EP0029875B1 - Process for fixation of radioactive krypton in zeolites for ultimate disposal - Google Patents

Process for fixation of radioactive krypton in zeolites for ultimate disposal Download PDF

Info

Publication number
EP0029875B1
EP0029875B1 EP80103117A EP80103117A EP0029875B1 EP 0029875 B1 EP0029875 B1 EP 0029875B1 EP 80103117 A EP80103117 A EP 80103117A EP 80103117 A EP80103117 A EP 80103117A EP 0029875 B1 EP0029875 B1 EP 0029875B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
zeolite
krypton
zeolites
ncm
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP80103117A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0029875A1 (en
Inventor
Ralf-Dieter Dr. Penzhorn
Peter Schuster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH filed Critical Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Publication of EP0029875A1 publication Critical patent/EP0029875A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0029875B1 publication Critical patent/EP0029875B1/en
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/02Treating gases

Definitions

  • the invention relates to a process for solidification of radioactive krypton ready for disposal, in which the noble gas is pressed into a zeolite matrix at elevated temperature and under high pressure and is kept in the cavities by cooling the matrix while maintaining the pressure.
  • radioactive noble gases occur in the exhaust gases, in particular from the stripping of the fuel elements and from the subsequent dissolution of the nuclear fuel. So far, these have, as far as they have been separated from the exhaust gases, been filled into steel pressure bottles for transport to a storage facility that allows temporary storage.
  • the self-heating, radioactive gas is in the pressure bottle at high pressure (e.g. more than 100 bar) and depending on the radioactivity inventory or cooling mode (e.g. natural air convection) at elevated temperature, e.g. B. 393 K.
  • the container wall is constantly exposed to considerable tension.
  • the daughter nuclide of krypton (the fission noble gas consists mainly of krypton and xenon isotopes) is rubidium, a reactive alkali metal that can cause corrosion damage.
  • the rubidium and certain impurities possibly present in the noble gas such as e.g. As oxygen, water, etc., react with each other and form products such.
  • B. Rb 2 0, RbOH, etc. which are considerably more corrosive than the molten alkali metal itself at the storage temperatures.
  • Benedikt et al. concluded from the investigation results that for unleached sodalite with a krypton loading of approximately 20 cm 3 / g and with low amounts of adsorbed water, a 10-year leakage of krypton at a final storage temperature of 423 K of less than 0.1 % can be predicted.
  • sodalite (with the formula Na 2 0 x A1 2 0 3 x2 Si02 x 2.5 H 2 0) seemed to be thermally sufficiently stable after loading with noble gas in order to be technically possible without using one
  • Krypton-85 over a period of 100 years, only very complex pore closure with a radiation-resistant resin that can still be found out, possibly to be accomplished in the roll-off or fluidized bed process.
  • the long-term thermal stability at temperatures above 423 K which was theoretically determined on the basis of the activation energy for gas diffusion from the zeolite by extrapolation, could not be confirmed experimentally.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method with which large inventories of radioactive noble gases which are produced in the future can be solidified in such a way that they are not released from the repository matrix containing them even at temperatures of 473 K and above. Furthermore, it is an object of the invention to fix the largest possible amount of noble gas per unit weight of repository matrix. Of course, all disadvantages of the previously known methods for solidifying noble gases are to be avoided at the same time using the method according to the invention.
  • the object on which the invention is based is achieved in a surprisingly simple manner according to the invention in that an alkaline earth-substituted 5 A zeolite of the general composition is used as the matrix where M is a metal from the group Mg, Ca, Ba or Sr, and the matrix for the irreversible inclusion of the krypton is heated to a temperature above 720 K during pressing.
  • the alkaline earth zeolites which can be used in the process according to the invention are resistant to y-radiation. Samples containing fixed argon and exposed to a y dose of 10 6 J / kg showed no significant changes. Likewise, loaded samples that had been stored in water for several days were found to be stable with regard to gas fixation.
  • the gas in an autoclave can either be brought up to a pressure that is 3.3 times higher by simply increasing the temperature or by using the cryogenic pump principle to even higher pressures.
  • Another advantage of the method according to the invention is the reduction in material stress, which is achieved by reducing the pressure in the method according to the invention compared to the prior art method.
  • alkaline earth zeolites mentioned in the examples are commercially available products from various manufacturers or distributors (but all 5 A zeolites), the product names of which do not indicate the chemical composition. For this reason, the designations Z 1 to Z 6 were used for the zeolites usable in the process according to the invention without reference to the manufacturer or distributor.
  • Zeolite Z 3 was loaded with krypton at a temperature around 823 K and a pressure of 210 bar. The loading achievable under these conditions was 17.2 Ncm 3 / g loaded zeolite. To determine the thermal stability, the loaded zeolite was stored at a temperature of 673 K for 3500 hours.
  • a zeolite of the designation 3 A which cannot be used in the process according to the invention, had an argon loss of 57% of the original loading after a storage time of 1080 hours and a storage temperature of 473 K with a loading of 42.6 Ncm 3 / g zeolite.
  • a sample of the zeolite 3A with the same load (42.6) was exposed to a storage temperature of 673 K for 17.5 hours. The argon loss determined afterwards by determining the load again was 88%.
  • Sodalite samples showed a similar behavior with a loading of 30.5 Ncm 3 / g loaded zeolite: after 1080 hours at a storage temperature of 473 K, 52% of the argon had escaped and after 15 hours at a storage temperature of 673 K even 96% of the original loading.
  • the loading values become higher with increasing loading if they are related to the unloaded zeolite. While the value 20 Ncm 3 / g, based on the loaded zeolite, gives the value 21.6 Ncm 3 / g, based on the unloaded zeolite, the loading value increases from 60 Ncm 3 / g loaded zeolite to 77.4 Ncm 3 / g unloaded zeolite. The last stated value was obtained at a pressure of 2500 bar.
  • Zeolite Z 3 loaded with 37.2 Ncm 3 krypton per gram was exposed to a y-radiation dose of 1.75 by 10 g rad.
  • the loaded zeolite was irradiated in neon, the irradiation time was about 2 months.
  • the analysis of the gas phase after the irradiation showed that only a very small amount of krypton (0.009%) had escaped from the zeolite matrix, which is presumably due to non-optimal loading conditions (slight x-void contribution).
  • the determination of the krypton loading of the zeolite after the irradiation showed no discernible krypton loss, the value was within the experimental accuracy.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur endlagerreifen Verfestigung von radioaktivem Krypton, bei welchem das Edelgas in eine Zeolith-Matrix bei erhöhter Temperatur und unter hohem Druck eingepreßt und unter Beibehaltung des Druckes durch Kühlen der Matrix in deren Hohlräume gehalten wird.The invention relates to a process for solidification of radioactive krypton ready for disposal, in which the noble gas is pressed into a zeolite matrix at elevated temperature and under high pressure and is kept in the cavities by cooling the matrix while maintaining the pressure.

