DE68902062T2

DE68902062T2 - Verfahren zum kompaktieren radioaktiver metallabfaelle.

Info

Publication number: DE68902062T2
Application number: DE8989300804T
Authority: DE
Inventors: Donen-Hyakuzukahara-Danc Inada; Kazuo Kitagawa; Fumiaki Komatsu; Takayoshi Masaki; Yoshihisa Sawada; Masao Shiotsuki
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan; Kobe Steel Ltd
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1988-02-01
Filing date: 1989-01-27
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2009-01-28
Also published as: US4929394A; EP0327271B1; JPH0731280B2; EP0327271A1; JPH021599A; DE68902062D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Preßverdichtungsverfahren, das geeignet ist, um radioaktive Metallabfälle wie z. B. die Umhüllungen von verbrauchtem Kernbrennstoff (nachstehend als "Hüllen" bezeichnet), die für die Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoff zu kurzen Stücken zerteilt sind, über einen verlängerten Zeitraum sicher zu lagern.
In dem Dokument DE-A 3 129 852 ist offenbart, daß der Abfall in Kapseln vorverdichtet wird, anschließend auf die Kapseln hoher Druck ausgeübt wird und die Kapseln in einen Gesamtbehälter eingebracht werden, der schließlich verschlossen wird.
Zum Preßverdichten und Stabilisieren so eines radioaktiven Metallabfalls für die Lagerung des Abfalls ist die Aufmerksamkeit in den letzten Jahren auf eine isostatische Warmpreßbehandlung (nachstehend als "IWP"-Behandlung bezeichnet) gerichtet worden.
In der Geprüften Japanischen Patentpublikation SHO 57-959 ist beispielsweise ein Verfahren offenbart, bei dem radioaktiver Metallabfall in einer Preßform vorverdichtet wird, um einen Block zu erhalten, der Block in einen IWP-Behandlungsbehälter eingebracht wird, der IWP-Behandlungsbehälter entgast wird oder nicht entgast wird und verschlossen wird und der verschlossene IWP-Behandlungsbehälter in seiner Gesamtheit einer IWP-Behandlung unterzogen wird. Dieses Verfahren schließt einen Vorverdichtungsschritt ein, um die Rohdichte (vor der IWP-Behandlung) des radioaktiven Metallabfalls, der in den IWP-Behandlungsbehälter einzubringen ist, zu erhöhen. Die erhöhte Rohdichte dient dazu, die Verformung des IWP-Behandlungsbehälters durch die IWP-Behandlung zu minimieren und einen Bruch des IWP-Behandlungsbehälters, der eintreten könnte, wenn der IWP-Behandlungsbehälter in hohem Maße verformt wird, zu vermeiden. Unter diesem Gesichtspunkt ist es erwünscht, daß der vorverdichtete (preßgeformte) Block eine Rohdichte von mindestens 60% seiner wahren Dichte (Dichte des Abfallmetalls) hat.
Bei dem Verfahren, das in der vorstehenden Druckschrift offenbart ist, ist der verdichtete Block, der in den IWP-Behandlungsbehälter einzubringen ist, zu einem Außendurchmesser verdichtet, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des IWP-Behandlungsbehälters ist, und der Block hat somit etwa dieselbe Querschnittsfläche wie der IWP-Behandlungsbehälter. Der Abfall wird folglich in einer Preßform vorverdichtet, die, wenn sie geschlossen ist, etwa dieselbe Querschnittsfläche hat wie der IWP-Behandlungsbehälter.
Weil die Preßform im geschlossenen Zustand im allgemeinen denselben Querschnitt hat wie der IWP-Behandlungsbehälter, ist eine sehr große Gesamt-Druckbelastung erforderlich, um das gewünschte Verhältnis Rohdichte/wahre Dichte zu erhalten. Beispielsweise ist die Gesamt-Druckbelastung, die bei einer Preßform mit einem Außendurchmesser von 300 mm erforderlich ist, um ein Verhältnis Rohdichte/wahre Dichte von 65 96 zu erzielen, so groß wie 1400 t. Der Vorverdichtungsschritt des vorstehenden Verfahrens erfordert deshalb die Anwendung einer schweren Preßvorrichtung, die eine große Druckbelastung liefern kann und die einen großen Raum für die Aufstellung benötigt und sehr teuer ist.
