DE8111041U1

DE8111041U1 - Behaelter zur langzeitlagerung von radioaktiven stoffen (i)

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Publication number: DE8111041U1
Application number: DE19818111041U
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: 1982-12-16

Description

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3000 Hannover 71

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NUKEM GmbH 6450 Hanau 11

Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen (I)

Gegenstand der Erfindung ist ein Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen.

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.

Darüberhinaus wird überlegt, die bestrahlten Brennelemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zunächst zu verzichten und die Brennelemente - nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehenen Lagern - gegebenenfalls

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Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt sind.

Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt, die bestrahlten Brennelemente mittels Behältern aus Metall oder Beton in Salz, Sand oder in Felskavernen zu lagern.

Als Verpackung für radioaktive Stoffe, vor allem für bestrahlte Brennelemente, werden Behälter aus legierten und unlegierten Stählen, aus Kupfer sowie aus Korund vorgeschlagen. Die Behälter sind entweder nicht genügend korrosionsbeständig oder wie solche aus Kupfer sehr teuer. Zudem ist das Korrosionsverhalten selbst von Kupfer nicht

wieder entnehmbar endzulagern. Die Lagerzeiten können

mehrere Generationen bis zu etwa tausend Jahren betragen, wobei sich das Gefährdungspotential des radioaktiven g

Inventars in dieser Zeit, den bekannten physikalischen Gesetzen folgend, entsprechend seiner Zusammensetzung außerordentlich stark verringert. Wegen der unbestimmten Lagerdauer dieser radioaktiven Stoffe werden an derartige, für p die Langzeitlagerung geeigneten 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

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immer ausreichend. Behälter aus Korund sind 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 einem erheblichen kosten- und sicherheitstechnischen Aufwand verbunden ist.

.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.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen zu schaffen, der korrosionsfest und preisgünstig ist und im wesentlichen den Einsatz von Wertstoffen vermeidet.

Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behälter auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche der Behälterwand und des Deckels eine Schicht aus gegossener 'silikatischer Schlacke aufweist.

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Es hat sich überraschend gezeigt, daß silikatische Schlacke, die hüttentechnisch in großen Mengen anfällt, billig ist und als Abfallprodukt keinen Wertstoff darstellt, als Korrosionsschutzschicht bei Langzeitlagerbehältern hervorragend geeignet ist. Gegossene silikatische Verhüttungsschlacken haben sehr günstige Korrosionsraten in Salzwasser, d. h . in einem Medium, das in einer geologischen Langzeitlagerstätte für die Korrosion praktisch allein in Betracht kommt. Korrosionsabträge ( 10 mm in tausend Jahren sind aus archäologischen Funden gesichert. Besonders günstig ist es, wenn als silikatische Schlacke Eisensilikatschlacke verwendet wird. Silikatische Schlacken, beispielsweise Tayalit oder Pyroxen, lassen sich bei Schmelzpunkten um 1000 °c bis ca. 1100 ⁰C leicht wieder erschmelzen und vergießen, wobei nach dem Erstarren eine dichte korrosionsfeste Schicht entsteht.

Der erfindungsgemäße Behälter ist nachstehend anhand der schematischen Abbildungen I und II beispielhaft näher erläutert.

Der Lang2eitlagerbehälter (1), im wesentlichen bestehend aus einem Grundkörper mit einer Behälterwand (4) und einem Deckel (6), enthält im Innenraum (10) radioaktive Stoffe (7), beispielsweise ein Brennelement,und ist mit einer Schicht (2) aus silikatischer Schlacke ausgegossen. Dieses erfolgt normalerweise vor dem Einbringen der radioaktiven Stoffe (7)

in den erfindungsgemäßen Behälter (1). In manchen Fällen ist es jedoch zweckmäßig, den Behälter (1) erst nach dem Einbringen der radioaktiven Stoffe (7) mit der Schicht (2) aus silikatischer Schlacke auszustatten. Oft ist es besonders günstig, wenn zwischen den radioaktiven Stoffen (7) und der silikatischen Schlackenschicht (2) eine wärmeisolierende Schicht (3) angeordnet ist. Die wärmeisolierende · Schicht ist dabei in ihrer Dicke so bemessen, daß beispielsweise bestrahlte Brennelemente einerseits kurzzeitig vor unzulässig hoher Erhitzung geschützt sind, andererseits jedoch die Wärmeabgabe des radioaktiven Inventars während der Langzeitlagerung nicht nachteilig beeinträchtigt ist. Der Kurzzeitschutz vor unzulässig hoher Erhitzung kann durch zusätzliche Kühlungsmaßnahmen von außen wirksam gefördert werden.