Bei der Wiederaufarbeitung von bestrahlten Kernreaktor-Brennelementen fallen in den Abgasen, insbesondere aus der Entmantelung der Brennelemente und aus der darauffolgenden Auflösung des Kernbrennstoffes bestimmte Mengen an radioaktiven Edelgasen an. Diese wurden bisher, soweit sie überhaupt aus den Abgasen abgetrennt wurden, für den Transport in eine Lagerstätte, die eine zeitlich begrenzte Lagerung erlaubt, in Stahldruckflaschen abgefüllt. Das selbsterhitzende, radioaktive Gas befindet sich in der Druckflasche bei hohem Druck (z. B. mehr als 100 bar) und je nach Radioaktivitätsinventar bzw. Kühlmodus (z. B. natürliche Luftkonvektion) bei erhöhter Temperatur, z. B. 393 K. Somit ist die Behälterwand ständig einer erheblichen Zugspannung ausgesetzt. Bei einem Kühlungsstörfall bzw. -ausfall ist ein Behälterriß bzw. -zerknall möglich, mit der Folge, daß das gesamte, gelagerte oder im Transport befindliche radioaktive Edelgasinventar freigesetzt wird. Das Tochternuklid des Kryptons (das Spalt-Edelgas besteht hauptsächlich aus Krypton- und Xenon-Isotopen) ist Rubidium, ein reaktionsfreudiges Alkalimetall, das Korrosionsschäden verursachen kann. Das Rubidium und gewisse, möglicherweise im Edelgas vorliegende Verunreinigungen, wie z. B. Sauerstoff, Wasser usw., reagieren miteinander und bilden Produkte, wie z. B. Rb20, RbOH usw., die beträchtlich korrosiver sind als das bei den Lagertemperaturen schmelzflüssige Alkalimetall selbst.During the reprocessing of irradiated nuclear reactor fuel elements, certain amounts of radioactive noble gases occur in the exhaust gases, in particular from the stripping of the fuel elements and from the subsequent dissolution of the nuclear fuel. So far, these have, as far as they have been separated from the exhaust gases, been filled into steel pressure bottles for transport to a storage facility that allows temporary storage. The self-heating, radioactive gas is in the pressure bottle at high pressure (e.g. more than 100 bar) and depending on the radioactivity inventory or cooling mode (e.g. natural air convection) at elevated temperature, e.g. B. 393 K. Thus, the container wall is constantly exposed to considerable tension. In the event of a cooling accident or failure, a container rupture or crack is possible, with the result that the entire radioactive noble gas inventory that is stored or in transit is released. The daughter nuclide of krypton (the fission noble gas consists mainly of krypton and xenon isotopes) is rubidium, a reactive alkali metal that can cause corrosion damage. The rubidium and certain impurities possibly present in the noble gas, such as e.g. As oxygen, water, etc., react with each other and form products such. B. Rb 2 0, RbOH, etc., which are considerably more corrosive than the molten alkali metal itself at the storage temperatures.

