aufbewahrung radioaktiver Materialien wie zum Beispiel Brennstoffelemente für Kernreaktoren, beinhalten den Einschluss der Materialien in einem Versand- oder Aufbewahrungsbehälter aus Stahlbeton (DE-A-35 15 871). Das radioaktive Material wird in einen allgemein zylindrischen monolithischen Behälterkörper mit einem sich senkrecht erstreckenden Aufbewahrungsraum und einer Zugangsöffnung, die den Aufbewahrungsraum mit der äußeren Oberfläche des Behälterkörpers an einem Ende desselben verbindet, eingebracht. Abgesehen von dieser Öffnung ist der Aufbewahrungsraum fugenlos.
Nachdem das radioaktive Material in den Aufbewahrungsraum durch die Zugangsöffnung eingebracht wurde, wird ein Verschlusskörper aus Fertigbeton in die Zugangsöffnung eingesetzt und mit dem Behälterkörper verschraubt. Ein in den Spalt zwischen der Wand der Zugangsöffnung und den Verschlusskörper platziertes Dichtungselement gewährleistet, dass der Einschluss des radioaktiven Materials flüssigkeitsdicht ist.
Bei diesem Versand- und Aufbewahrungsbehälter nach dem Stand der Technik ist das Dichtungselement ein Unsicherheitsfaktor. Obwohl das Dichtungselement im Anfang hinreichend dichtet, kann es im Laufe der Zeit seine Dichtfähigkeit teilweise oder ganz verlieren, z.B. infolge des Einflusses des aufbewahrten Materials. Es ist Aufgabe der Erfindung, in einem Betonbehälter zur Aufbewahrung eines gefährlichen Materials eine zufriedenstellende sichere Aufbewahrung des Materials für eine sehr lange Zeit, beispielsweise über mehrere Jahrzehnte hinweg zu gewährleisten.
Mit dem Behälter und dem Verfahren gemäß der Erfindung, deren Merkmale in den Ansprüchen aufgeführt sind, wird diese Aufgabe dadurch erfüllt, dass man nach der Einbringung des gefährlichen Materials in einen vom Behälterkörper gebildeten Aufbewahrungsraum Beton in eine Zugangsöffnung eines Behälterkörpers durch die Zugangsöffnung gießt und den Beton unter Zuführung von Wärme in dem Abschnitt des Behälterkörpers, der die Zugangsöffnung umgibt, aushärten lässt. Die Zuführung von Wärme bewirkt, dass sich die Zugangsöffnung infolge der Wärmeexpansion des aufgeheizten Abschnittes des Behälterkörpers ausdehnt. Nach einer angemessenen Aufheizperiode gestattet man dem aufgeheizten Abschnitt Umgebungstemperatur anzunehmen, wobei beim Härten des in die Zugangsöffnung gegossenen Betons ein Schrumpfsitz mit dem Verschlusskörper erzielt wird.
Der Schrumpfsitz ist besonders wirkungsvoll, wenn der Behälterkörper eine Metallverstärkung, vorzugsweise eine vorgespannte Verstärkung enthält, die sich um die Zugangsöffnung herum erstreckt, und diese Verstärkung zusammen mit dem Beton aufgeheizt wird.
Vorzugsweise wird zum Heizen eine Heizung, z.B. eine elektrische Heizung verwendet, die in den Beton eingebettet wird und sich um die Zugangsöffnung herum erstreckt.
Der erfindungsgemäße Behälter und das erfindungsgemäße Verfahren werden im folgenden unter Bezugnahme auf die dargestellte beispielhafte Ausführungsform eines Behälters zur Rufbewahrung gefährlicher Materialien näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine senkrechte Schnittansicht des Behälters, und
2 eine vergrößerte Schnittansicht des Behälters nach 1.
