DE8111040U1

DE8111040U1 - Container for long-term storage of radioactive substances (II)

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Publication number: DE8111040U1
Application number: DE19818111040
Authority: DE
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Nukem GmbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Nukem GmbH
Priority date: 1981-04-11
Filing date: 1981-04-11
Publication date: 1985-08-08

Description

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Container for long-term storage of radioactive substances (II)

.Gegenstand der Erfindung ist ein Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von radioaktiven Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, im wesentlichen aus einem Behältergrundkörper und einem Deckel bestehend.The subject of the invention is a container for long-term storage of radioactive substances, especially radioactive fuel elements, in suitable geological formations, consisting essentially of a container body and a lid.

Bestrahlte, abgebrannte Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Aufbewahrung in Wasserbecken entweder sofort oder nach einer begrenzten weiteren Zwischenlagerung aufgearbeitet. Dabei werden die nuklearen Brenn- und Brutstoffe von den Spaltprodukten abgetrennt und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt. Die Spaltprodukte werden nach bekannten Verfahren, meist unter Verwendung großer Mengen Wertstoffe, wie zum Beispiel Blei und Kupfer, konditioniert und in geeigneten geologischen Formationen praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert.Irradiated, spent fuel assemblies are after a temporary storage in water basins either processed immediately or after a limited further interim storage. The nuclear fuel and breeding material separated from the fission products and fed back into the fuel cycle. The fission products are made according to known processes, mostly using large amounts of valuable materials, such as lead and copper, conditioned and disposed of in suitable geological formations that are practically impossible to extract.

Darüberhinaus wird überlegt, die bestrahlten Brennelemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zunächst zuIn addition, consideration is being given not to reconditioning the irradiated fuel elements in the foreseeable future fuels and breeding materials present in them initially increase

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verzichten und die Brennelemente - nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehenen Lagern - gegebenenfalls wieder entnehmbar endzulagern. Die Lagerzeiten können mehrere Generationen bis zu etwa tausend Jahren betragen, wobei sich das Gefährdungspotential des radioaktiven Inventars in dieser Zeit, den bekannten physikalischen Gesetzen folgend, entsprechend seiner Zusammensetzung außerordentlich stark verringert.and the fuel assemblies - after a reasonable cooling time in storage facilities provided for this purpose - if necessary to be removed again for final storage. The storage times can be several generations up to about a thousand years, whereby the hazard potential of the radioactive inventory in this time, the known physical In accordance with the laws, it is extraordinarily reduced in accordance with its composition.

Wegen der unbestimmten Lagerdauer dieser radioaktiven Stoffe, werden an derartige, für die Langzeitlagerung geeignete Behälter, die gegenüber bekannten Transport- und Lagerbehältern eine mehrfache Betriebszeit aufweisen müssen, besondere Anforderungen gestellt, welche die an normale Transport- bzw. Lagerbehälter gestellten Anforderungen weit übersteigen und praktisch nicht vergleichbar sind. Erschwerend kommt hinzu, daß die Behälterlager schwer zugänglich sein müssen und folglich den Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt sind. Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt, bestrahlte Brennelemente mittels Behältern aus Metall oder Beton in Salz, Sand oder in Felskavernen zu lagern.Because of the indefinite storage period of these radioactive substances, such, for long-term storage suitable containers that have a multiple operating time compared to known transport and storage containers must, special requirements are made which the requirements placed on normal transport or storage containers far exceed and are practically not comparable. To make matters worse is the fact that the container warehouse have to be difficult to access and consequently the monitoring possibilities are limited. Some very complex concepts are known, irradiated fuel assemblies by means of containers made of metal or To store concrete in salt, sand or in rock caverns.