Die großen Nachteile der Lagerung radioaktiver Edelgase in Druckgasflaschen und die in Zukunft anfallenden großen Krypton-85-Inventare, die für eine lange Lagerdauer sicher gelagert werden müssen, machten es erforderlich, nach weiteren Verfahren zur verbesserten Langzeitlagerung von hochradioaktiven Edelgasen zu suchen. Seit einigen Jahren wurde daher die Verfestigung von radioaktiven Edelgasen in Zeolithen oder Molekularsieben untersucht (als Molekularsiebe bezeichnet man bestimmte künstliche Zeolithe). Zeolithe bzw. Molekularsiebe sind beispielsweise bei der Auftrennung von Stoffgemischen mittels der Gaschromatographie (vielfach wiederholter Wechsel von Adsorptions- und Desorptions-Vorgängen) verwendet worden. Bei der Verfestigung radioaktiver Edelgase in Zeolithen muß die Desorption jedoch weitgehendst vermieden werden, weil eine Erhöhung der Sicherheit während des Transports und der Lagerung nur dann gewährleistet sein kann, wenn die Gasdiffusion aus dem beladenen Zeolith sehr gering ist. Im wesentlichen wird die Gasdiffusion durch den Zeolithtyp, der einen gewissen Porendurchmesser aufweist, und die Temperatur bestimmt. Die Temperatur im Zeolithgefüge hängt ihrerseits von der Zeolithbeladung mit dem radioaktiven Gas und dem Wärmetransport durch die anorganische Matrix/Gasphase ab. Eine große Anzahl von Untersuchungen wurde daher auf die Auswahl geeigneter Zeolithe und auf die Verfahrensbedingungen angewendet. Normalerweise werden Moleküle mit einem größeren Durchmesser als die Kanäle oder Poren eines gegebenen Zeoliths von diesen nicht sorbiert. Es wurde aber festgestellt, daß durch Erhöhung der Temperatur von Zimmertemperatur beispielsweise auf 770 K die Poren gewisser Zeolithe, wie z. B. Zeolith 3 A oder Sodalith, erweitert werden und Krypton bei sehr hohem Druck, z. B. 2000 bar, in diese Hohlräume des Kristallgefüges eingepreßt werden kann. Wird anschließend unter Beibehaltung des hohen Druckes gekühlt, dann wird das Gas in die Hohlräume eingeschlossen. Das eingeschlossene Gas befindet sich danach, im Gegensatz zur Adsorption, nicht im Gleichgewicht mit der Gasphase.The major disadvantages of storing radioactive noble gases in compressed gas cylinders and the large krypton 85 inventories that will have to be stored for a long period of time in the future made it necessary to look for further methods for improved long-term storage of highly radioactive noble gases. For some years now, the solidification of radioactive noble gases in zeolites or molecular sieves has been investigated (certain artificial zeolites are called molecular sieves). Zeolites or molecular sieves have been used, for example, in the separation of mixtures of substances by means of gas chromatography (frequently repeated changes in adsorption and desorption processes). When solidifying radioactive noble gases in zeolites, however, desorption must be largely avoided because an increase in safety during transport and storage can only be guaranteed if the gas diffusion from the loaded zeolite is very low. The gas diffusion is essentially determined by the type of zeolite, which has a certain pore diameter, and the temperature. The temperature in the zeolite structure in turn depends on the zeolite loading with the radioactive gas and the heat transport through the inorganic matrix / gas phase. A large number of investigations were therefore applied to the selection of suitable zeolites and to the process conditions. Typically, molecules larger in diameter than the channels or pores of a given zeolite are not sorbed by them. However, it was found that by increasing the temperature from room temperature, for example to 770 K, the pores of certain zeolites, such as. B. 3 A zeolite or sodalite can be expanded and krypton at very high pressure, for. B. 2000 bar, can be pressed into these cavities of the crystal structure. If cooling is then carried out while maintaining the high pressure, the gas is enclosed in the cavities. The enclosed gas is then, in contrast to adsorption, not in equilibrium with the gas phase.

