DE68914561T2 - Verfahren zur Unterdrückung der Tritiumdiffusion sowie die dazugehörige Vorrichtung. - Google Patents

Verfahren zur Unterdrückung der Tritiumdiffusion sowie die dazugehörige Vorrichtung.

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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion.
  • Im allgemeinen enthalten schnelle Brutreaktoren eine Anordnung von Vorrichtungen, wie sie Fig. 3 zeigt. In Fig. 3 wird bei (1) ein aus nichtrostendem Stahl hergestelltes Reaktordruckgefäß gezeigt. Das Reaktordruckgefäß (1) enthält einen Reaktorkern (2) in den eine Kernbrennstoffanordnung eingesetzt ist, die das spaltbare Material enthält. Der Reaktorkern (2) nimmt einen Kontrollstab (3) auf, der Bor enthält und der hochgezogen und von oben in den Reaktorkern (2) eingesetzt werden kann. Der schnelle Brutreaktor enthält ein aus nichtrostendem Stahl hergestelltes primäres Kühlsystem (4), in dem flüssiges Natrium als Kühlmittel durch den Reaktorkern (2) in dem Reaktordruckgefäß (1) geleitet wird und mit einer Pumpe (5) zwischen dem Reaktordruckgefäß (1) und einem Zwischenwärmetauscher (6) umgewälzt wird. Der schnelle Brutreaktor verfügt über ein zweites aus nichtrostendem Stahl hergestelltes Kühlsystem (7), in dem flüssiges Natrium als Kühlmittel des zweiten Kühlsystems mit einer Pumpe (8) zwischen dem Zwischenwärmetauscher (6) und einem Dampferzeuger (9) umgewälzt wird. Ein Wasser-Dampf-Leitungssystem, das Wasser in den Dampferzeuger (9) speist und aus diesem Dampf erhält, wird bei (10) gezeigt.
  • Sowohl der Primärkühlkreislauf (4) als auch der Sekundärkühlkreislauf (7) weisen wärmedämmende Mittel auf. Die Anordnung dieser wärmedämmenden Mittel ist wie folgt: Fig. 4 erläutert den Aufbau einer Rohrleitung (11), die die Rohrleitungen sowohl des Primär- als auch des Sekundärkreislaufs (4) und (7) darstellen soll. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, umgibt ein Band aus nichtrostendem Stahl sowohl die Rohrleitung (11), die im Hinblick auf die Beständigkeit gegen die Korrosion, die durch flüssiges Natrium verursacht wird, und die Hochtemperaturfestigkeit aus nichtrostendem Stahl hergestellt ist, als auch einen Vorerhitzer (12), der parallel zur Rohrleitung (11) angeordnet ist; ein wärmedämmendes Material (14) umgibt das Band (13) aus nichtrostendem Stahl, und ein dünnes Stahlband (15) umgibt das wärmedämmende Material (14). Die Dicke des Bandes (13) aus rostfreiem Stahl und des Stahlbandes (15) beträgt üblicherweise etwa 0,1 bis 0,2 mm. Das wärmedämmende Material (14) ist üblicherweise ein Gemisch, das Calciumoxid oder Siliciumoxid als Hauptbestandteil enthält.
  • Zurück zu Fig. 3: durch die Spaltungsreaktion in dem Reaktor oder die Kernumwandlung, die durch die Bestrahlung des als Moderator in dem Kontrollstab (3) verwendeten Bors mit Neutronen hervorgerufen wird, wird Tritium erzeugt. In einem 1000-MW-Kernreaktor (1 Million kW) entsteht beispielsweise pro Jahr 1 g Tritium. Das Tritium wird mit dem flüssigen Natrium gemischt, das durch den Reaktorkern (2) geleitet wird und durch den Primärkreislauf (4) in den Zwischenwärmetauscher (6) abgegeben wird. Das Tritium durchdringt dann die Wand der wärmeübertragenden Rohrleitung des Zwischenwärmetauschers (6), tritt dann in das in den Rohrleitungen des Sekundärkreislaufs (7) enthaltene flüssige Natrium ein und erreicht den Dampferzeuger (9). Demnach durchdringt das Tritium die Rohrleitungen und Vorrichtungen, wonach es leicht in die Atmosphäre außerhalb der Vorrichtungen hinaustritt und hinausdiffundiert. Es ist insbesondere wohlbekannt, daß Tritium den nichtrostenden Stahl durchdringt, der bei der Errichtung der Vorrichtungen von Kernkraftwerken verwendet wird. Demzufolge durchdringt Tritium, das z. B. die Rohrleitung (11) von innen nach außen durchdringt, das wärmedämmende Mittel und diffundiert nach außen.
  • Da, wie oben beschrieben, das Tritium, das einmal diffundiert ist, weiterhin diffundiert und im schlimmsten Fall in die Atmosphäre diffundieren könnte, muß die Tritiumdiffu sion eingeschränkt werden.