Als Verpackung für radioaktive Stoffe, vor allem für bestrahlte Brennelemente, werden Behälter aus legierten und unlegierten Stählen, aus Kupfer sowie aus KorundAlloyed containers are used as packaging for radioactive materials, especially for irradiated fuel elements and unalloyed steels, made of copper and corundum

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vorgeschlagen. Die Behälter sind entweder nicht genügend korrosionsbeständig oder wie solche aus Kupfer sehr teuer. Zudem ist das Korrosionsverhalten selbst von Kupfer nicht immer ausreichend. Behälter aus Korund sind zwar grundsätzlich geeignet, jedoch fehlen die für die Herstellung notwendigen Erfahrungen. Darüber hinaus müßten die Brennelemente zur Verpackung in die aus herstellungsbedingten Gründen nur kleinen Korundbehälter zerlegt werden, was zwar möglich ist, jedoch mit einein erheblichen Kosten- und sicherheitstechnischem Aufwand verbunden ist.suggested. The containers are either not sufficiently resistant to corrosion or, like those made of copper, are very expensive. In addition, the corrosion behavior of even copper is not always sufficient. Corundum containers are basically suitable, but the experience necessary for production is lacking. In addition, the fuel elements would have to be dismantled for packaging in the only small corundum container for manufacturing reasons, which is possible is, but with a considerable cost and safety Effort is involved.

Solche Behälter erfüllen die Bedingungen der Langzeitlagerung, wie dichter Einschluß bei den auftretenden Bedingungen, vor allem gegenüber Korrosion, hauptsächlich durch Salzlaugen, nur zum Teil, oder sie müssen sehr dickwandig ausgebildet werden. Dieses bedeutet jedoch nachteilig den Einsatz großer Mengen immer knapper werdender Wertstoffe.Such containers meet the requirements for long-term storage, such as tight confinement under the conditions that occur, especially against corrosion, mainly from brine, only partially, or they must be very thick-walled be formed. However, this disadvantageously means the use of large amounts of increasingly scarce valuable materials.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfällen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen zu schaffen, im wesentlichen ! aus einem Behältergrundkörper und einem Deckel bestehend, der unter besonders sparsamem Einsatz von Wertstoff auch in langen Zeiträumen korrosionssicher ist. jThe invention was therefore based on the object of providing a container for the long-term storage of radioactive waste, especially from spent fuel assemblies, in suitable to create geological formations, in essence! consisting of a basic container body and a lid, which is corrosion-proof even over long periods of time with the particularly economical use of recyclable materials. j

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Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Behältergrundkörper und Deckel aus einer Kupferbasislegierung mit Zinn, Aluminium, Nickel oder Beryllium bestehen.The object was achieved according to the invention in that the container base body and cover are made of a copper-based alloy with tin, aluminum, nickel or beryllium.

Es wurde gefunden, daß Langzeitlagerbehälter, deren Wandungen und Deckel aus Kupferbasislegierungen, also aus Legierungen mit überwiegendem Kupferanteil, die Zinn, Aluminium, Nickel oder Beryllium enthalten, gegen aggressive Flüssigkeiten, wie sie gegebenenfalls in geologischen Formationen im extremen Schadensfall vorhanden sein können, besonders korrosionsfest sind. So können in an sich gut geeigneten geologischen Salzlagerstätten in Sonderfällen Salzlösungen auftreten, deren Korrosionsangriff die genannten Kupferbasislegierungen, im Sprachgebrauch häufig als Bronzen bezeichnet, hervorragend widerstehen. Die Korrosionsraten mit Abträgen von wenigen Zehnteln Millimetern während eines tausendjährigen permanenten Salzwasserangriffes sind deutlich geringer als vergleichsweise Kupfer und andere im Prinzip infrage kommenden Metalle, wie sich aus archäologischen Funden gezeigt hat. Dadurch kann der erfindungsgemäße Behälter vorteilhafterweise mit relativ dttnnen Wanddicken ausgestattet werden, wobei Wanddicken zwischen 0,5 bis 10 cm besonders günstig sind. Dadurch werden auch überraschend günstige Kostenvorteile erzielt und große Mengen seltener werdende Wertstoffe eingespart.It has been found that long-term storage containers, their walls and lids made of copper-based alloys, so from alloys with a predominant copper content, the tin, Contain aluminum, nickel or beryllium against aggressive liquids, such as those in geological formations may be present in the event of extreme damage, are particularly corrosion-resistant. So you can be good in itself suitable geological salt deposits in special cases salt solutions occur whose corrosive attack the named Copper-based alloys, often referred to as bronzes in common parlance, have excellent resistance. the Corrosion rates with erosion of a few tenths of a millimeter during a thousand-year permanent saltwater attack are significantly lower than copper and other metals that can in principle be considered, as has been shown from archaeological finds. As a result, the container according to the invention can advantageously with relatively thin wall thicknesses can be provided, wall thicknesses between 0.5 and 10 cm being particularly favorable. This also results in surprisingly favorable cost advantages and large quantities of valuable materials that are becoming rarer saved.