Unter dem Titel »An evaluation of methods for immobilizing Krypton-85« (ICP-1125, July 1977, Idaho Chemical Programs, insbesondere Seite 13) berichtete D. A. Knecht u. a. auch über die Verwendung von Zeolith 3 A für die Immobilisierung von Kr-85. Aufgrund von experimentellen Messungen sei eine Netto-Leckage des sorbierten Kr bei einer Lagerung bei 323 K von 35% in ca. 8 Jahren vorausgesagt worden. Die Desorption von Kr aus beladenem Zeolith 3 A sei größer als bei Sodalith.Under the title "An evaluation of methods for immobilizing Krypton-85" (ICP-1125, July 1977, Idaho Chemical Programs, especially page 13), D. A. Knecht u. a. also on the use of zeolite 3A for the immobilization of Kr-85. Based on experimental measurements, a net leakage of the sorbed Kr was predicted to be 35% in about 8 years when stored at 323 K. The desorption of Kr from loaded zeolite 3A is greater than that of sodalite.

Eine Reihe von verschieden hergestellten, ausgelaugten und nicht ausgelaugten Sodalith-Sorten wurden auf ihre Fähigkeit, Krypton oder Krypton-Xenon-Mischungen einzuschließen, untersucht (R. W. Benedict, A. B. Christensen, J. A. Del Debbio, J. H. Keller, D. A. Knecht: Technical and Economic Feasibility of Zeolite Encapsulation for Krypton-85 Storage; DOE-Report Nr. ENICO-1011, Sept. 1979). Die Autoren verwendeten bei ihren Arbeiten zum Einkapseln von Krypton Temperaturen zwischen 670 K und 850 K, sowie Drücke zwischen 1200 und 2000 bar. Zur Beurteilung der für die Einkapselung von Krypton am besten brauchbaren Zeolithe wurden an unbehandelten K-ausgetauschten, Csausgetauschten, Rb-ausgetauschten Zeolithen A und an verschiedenen Sodalith-Sorten die jeweiligen maximalen Beladungen sowie die jeweiligen Temperatur- und Strahlenbeständigkeiten in bezug auf die Gasdiffusion aus den beladenen Zeolithen (Krypton-Leckagen) untersucht und die Ergebniswerte miteinander verglichen. Es wurden Krypton-Beladungen von 20 bis 40 Normal-cm3/g Sodalith bzw. Zeolith A gefunden. Die Beladungswerte für ausgelaugten Sodalith waren höher als für nicht ausgelaugten Sodalith. Krypton-Leckage-Messungen wurden bei Temperaturen zwischen 570 K und 775 K für kurze Zeiten (ca. 2 bis 24 Stunden) und bei einer Temperatur von 423 K für lange Zeiten (ca. 1 bis 12 Monate) ausgeführt. Die Leckageraten waren niedriger:

  • a) für Proben mit niedrigem Gehalt gegenüber Proben mit hohem Gehalt an adsorbiertem H20,
  • b) für Proben mit hoher ursprünglicher Krypton-Beladung gegenüber Proben mit niedrigerer Belastung,
  • c) für unausgelaugten gegenüber ausgelaugten Sodalith.
A number of differently produced, leached and unleached sodalite varieties were examined for their ability to include krypton or krypton-xenon mixtures (RW Benedict, AB Christensen, JA Del Debbio, JH Keller, DA Knecht: Technical and Economic Feasibility of Zeolite Encapsulation for Krypton-85 Storage; DOE Report No.ENICO-1011, Sept. 1979). The authors used temperatures between 670 K and 850 K and pressures between 1200 and 2000 bar in their work on encapsulating krypton. In order to assess the zeolites which can best be used for the encapsulation of krypton, the respective maximum loads and the respective temperature and radiation resistances with respect to gas diffusion from the were treated on untreated K-exchanged, Cs-exchanged, Rb-exchanged zeolites A and on different types of sodalite loaded zeolites (krypton leakages) and the result values compared. Krypton loads of 20 to 40 normal cm 3 / g of sodalite or zeolite A were found. The load values for leached Sodalite was higher than for unleached sodalite. Krypton leakage measurements were carried out at temperatures between 570 K and 775 K for short times (approx. 2 to 24 hours) and at a temperature of 423 K for long times (approx. 1 to 12 months). The leakage rates were lower:
  • a) for samples with a low content compared to samples with a high content of adsorbed H 2 0,
  • b) for samples with a high original krypton load compared to samples with a lower load,
  • c) for unleached versus leached sodalite.