  • US-A-4 528 003 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung der Wasserstoffisotope (H, T, D) aus einer Flüssigkeit (Strom aus flüssigem Natrium), bei dem Strukturelemente, die wasserstoffabsorbierende Metalle enthalten, in dem Flüssigkeitsdurchlaß angeordnet werden. Das gleiche Merkmal ist in JP-A-54/02389 offenbart.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion anzugeben.
  • Um diese Aufgabe zu lösen, enthält das erfindungsgemäße Verfahren zur Einschränkung der Tritiumdiffusion einen Schritt, bei dem ein wasserstoffabsorbierendes Metall auf der äußeren Seite einer Wandung vorgesehen wird, durch die Tritium hindurchtritt, so daß das wasserstoffabsorbierende Metall das hindurchdiffundierende Tritium absorbiert.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion enthält ein wasserstoffabsorbierendes Metall, das eine Einrichtung des schnellen Brutreaktors umgibt.
  • Da Tritium, das selbst ein Wasserstoffisotop darstellt, gut von dem wasserstoffabsorbierenden Metall absorbiert wird, kann erfindungsgemäß mit diesem Metall, wenn es auf der äußeren Seite einer Wand, durch die Tritium hindurchtritt, in Richtung der Tritiumdiffusion angeordnet ist, Tritium absorbiert und eingefangen und so die Tritiumdiffusion eingeschränkt werden.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Rohrleitung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine wärmedämmende Anordnung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das den Primärkühlkreislauf eines schnellen Brutreaktors veranschaulicht;
  • Fig. 4 ist ein Querschnitt durch eine wärmedämmende Anordnung einer Rohrleitung aus dem Stand der Technik;
  • Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus der Wand einer Rohrleitung, bei der es sich um eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt; und
  • Fig. 6 ist ein Querschnitt durch eine wärmedämmende Anordnung einer Rohrleitung, bei der es sich um eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
  • Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • Fig. 1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Ausführungsform, die bei den Rohrleitungen eines schnellen Brutreaktors verwendet worden ist. Im folgenden tragen einander entsprechende Teile in den Figuren 2, 5 und 6 und den Fig. 1 und 3 die gleichen Bezugszeichen.
  • Ein röhrenförmiges, aus einem wasserstoffabsorbierenden Metall hergestelltes dünnes Band (16) umgibt eine Rohrleitung (11) und einen Vorerhitzer (12), der Parallel zur äußeren Oberfläche der Rohrleitung (11) angebracht ist. Das dünne Band (16) war 0,1 mm bis mehrere Millimeter dick. Die Dicke des dünnen Bandes (16) ist natürlich nicht auf diese Werte beschränkt. Wasserstoffabsorbierende Metalle für das dünne Band (16) sind z.B. Mg&sub2;Ni und Legierungen auf Ti-Mn-Basis, wie z.B. TiMn1,5. Auf der äußeren zylindrischen Oberfläche des dünnen Bandes (16) ist ein wärmedämmendes Material oder ein Wärmeisolator (14) vorgesehen. Den äußeren Umfang des wärmedämmenden Materials (14) entlang ist ein dünnes Stahlband (15) vorgesehen, das das wärmedämmende Material (14) umschließt. Anstelle des dünnen Stahlbandes (15) kann auch ein Blech aus einem wasserstoffabsorbierenden Metall, wie z.B. einer Legierung auf Ti-Mn-Basis, verwendet werden. Demzufolge gibt es drei Fälle:
  • (1) Das wasserstoffabsorbierende Metall ist auf der Innenseite des wärmedämmenden Materials (14) vorgesehen, (2) das wasserstoffabsorbierende Metall ist auf der äußeren Seite des wärmedämmenden Materials (14) vorgesehen und (3) die wasserstoffabsorbierenden Metalle sind sowohl auf der Außen- als auch der Innenseite des wärmedämmenden Materials (14) vorgesehen.
  • Fig. 2 stellt den Querschnitt durch eine wärmedämmende Anordnung dar, bei der es sich um eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform handelt. Das wärmedämmende Material (14) enthält ein wasserstoffabsorbierendes Metall (17), das in dem wärmedämmenden Material in einer Menge von 0,1 bis 0,3 g/cm² in Form von Fasern (wahlweise Spänen oder Pulver) verteilt ist, wobei das wärmedämmende Material (14) und das wasserstoffabsorbierende Metall (17) gleichmäßig vermischt sind. Für eine einfache Handhabung ist das wärmedämmende Material (14) üblicherweise in Blöcke geteilt.
  • Fig. 5 veranschaulicht den Aufbau der Wand einer Rohrleitung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Aufbau der Wand der Rohrleitung (11) umfaßt eine Wand (18) und eine Schicht, die aus einem wasserstoffabsorbierenden Metall (19), z.B. einer Legierung auf Ti-Mn-Basis, hergestellt ist, die durch Punktschweißen oder Verwenden von Zubehör, wie z.B. Bändern, Schrauben und Muttern, befestigt ist oder durch Sprühen oder Beschichten vollständig mit der äußeren Oberfläche der Wand (18) verbunden ist.