In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Behälter einen kreisförmigen zylindrischen Behälterkörper 11 auf, der in den Zeichnungen in seiner normalen aufrechten Lage dargestellt ist. Der Behälterkörper 11 ist ein monolithischer Körper aus Beton und bildet einen zentralen, ebenfalls kreisförmigen zylindrischen Aufbewahrungsraum 12. Ein rohrförmiger Mündungsabschnitt 11A am oberen Ende des Behälterkörpers 12 definiert eine Zugangsöffnung 13. Durch diese Öffnung 13 kann im Behälterkörper 11 einzuschließendes und für kürzere oder längere Zeit aufzubewahrendes Material in den Aufbewahrungsraum 12 eingebracht und bei Bedarf entfernt werden. Die Zugangsöffnung 13 bildet eine sich nach oben erstreckende Verlängerung des Aufbewahrungsraums 12.
Wie in den Zeichnungen dargestellt, wurde der Behälterkörper 11 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abgedichtet, nachdem eine Anzahl von gefährliches Material enthaltenden Innenbehältern C im Aufbewahrungsraum 12 aufeinander gestapelt wurden. Das gefährliche Material kann radioaktives, insbesondere schwach radioaktives, chemisches oder biologisches Material oder jedes beliebige andere Material sein, das derart aufbewahrt werden muss, dass es zuverlässig daran gehindert ist, aus dem Behälterkörper zu entweichen.
Der Behälterkörper 11 ist sowohl mit einer in die Wand 15 des Behälterkörpers eingebetteten axialen Stahlverstärkung 14 als auch einer weiteren, um die zylindrische äußere Oberfläche der Wand 15 gewickelten Verstärkung 16 aus Stahldraht versehen. Ferner ist eine (nicht dargestellte) Stahlverstärkung in die Bodenwand 17 des Behälterkörpers 11 eingebettet. Alle Verstärkungen können vorgespannt sein.
Eine Heizung 18 ist in den oberen Abschnitt des Behälterkörpers 11 einschließlich Mündungsabschnitt 11A eingebettet. Vorzugsweise ist die Heizung 18 eine elektrische Heizung, aber die Heizenergie, die der Heizung zum Aufheizen des oberen Abschnittes des Behälterkörpers 11, insbesondere des Mündungsabschnittes 11A zugeführt wird, kann auch eine nicht elektrische Energie sein. Der Heizung 18 zugeordnet sind Mittel zum Anschluss der Heizung an eine Energiequelle und Mittel zur Regelung und Überwachung der Heizung, diese sind jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt.
In der dargestellten Ausführungsform hat die Heizung 18 die Form einer zylindrischen Spirale, die koaxial zu der Wand 15 des Behälterkörpers 11, zu dem Aufbewahrungsraum 12 und der Zugangsöffnung verläuft. Die Heizung begrenzt axial gesehen den Abschnitt der Behälterkörperwand 15, der die Zugangsöffnung 13, d.h. den Mündungsabschnitt 11A definiert, und eine angrenzende axiale Strecke des Abschnittes der Wand, die den Aufbewahrungsraum 12 definiert. Über diese Strecke kann die Steigung der spiralförmigen Heizung allmählich in der zum Mündungsabschnitt 11A entgegengesetzten Richtung zunehmen, so dass die Heizleistung pro Volumeneinheit des Betons geringer als im Mündungsabschnitt ist. Während des Aufheizens entwickelt sich somit ein Temperaturgefälle im Beton unterhalb des Mündungsabschnittes 11A.
Nachdem die Behälter C in den Aufbewahrungsraum 12 eingebracht wurden, wird eine flüssigkeitsdichte Abdichtung des Behälterkörpers 11 dadurch bewerkstelligt, dass man einen Verschlusskörper 19 aus Beton in die Zugangsöffnung 13 gießt. Eine in die Zugangsöffnung 13 vor dem Eingießen des den Verschlusskörper 19 bildenden Betons eingesetzte Platte 20 begrenzt den vom Beton eingenommenen Platz. Diese Platte kann jedoch weggelassen werden, so dass der in die Zugangsöffnung 13 zur Formung des Verschlusskörpers 19 gegossene Beton die Behälter C erreichen und auch den Spalt zwischen den Behältern und der Behälterkörperwand 15 ausfüllen kann, wodurch die Behälter im Aufbewahrungsraum 12 immobilisiert werden.