Ferner wird der verdichtete Block bei dem vorstehenden Verfahren direkt in den IWP-Behandlungsbehälter eingebracht, ohne daß ein anderer Behälter oder dergleichen verwendet wird, was zur Folge hat, daß die radioaktive Substanz, die an dem Abfall anhaftet, wahrscheinlich umhergestreut wird oder daß sich von dem Abfall während des Füllvorganges kleine Bruchstücke ablösen. Ein anderes Problem besteht darin, daß der Abfall mit der Preßform in direkten Reibkontakt kommt, weil der Abfall zum Vorverdichten direkt in die Preßform eingebracht wird, wodurch die innere Oberfläche der Preßform zerkratzt und beschädigt werden kann.
Wir beschreiben ein Verfahren zum Preßverdichten von radioaktiven Metallabfällen, das von den vorstehenden Problemen frei ist.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zum Preßverdichten von radioaktiven Metallabfällen bereitgestellt, bei dem der Abfall in mehrere Kapseln eingebracht wird,
der Abfall in jeder Kapsel vorverdichtet wird, um sicherzustellen, daß die Kapsel mit dem Abfall in einem verdichteten Zustand gefüllt ist,
die auf diese Weise gefüllten Kapseln zusammen mit einem Metallpulver in einen IWP-Behandlungsbehälter eingebracht werden und der IWP-Behälter verschlossen wird und
der verschlossene IWP-Behälter mit den darin befindlichen Kapseln einer IWP-Behandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln in dem IWP-Behälter als Baueinheit zusammenwirken, so daß sie der inneren Querschnittsfläche des IWP-Behälters entsprechen und diese im wesentlichen ausfüllen, daß die Querschnittsfläche jeder Kapsel ein Bruchteil der inneren Querschnittsfläche des IWP-Behälters ist und daß das Metallpulver alle Hohlräume ausfüllt, die in dem IWP-Behälter zwischen den Kapseln und zwischen den Kapseln und dem IWP-Behälter vorhanden sind.
Auf diese Weise wird der Abfall vorverdichtet, während er in jeder der Kapseln eingebracht ist, die einen Querschnitt haben, der einem Teilsegment des Querschnitts des IWP-Behandlungsbehälters entspricht, wodurch der Abfall unter einem großen Druck durch eine kleinere Druckbelastung als beim Stand der Technik zu dem gewünschten Verhältnis Rohdichte/wahre Dichte gepreßt werden kann, ohne daß es wahrscheinlich ist, daß eine Beschädigung der zum Vorverdichten verwendeten Preßform verursacht wird. Ferner wird der Abfall in den IWP-Behandlungsbehälter eingebracht, während er in den Kapseln aufgenommen ist. Dadurch wird verhindert, daß die radioaktive Substanz umhergestreut wird oder daß sich kleine Abfallbruchstücke ablösen, so daß eine verbesserte Sicherheit gewährleistet ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Diagramm, das ein Verfahren zum Preßverdichten von radioaktivem Metallabfall gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2(a) ist eine Seitenansicht, die einen durch das Verfahren geformten verdichteten Block zeigt;
Fig. 2(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 2(a);
Fig. 3 bis 6 sind Schnittansichten, die IWP-Behandlungsbehälter und Kapseln gemäß anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht eines IWP-Behandlungsbehälters, der Kapseln trägt, die in mehreren Schichten aufgestapelt sind, wobei ein Teil weggebrochen und im Schnitt gezeigt ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1, 2(a), 2(b) und 7 beschrieben.
Eine Preßform 1 ist mit einem Hohlraum geformt, der eine Sektor-Querschnittsform hat, die einem Viertel eines Kreises entspricht. Eine Hohlkapsel 2, deren Querschnittsform mit der des Hohlraums etwa identisch ist, wird in Schritt P1 in die Preßform 1 eingesetzt. Die Querschnittsform ist mit einem Viertel des Querschnitts eines IWP-Behandlungsbehälters 5, der nachstehend zu beschreiben ist, identisch. Hüllen (radioaktiver Metallabfall) 3 werden in die Kapsel 2 eingebracht und in der Kapsel 2 durch einen Kolben 4 gepreßt, wodurch die Hüllen 3 vorverdichtet werden. Der Kolben 4 hat eine etwas kleinere Querschnittsfläche als der hohle Raum der Kapsel 2, damit er das obere Ende der Kapsel 2 nicht zusammendrückt. Der Kolben 4 wird dann zurückgezogen.