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Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Kupferbasislegierung entweder 2 bis 20% Zinn oder 6 bis 10% Aluminium enthält, im letzteren Fall gegebenenfalls neben Aluminium noch Eisen und/oder Nickel. Die Verarbeitung erfolgt auf an sich bekannte Weise, u. a. durch Strangguß oder Schleuderguß. In besonderen Fällen ist es sogar möglich, bestimmte Kupferbasislegierungen, wie z. B. "Zinnbronzen¹¹ elektrolytisch auf einem geeigneten dünnen Trägermaterial, das allein keine Behältermantelfunktion darstellt, abzuscheiden.It is particularly advantageous if the copper-based alloy contains either 2 to 20% tin or 6 to 10% aluminum, in the latter case optionally iron and / or nickel in addition to aluminum. Processing takes place in a manner known per se, including by continuous casting or centrifugal casting. In special cases it is even possible to use certain copper-based alloys, such as. B. "Tin bronzes ¹¹ electrolytically on a suitable thin carrier material, which alone does not represent a container shell function.

Vorteilhaft ist es, wenn die Kupferbasislegierung zusätzlich dispergierte Oxidteilchen enthält. Als Oxide sind beispielsweise Zinnoxid (SnO₂) ι Thoriumoxid (ThO₂), Oxide der Seltenen Erden, z. B. von Gadolinium und Samarium, ^ aber auch Wolframoxid (WO₅) geeignet, in einzelnen Fällen auch Urandioxid (UO₀). Außer Oxidteilchen können auch Nicht- oxide, wie z. B. Borkarbid (B^C), enthalten sein. Alle diese dispergierten Teilchen können Je nach Beschaffenheit des radioaktiven Behälterinhaltes die Abschirmung von radioaktiver Strahlung verbessern. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die dispergierten Oxidteilchen aus dem Uranoxid U,Og bestehen, da dieses Oxid wegen seiner Abschirmwirkung und wegen seines inerten chemischen Verhaltens, aber auch wegen seiner z. B. gegenüber ''Zinnbronzen¹¹ } günstigen Dichte, hervorragend geeignet für diesen Zweck ist. Zweckmäßig ist die Verwendung von U^Og-Pulver, das an U-235 abgereichertes Uran enthält.It is advantageous if the copper-based alloy additionally contains dispersed oxide particles. Examples of oxides are tin oxide (SnO ₂ ) ι thorium oxide (ThO ₂ ), rare earth oxides, e.g. B. of gadolinium and samarium, ^ but also tungsten oxide (WO ₅ ) suitable, in individual cases also uranium dioxide (UO ₀ ). In addition to oxide particles, non-oxides, such as e.g. B. boron carbide (B ^ C) may be included. All of these dispersed particles can, depending on the nature of the radioactive container contents, improve the shielding against radioactive radiation. It when the dispersed oxide particles consist of the uranium oxide U, Og is particularly advantageous, since this oxide because of its shielding effect and because of its inert chemical behavior, but also because of its z. B. compared to '' tin bronzes ¹¹ } favorable density, is ideally suited for this purpose. It is advisable to use U ^ Og powder, which contains uranium depleted in U-235.