  • Fig. 6 veranschaulicht eine Rohrleitung, die eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Erfindung darstellt. Diese Rohrleitung besitzt einen Aufbau, bei dem die innere (20) oder die äußere zylindrische Wand (21), zwischen denen das wärmedämmende Material (14) enthalten ist eine Schicht aufweist, die aus dem wasserstoffabsorbierenden Metall (19), z.B. einer Legierung auf Ti-Mn-Basis, hergestellt ist, wobei die Schicht punktförmig, oder durch Aufsprühen oder Beschichten vollständig mit der inneren oder äußeren zylindrischen Wand (20) oder (21) verbunden ist.
  • Außer Zusammensetzungen aus Ti-Mn-Legierungen können wahlweise die folgenden Legierungszusammensetzungen als wasserstoffabsorbierende Metalle verwendet werden: Mg-Ni, Mg&sub2;Ni, Mg&sub2;Ni0,9Cr0,1, LaNi&sub5;, MmNi&sub5;, MmCo&sub5;, MmNi4,5Mn0,5, MmNi4,5Al0,5, MmNi4,5Cr0,5, TiFe, TiCr, TiCr&sub2;, TiFe0,9Nb0,1, Ti-Zr-Mn-Mo, Ti-Mn-Fe-V, Ti-Zr-Mn-Fe und CaNi&sub5;. Die Buchstaben Mm stehen für Mischmetalle, die aus Gemischen von La, Ce, Pr, Nd, Sm und dergleichen bestehen.
  • Gemäß den obigen Ausführungsformen der Erfindung kann Tritium, das in dem Reaktorkern auftritt und durch die Wände der Rohrleitungen des Reaktors nach außen in die Atmosphäre entweichen kann, in der Nähe der Oberfläche der Rohrleitungen eingefangen werden, so daß die Verunreinigung der Atmosphäre außerhalb des Reaktors, d. h. die Strahlenbelastung, verringert und die Gasreinigungsvorrichtung im inneren Containment, das das Reaktorgefäß enthält, vereinfacht werden kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Einschränkung der Tritiumdiffusion, das folgenden Schritt umfaßt: Vorsehen eines wasserstoffabsorbierenden Metalls (16, 19) auf der äußeren Seite einer Wandung, durch die Tritium hindurch tritt, so daß das wasserstoffabsorbierende Metall das hindurchdiffundierende Tritium absorbiert.
2. Vorrichtung zur Einschränkung der Diffusion von Tritium aus einem schnellen Brutreaktor, gekennzeichnet durch ein wasserstoffabsorbierendes Metall, das eine Einrichtung des schnellen Brutreaktors umgibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wärmedämmende Mittel (14), die an einer Einrichtung des schnellen Brutreaktors angebracht sind und ein wasserstoffabsorbierendes Metall umfassen.
4. Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion nach Anspruch 3, wobei die wärmedämmenden Mittel (14) eine innere, die Einrichtung umgebende Wand, ein die Außenseite der inneren Wand umgebendes wärmedämmendes Material und eine äußere, die Außenseite des wärmedämmenden Materials umgebende Wand umfassen, wobei mindestens eine der beiden Wände aus dem wasserstoffabsorbierenden Metall (16) hergestellt ist.
5. Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion nach Anspruch 3, wobei die wärmedämmenden Mittel (14) eine innere, die Einrichtung umgebende Wand, ein die Außenseite der inneren Wand umgebendes wärmedämmendes Material und eine äußere, die Außenseite des wärmedämmenden Materials umschließende Wand umfassen, wobei mindestens eine der beiden Wände mit dem daran angebrachten wasserstoffabsorbierenden Metall (19) versehen ist.
6. Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion nach Anspruch 3, wobei die wärmedämmenden Mittel (14) eine innere, die Einrichtung umgebende Wand, ein die Außenseite der inneren Wand umgebendes wärmedämmendes Material und eine äußere, die Außenseite des wärmedämmenden Materials umgebende Wand umfassen, wobei das wärmedämmende Material (14) aus dem wasserstoffabsorbierenden Metall hergestellt ist.
7. Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion nach Anspruch 3, wobei die wärmedämmenden Mittel eine innere, die Einrichtung umgebende Wand, ein die Außenseite der inneren Wand umschließendes wärmedämmendes Material (14) und eine äußere, die Außenseite des wärmedämmenden Materials umschließende Wand umfassen, wobei das wärmedämmende Material mit beigemischtem waserstoffabsorbierendem Metall versehen ist.
8. Vorrichtung zur Einschränkung der Tritiumdiffusion nach Anspruch 3, wobei die wärmedämmenden Mittel (14) eine innere, die Einrichtung umschließende Wand, ein die Außenseite der inneren Wand umschließendes wärmedämmendes Material und eine äußeren die Außenseite des wärmedämmenden Materials umschließende Wand umfassen, wobei das wärmedämmende Material mit beigemischtem waserstoffabsorbierendem Metall in Form von Fasern, Spänen oder Pulver versehen ist.
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