Durch Wiederholung des Preßvorganges und wiederholtes Auffüllen der Kapsel 2 mit Hüllen 3 wird die Kapsel 2 mit Hüllen 3 in einem verdichteten Zustand gefüllt und dann in ihrer Gesamtheit aus der Preßform 1 entnommen (Schritt P2). Vier auf diese Weise mit Hüllen 3 gefüllte Kapseln 2 werden ohne jeden Zwischenraum in den IWP-Behandlungsbehälter 5 eingebracht, der die Form eines Hohlzylinders mit einem offenen oberen Ende hat (Schritt P3). Die Kapseln 2 können in den IWP-Behandlungsbehälter 5 in einer einzigen Schicht in bezug auf die vertikale Richtung eingebracht werden, wie es in Fig. 1 veranschaulicht ist. Solche Kapseln 2 können in mehreren bzw. in einer Vielzahl von Schichten in bezug auf die vertikale Richtung angeordnet werden, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist.
Wenn der IWP-Behandlungsbehälter 5 auf diese Weise gefüllt worden ist, treten an den oberen Enden der Kapseln 2 oder in dem IWP-Behandlungsbehälter 5 ein Zwischenraum oder Hohlräume auf. Folglich wird zum Ausfüllen solcher Hohlräume Metallpulver aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen in den IWP-Behandlungsbehälter 5 eingefüllt. Dadurch wird die Verformung des IWP-Behandlungsbehälter 5, die auf die IWP-Behandlung zurückzuführen ist, minimiert, um einen Bruch des IWP-Behandlungsbehälters 5 wegen großer Verformung zu verhindern.
Wenn der IWP-Behandlungsbehälter 5 auf diese Weise vollständig ausgefüllt worden ist, wird die Öffnung des IWP-Behandlungsbehälters 5 mit einem Verschlußdeckel 7, der ein Entgasungsrohr 6 hat, verschlossen, und der Verschlußdeckel 7 wird entlang seinem Umfang an den IWP-Behandlungsbehälter 5 angeschweißt und dadurch an dem IWP-Behandlungsbehälter befestigt (Schritt P4). Wenn zwischen dem Verschlußdeckel 7 und den Kapseln 2 irgendein geringer Zwischenraum auftritt, wird er vorzugsweise mit Metallpulver aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen ausgefüllt, wie es vorstehend beschrieben wurde.
Anschließend wird eine Vakuumpumpe 8 mit dem Entgasungsrohr 6 verbunden und betrieben, um aus dem Inneren des IWP-Behandlungsbehälters 5 Luft zu entfernen, und das Entgasungsrohr 6 wird durch eine Verschließvorrichtung 9 zusammengedrückt, um den IWP-Behandlungsbehälter 5 zu verschließen (Schritt P5). Der verschlossene IWP-Behandlungsbehälter 5 wird dann in seiner Gesamtheit einer IWP-Behandlung bei einer hohen Temperatur und hohem Druck unterzogen (Schritt P6). Folglich kann, wie in Fig. 2(a) und (b) veranschaulicht ist, ein preßverdichteter Abfallblock erhalten werden, der eine Dichte hat, die der wahren Dichte etwa gleich ist. Der radioaktive Metallabfall kann auf diese Weise preßverdichtet und stabilisiert werden.
Als Beispiel wurde eine Vielzahl kleiner Stücke von Zircaloy- Hüllen mit einem Durchmesser von 10 mm, einer Länge von 30 mm und einer Wanddicke von 0,8 mm unter einem Oberflächendruck von 2000 bis 2500 kp/cm² innerhalb einer Sektorkapsel mit einem Radius von 70 mm, einer Höhe von 240 mm und einer Wanddicke von 2,5 mm verdichtet. Vier solche Kapseln wurden in einen IWP-Behandlungsbehälter mit einem Durchmesser von 145 mm und einer Höhe von 280 mm eingebracht, und der IWP-Behandlungsbehälter wurde dann mit einem daran angeschweißten Verschlußdeckel entgast, verschlossen und einer IWP-Behandlung unterzogen. Es wurde gefunden, daß der erhaltene verdichtete Block eine Dichte hatte, die der wahren Dichte fast gleich war.