Zur Abdichtung des Behälterkörpers 11 wird Beton in die Zugangsöffnung 13 gegossen und zur gleichen Zeit, oder einige Zeit vor dem Eingießen, wird die Heizung eingeschaltet, um den oberen Abschnitt des Behälterkörpers 11 aufzuheizen und ihn dadurch einschließlich der Verstärkung 16 auszudehnen, so dass die Zugangsöffnung aufgeweitet wird. Der eingegossene, noch nasse Beton wird intensiv vibriert und nach einigen Stunden nochmals vibriert, so dass ein sehr inniger Kontakt zwischen dem Beton des Behälterkörpers 11 und dem Beton des Verschlusskörpers 19 entsteht.
Während der ersten Phase des Aushärtens des Betons des Verschlusskörpers 19 kann es vorteilhaft sein, den nassen Beton zu kühlen. Dies kann dadurch erfolgen, dass man Kühlstäbe oder andere Kühlorgane in den noch zähflüssigen Beton einsteckt.
Wenn der Beton in der Zugangsöffnung 13 genügend ausgehärtet ist, kann das Heizen eingestellt werden, so dass die Temperatur des oberen Abschnittes des Behälterkörpers 11 reduziert wird und der Mündungsabschnitt 11A sich dadurch etwas verengt und auf den in der Zugangsöffnung geformten Verschlusskörper 19 einen ungerichteten radialen Druck ausübt. Dieser Druck stärkt den Verbund zwischen dem Verschlusskörper 19 und dem ihn umgebenden Mündungsabschnitt 11A, so dass sich eine vollkommen flüssigkeitsdichte und dauerhafte Abdichtung ergibt. Falls gewünscht kann das Heizen derart geregelt werden, dass man die Temperatur des Betons im Mündungsabschnitt 11A in Abhängigkeit von der fortschreitenden Härtung des den Verschlusskörper 19 bildenden Betons verändert. Vorzugsweise wird der Mündungsabschnitt 11A auf eine Temperatur innerhalb eines festgelegten Temperaturbereiches aufgeheizt, während der angrenzende Abschnitt des Behälterkörpers 11 auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die von der zuerst erwähnten Temperatur in der Nähe des Mündungsabschnittes 11A auf die Umgebungstemperatur in der Nähe des unteren Endes der Heizung 18 abfällt.
Der Behälterkörper 11 kann zentral hergestellt und in geeigneter Anzahl für zukünftigen Gebrauch gelagert werden. Zur sicheren Aufbewahrung des gefährlichen Materials nach seiner Einbringung in den Aufbewahrungsraum 12 des Behälterkörpers 11 ist es lediglich erforderlich, Beton in die Zugangsöffnung 13 zur Bildung des Verschlusskörpers 19 zu gießen und das Aufheizen des oberen Abschnittes des Behälterkörpers zu regeln. Diese Abdichtvorgänge können ohne weiteres an jedem beliebigen Ort, z.B. dort, wo das gefährliche Material sicher aufbewahrt werden soll, vorgenommen werden.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, kann der abgedichtete Verschlusskörper 19 nicht leicht entfernt werden. Sollte es jedoch erforderlich sein, den abgedichteten Behälterkörper 11 zu öffnen, um Zugang zu dem aufbewahrten gefährlichen Material zu schaffen, kann das Öffnen mit einem angemessenen Aufwand dadurch bewerkstelligt werden, dass man mit Brechmeißeln oder anderen Brechwerkzeugen den Verschlusskörper 19 wegschneidet. Ein auf diese Weise geöffneter Behälterkörper kann wiederverwendet werden.