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Die Kupferbasislegierungen mit den genannten zulegierten Metallen können geringfügige Verunreinigungsanteile enthalten, ohne die Korrosionsraten zu vergrößern, wobei aus elektrochemischen Gründen sogar eine Verbesserung des Korrosionsverhaltens, z. B. gegen Salzlösungen, möglich sein kann. Zu derartigen Verunreinigungen können u. a/ Eisen, Blei, Arsen, Antimon und Wismut gehören. |The copper-based alloys with the alloyed metals mentioned may contain minor impurities, without increasing the corrosion rates, and for electrochemical reasons there is even an improvement in the Corrosion behavior, e.g. B. against salt solutions, may be possible. Such impurities can include / Include iron, lead, arsenic, antimony and bismuth. |

Die Abbildung zeigt einen Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen. Er besteht aus einem Behältergrundkörper (1) und einem Deckel (2). Der Deckel (2) kann auf dem Behält er grundkörp er (1) auch aufgegossen sein. Als Material für Behältergrundkörper (1) und Deckel (2) wird eine Kupferbasislegierung verwendet, die dispergierte Oxidteilchen (3) enthält.The illustration shows a container for long-term storage of radioactive substances. It consists of a basic container body (1) and a cover (2). The lid (2) can be poured onto the container he basic body (1). as The material used for the container base body (1) and lid (2) is a copper-based alloy that contains dispersed oxide particles (3) contains.

Der erfindungsgemäße Behälter weist auch bei dünnen Wanddicken noch eine ausreichend mechanische Stabilität auf, hat hervorragende Korrosionseigenschaften bei geringem Wertstoffeinsatz und ist auch als Überbehälter für bereits vorverpackte radioaktive Stoffe, wie Brennelemente, Brennstäbe und Abfälle, ausgezeichnet geeignet.The container according to the invention still has sufficient mechanical stability even with thin wall thicknesses, has excellent corrosion properties with little use of recyclable materials and can also be used as an over-container for prepackaged items radioactive materials such as fuel assemblies, fuel rods and waste are excellently suited.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der erfindungsgemäße Behälter mit den üblichen Handhabungshilfen ausgestattet werden kann. Weiterhin ist der Behälter auch mit einem gegebenenfalls abnehmbaren KUhlrippenmantel sowie mit weiteren zusätzlichen Hilfseinrichtungen ausstattbar.It is within the scope of the invention that the container according to the invention is equipped with the usual handling aids can be. Furthermore, the container is also available with an optionally removable cooling rib jacket and with additional ones additional auxiliary equipment can be fitted.

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summary Container for long-term storage of radioactive substances (II)

Es wird ein korrosionsfester und kostengünstiger Behälter zur Lahgzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, beschrieben, der in geeigneten geologischen Formationen gelagert werden kann. Der Behälter besteht aus Kupferbasislegierungen mit Zinn, Aluminium, Nickel oder Beryllium und zeichnet sich durch relativ geringe Wanddicken aus.It becomes a corrosion-resistant and inexpensive container for long-term storage of radioactive substances, in particular of spent fuel elements, which can be stored in suitable geological formations. The container is made of copper-based alloys with tin, aluminum, nickel or beryllium and is characterized by relatively small wall thicknesses.

Claims

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1. Container for long-term storage of radioactive substances, in particular spent fuel elements, in suitable geological formations, consisting essentially of a container base body and a cover, characterized in that the container base body (1) and cover (2) are made of a copper-based alloy with 2 to 20 % Tin or 6 to 10 % aluminum.

2. Container according to claim 1, characterized in that the copper-based alloy also contains iron and / or nickel in addition to 6 to 10% aluminum.

3. Container according to claim 1 and 2, characterized in that the copper-based alloy contains dispersed oxide parts (3).

ψ. Container according to Claims 1 to 3, characterized in that the dispersed oxide particles consist of LUOg.

5. Container according to claim 1 to 4, characterized in that

that the wall thickness of the container is 0.5 to 10 cm. 30th