Beim vorliegenden Verfahren werden Hüllen 3 innerhalb der Kapsel 2, die 1/4 der Querschnittsfläche des IWP-Behandlungsbehälters 5 hat, vorverdichtet, so daß der Druck für das Verdichten des radioaktiven Metallabfalls zu einem gewünschten Verhältnis Rohdichte/wahre Dichte mit einer kleineren Gesamt-Druckbelastung als beim Stand der Technik erhalten werden kann. Dies erlaubt die Anwendung einer kleineren Ausrüstung einschließlich der Preßform 1 usw. und dient zur Verminderung der Beschädigung der inneren Oberfläche der Preßform 1. Außerdem können Hüllen 3 in dem Zustand, in dem sie beim Vorverdichtungsschritt in die Kapseln 2 aufgenommen worden sind, durch die Betriebsanlage hindurch in den IWP-Behandlungsbehälter 5 befördert werden. Dadurch wird verhindert, daß die radioaktive Substanz von den Hüllen umhergestreut wird und daß sich Abfallbruchstücke ablösen, so daß eine verbesserte Sicherheit gewährleistet ist.
Ferner können Hüllen innerhalb der Kapsel 2 in kleinen Mengen verdichtet werden, so daß ein vorverdichteter Block mit gleichmäßiger Dichte erhalten wird, was zur Folge hat, daß der Block, der in den IWP-Behandlungsbehälter aufgenommen ist, der IWP-Behandlung mit verminderter örtlicher Verformung unterzogen werden kann. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der IWP-Behandlungsbehälter 5 in der Form eines Hohlzylinders ohne jeden Zwischenraum mit Kapseln 2 gefüllt, wodurch im größtmöglichen Ausmaß verhindert wird, daß er während der IWP-Behandlung verformt wird. Der IWP-Behandlungsbehälter 5 kann dann durch ein Wisch-Prüfverfahren leicht auf Kontamination durch die radioaktive Substanz geprüft werden, indem der IWP-Behandlungsbehälter 5 auf einen Drehtisch oder dergleichen aufgelegt wird und während der Drehung ein Wischerblatt oder dergleichen mit dem IWP-Behandlungsbehälter in Kontakt gehalten wird. Dadurch wird eine verbesserte Arbeitsausbeute erzielt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Kapsel 2 in bezug auf ihre Querschnittsform nicht besonders eingeschränkt. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann die Kapsel einen Querschnitt haben, der mit einem der sechs gleichen Teilsegmente des Querschnitts des IWP-Behandlungsbehälters 5 identisch ist. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, können Kapseln 2 alternativ derart angeordnet werden, daß eine zylinderförmige Kapsel 2a in bezug auf den IWP-Behandlungsbehälter 5 mittig positioniert und von mehreren Kapseln 2b umgeben wird. Durch diese Abänderungen wird dasselbe Ergebnis wie durch die vorstehende Ausführungsform erzielt.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, daß der gesamte Querschnitt des IWP-Behandlungsbehälters 5 vollständig auf die Kapseln aufgeteilt wird. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, können beispielsweise mehrere zylinderförmige Kapseln 2 derart in den zylinderförmigen Behälter 5 eingefüllt werden, daß innerhalb des IWP-Behandlungsbehälters 5 einige Zwischenräume gelassen werden. In diesem Fall ist es jedoch wahrscheinlich, daß die Zwischenräume eine große örtliche Verformung des IWP-Behandlungsbehälters 5 durch die IWP-Behandlung erlauben, die zu einer Beschädigung oder zum Bruch führt, so daß es erwünscht ist, den Zwischenraum mit Pulver 10 aus nichtrostendem Stahl oder dergleichen auszufüllen, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
Der IWP-Behandlungsbehälter 5 ist nicht auf einen kreisförmigen Querschnitt eingeschränkt. Dasselbe Ergebnis wie bereits beschrieben kann beispielsweise erzielt werden, indem ein IWP-Behandlungsbehälter 5', der einen vierseitigen Querschnitt hat, ohne Zwischenraum mit Kapseln 2' gefüllt wird, die jeweils einen Querschnitt haben, der mit einem von vier gleichen Teilsegmenten des vierseitigen Querschnitts identisch ist, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist.