Diese kurzzeitig wirksame wärmeisolierende Schicht (3) kann beispielsweise aus einer entsprechend bemessenen Schüttung von feinteiligem Siliziumdioxid (SiO₂), von Aluminiumoxid (Al₂O,), von Berylliumoxid (BeO), Thoriumoxid (ThO₂) oder aus Uranoxid (U-,0_Q) bestehen. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die wärmeisolierende Schicht (3) aus einer Schüttung von silikatischen Schlackenpartikeln besteht, z. B. aus gleicher Qualität wie die verwendete vergossene Schlacke (2). Vorteilhaft ist es auch, wenn die Wand (4) des Behälters (1) und eine die wärmeisolierende Schicht (3) bzw.

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den Innenraum (10) umgebende Wand (5)'als Kokille für die Herstellung der Schicht (2) durch Vergießen der schmelzflüssigen silikat!schon Schlacke (2) ausgebildet ist.

Damit die radioaktiven Stoffe allseitig von erstarrter Schmelze aus silikatischer Schlacke umgeben sind, wird die Schmelze unter den dazu erforderlichen Vorkehrungen fallweise in einem Zuge oder aber in mehreren Abschnitten vergossen.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, wenn der Behälter (1) die silikatische Schlacke nicht auf der inneren Oberfläche der Behälterwand (4) sondern auch auf der äußeren Oberfläche aufweist. Somit übernimmt die Schicht (2) auf der äußeren Oberfläche unmittelbar die Korrosionsschutzfunktion. Vorteilhaft ist es auch, wenn auf die äußere Oberfläche des Behälters (1) die Schicht (2) aus gegossener silikatischer Schlacke erst nach dem Einbringen des Behälters (1) in eine spezielle Endlagerposition (9) einer geeigneten geologischen Formation (8) aufgebracht wird. Spezielle Endlagerpositionen (9) sind beispielsweise kleine Kavernen oder Bohrungen.

23.03.81

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Zusammenfassung Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen (I)

Es wird ein korrosionsfester und kostengünstiger Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, beschrieben, der in geeigneten geologischen Formationen gelagert werden kann. Der Behälter (1) weist auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche der Behälterwand (4) und des Deckels (6) eine Schicht (2) aus gegossener silikatischer Schlacke auf.

Claims

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Behälter zur Langzeltlagerung von radioaktiven Stoffen (I)

t^nsprüche

j 1. Behälter zur Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) auf der inneren und/oder äußeren Oberfläche der Behälterwand (4) und des Deckels (6) eine Schicht (2) aus gegossener silikatischer Schlacke aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gegossene silikatische Schlacke für die Schicht (2) Eisensilikatschlacke verwendet wird.

3. Behälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den radioaktiven Stoffen (7) ein Behälter (1) und der Schicht (2) aus silikatischer Schlacke eine wärmeisolierende Schicht (3) angeordnet ist.

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4. Behälter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeisolierende Schicht (3) aus einer losen Schüttung von silikatischer Schlacke besteht.

j 5. Behälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

|l daß die Behälterwand (4) und eine die wärmeisolierende

I Schicht (3) bzw. den Innenraum (10) umgebende Wand (5)

• als Kokille für die Herstellung der Schicht (2) durch

\, Vergießen der silikatischen Schlacke ausgebildet ist.

6. Behälter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2) aus gegossener silikatischer Schlacke erst nach dem Einbringen des Behälters (1) in einen Hohlraum (9) einer geologischen Formation (8) auf die äußere Oberfläche des Behälters (1) aufgebracht ist.