Claims

Behälter zur Aufbewahrung gefährlichen Materials in einem abgeschlossenen Aufbewahrungsraum, umfassend einen Betonbehälterkörper (11), der den Aufbewahrungsraum (12) bildet und mit einem Mündungsabschnitt (11A) versehen ist, der eine Zugangsöffnung (13) zur Einbringung des gefährlichen Materials (C) definiert, und einen Betonverschlusskörper, der von der Öffnung aufgenommen wird, um den Aufbewahrungsraum (12) flüssigkeitsdicht abzudichten, gekennzeichnet durch eine Heizung (18), die im Behälterkörper (11) um die Zugangsöffnung (13) herum zum Aufheizen des Mündungsabschnittes (11A) angeordnet ist.
Behälter nach Anspruch 1, bei dem der Behälterkörper durch eine Umfangsmetallverstärkung (16) am Mündungsabschnitt (11A) des Behälterkörpers (11) verstärkt ist, und die Verstärkung innerhalb des Heizbereiches der Heizung (18) angeordnet ist, wobei sie infolge des Aufheizens des Mündungsabschnittes (11A) aufgeheizt wird.
Behälter nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich die Heizung (18) im Wesentlichen durch den ganzen Mündungsabschnitt (11A) und über den Mündungsabschnitt hinaus in den angrenzenden Abschnitt des Behälterkörpers (11) erstreckt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Heizung (18) angepasst ist, den Behälterkörper (11) auf eine erste Temperatur innerhalb des Mündungsabschnittes (11A) und auf eine zweite Temperatur innerhalb des angrenzenden Abschnittes des Behälterkörpers aufzuheizen, wobei die erste Temperatur in einem festgelegten Temperaturbereich liegt und die zweite Temperatur gegenüber der ersten Temperatur in der zum Mündungsabschnitt (11A) entgegengesetzten Richtung allmählich abnimmt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem sich die Heizung (18) spiralförmig um die Zugangsöffnung (13) herum innerhalb des Mündungsabschnittes (11A) des Behälterkörpers (11) erstreckt.
Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Behälterkörper (11) im Wesentlichen zylindrisch ist und bei dem die Zugangsöffnung (13) an einem Ende des Behälterkörpers ausgebildet ist und eine Verlängerung des Aufbewahrungsraumes (12) bildet.
Verfahren zum Einschluss gefährlichen Materials in einem einen Aufbewahrungsraum (12) definierenden Betonbehälterkörper (11) mit einer Zugangsöffnung (13) zur Einbringung des gefährlichen Materials (C) in den Aufbewahrungsraum, umfassend ein flüssigkeitsdichtes Abdichten des Aufbewahrungsraums (12) durch Einbringen eines Verschlusskörpers (19) aus Beton in die Zugangsöffnung (13) nach der Einbringung des gefährlichen Materials, gekennzeichnet durch Eingießen von Beton in die Zugangsöffnung (13) nach der Einbringung des gefährlichen Materials (C) in den Aufbewahrungsraum (12), und Aushärtenlassen des Betons unter Zuführung von Wärme zu demjenigen Abschnitt (11A) des Betonbehälterkörpers (11), der die Zugangsöffnung (13) umgibt.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Wärme mittels einer Heizung (18) zugeführt wird, die in dem die Zugangsöffnung (13) umgebenden Abschnitt (11A) des Betonbehälterkörpers (11) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das Aufheizen des die Zugangsöffnung (13) umgebenden Abschnittes (11A) des Behälterkörpers (11) das Aufheizen einer Metallverstärkung (16) dieses Abschnittes beinhaltet, wobei sich die Verstärkung um die Zugangsöffnung herum erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Temperatur des Abschnittes (11A) des Behälterkörpers (11), der die Zugangsöffnung (13) umgibt, in Abhängigkeit von der fortschreitenden Aushärtung des in die Zugangsöffnung (13) eingegossenen Betons geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der in die Zugangsöffnung (13) eingegossene Beton während der Anfangsphase des Aushärtens des Betons gekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem der in die Zugangsöffnung (13) eingegossene Beton unmittelbar nach dem Eingießen intensiv in Vibration versetzt wird.