Claims

1. Verfahren zum Preßverdichten von radioaktivem Metallabfall, bei dem

der Abfall (3) in mehrere Kapseln (2) eingebracht wird,

der Abfall in jeder Kapsel vorverdichtet wird, um sicherzustellen, daß die Kapsel mit dem Abfall in einem verdichteten Zustand gefüllt ist,

die auf diese Weise gefüllten Kapseln zusammen mit einem Metallpulver in einen zur isostatischen Warmpreß-(IWP-)Behandlung dienenden Behälter (5) eingebracht werden und der IWP-Behälter verschlossen wird und

der verschlossene IWP-Behälter mit den darin befindlichen Kapseln einer IWP-Behandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapseln in dem IWP-Behälter als Baueinheit zusammenwirken, so daß sie der inneren Querschnittsfläche des IWP-Behälters entsprechen und diese im wesentlichen ausfüllen, daß die Querschnittsfläche jeder Kapsel ein Bruchteil der inneren Querschnittsfläche des IWP-Behälters ist und daß das Metallpulver alle Hohlräume ausfüllt, die in dem IWP-Behälter zwischen den Kapseln und zwischen den Kapseln und dem IWP-Behälter vorhanden sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver in alle erwähnten Hohlräume, die in dem zur IWP-Behandlung dienenden Behälter (5) vorhanden sind, eingebracht wird, nachdem die Kapseln (2) dareingebracht worden sind.

3. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver Pulver aus nichtrostendem Stahl ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur IWP-Behandlung dienende Behälter (5) die Form eines Hohlzylinders hat.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kapseln (2) vorhanden sind, deren Querschnitt jeweils einem Sektor des Zylinders des IWP-Behälters entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Kapseln vorhanden sind, deren Querschnitt jeweils einem Sektor des Zylinders des IWP-Behälters entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapsel (2a), die zylinderförmig ist, in dem zur IWP-Behandlung dienenden Behälter mittig positioniert und von mehreren Kapseln (2b) umgeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zur IWP-Behandlung dienende Behälter (5) einen vierseitigen Querschnitt hat.

g: Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kapseln (2) vorhanden sind, die jeweils eine vierseitige Querschnittsform haben, die mit einem Viertel des Querschnitts des zur IWP-Behandlung dienenden Behälters identisch ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den zur IWP-Behandlung dienenden Behälter (5) eine einzige vertikale Schicht aus den Kapseln (2) eingebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den zur IWP-Behandlung dienenden Behälter (5) mehrere vertikale Schichten aus den Kapseln (2) eingebracht werden.