Benedikt et al. zogen aus den Untersuchungsergebnissen den Schluß, daß für unausgelaugten Sodalith mit einer Krypton-Beladung von ungefähr 20 cm3/g und mit niedrigen Mengen von adsorbiertem Wasser eine 10-Jahres-Leckage an Krypton bei einer Endlagertemperatur von 423 K von weniger als 0,1% vorausgesagt werden kann.Benedikt et al. concluded from the investigation results that for unleached sodalite with a krypton loading of approximately 20 cm 3 / g and with low amounts of adsorbed water, a 10-year leakage of krypton at a final storage temperature of 423 K of less than 0.1 % can be predicted.

Unter Berücksichtigung der Kr-85-Zerfallswär- me schien Sodalith (mit der Formel Na20 x A1203 x2 Si02 x 2,5 H20) nach der Beladung mit Edelgas thermisch ausreichend stabil zu sein, um ohne Verwendung einer technisch nur sehr aufwendigen, evtl. im Abroll- oder Wirbelschicht-Verfahren zu bewerkstelligenden Porenschließung mit einem noch herauszufindenden, strahlenbeständigen Harz die Immobilisierung von Krypton-85 über 100 Jahre hinweg zu gewährleisten. Die zunächst theoretisch unter Zugrundelegung der Aktivierungsenergie für die Gasdiffusion aus dem Zeolith durch Extrapolation ermittelte thermische Langzeitstabilität bei Temperaturen über 423 K konnte jedoch experimentell nicht bestätigt werden. Versuche mit Sodalith-Proben, die mit Argon beladen wurden (anstelle des Kryptons wurde das billigere Argon für die Versuche verwendet, da die kinetischen Atomdurchmesser einander sehr ähnlich sind: Krypton 0,39 nm und Argon 0,37 nm), haben gezeigt, daß bereits bei 473 K die thermische Stabilität der beladenen Sodalith-Proben unzureichend war. Bei 30,5 Normal-cm3Ar/g beladenes Sodalith wurden bei 473 K nach 1080 Stunden bereits 52% des eingeschlossenen Gases freigesetzt. Diesem für eine Endlagerung unerwünschten Effekt kann nur durch Einschränkung der Beladung bzw. Verwendung eines porenschließenden Harzes entgegengewirkt werden. Eine geringe Beladung ist aber mit einer Wirtschaftlichkeitseinbuße und erhöhten Abfallvolumina verbunden. Die homogene Einbettung von hochaktiven, heißen Preßlingen in einem Harz ist ein technisch schwieriges Unterfangen. Hinzu kommt, daß die als optimal empfohlenen Beladungsbedingungen, beispielsweise bei einer Temperatur von 773 K und einem Druck von 2000 bar, bei der Arbeit mit hohen Inventaren radioaktiver Gase unerfreulich sind. Da der Einsatz mindestens eines Kompressors erforderlich ist, ist der Aufwand zur Geringhaltung von betriebsbedingten Leckagen an den Vorrichtungen erheblich. Eine sicherheitstechnisch komplizierte Hochdruckanlage wird zur Voraussetzung.Taking into account the Kr-85 decay heat, sodalite (with the formula Na 2 0 x A1 2 0 3 x2 Si02 x 2.5 H 2 0) seemed to be thermally sufficiently stable after loading with noble gas in order to be technically possible without using one To ensure the immobilization of Krypton-85 over a period of 100 years, only very complex pore closure with a radiation-resistant resin that can still be found out, possibly to be accomplished in the roll-off or fluidized bed process. However, the long-term thermal stability at temperatures above 423 K, which was theoretically determined on the basis of the activation energy for gas diffusion from the zeolite by extrapolation, could not be confirmed experimentally. Experiments with sodalite samples which were loaded with argon (instead of krypton, the cheaper argon was used for the experiments, since the kinetic atomic diameters are very similar: krypton 0.39 nm and argon 0.37 nm) have shown that Even at 473 K the thermal stability of the loaded sodalite samples was insufficient. Sodalite loaded at 30.5 normal cm 3 Ar / g had already released 52% of the enclosed gas at 473 K after 1080 hours. This undesirable effect for final storage can only be counteracted by restricting the loading or using a pore-closing resin. A low load is associated with a loss of economy and increased waste volumes. The homogeneous embedding of highly active, hot compacts in a resin is a technically difficult undertaking. In addition, the loading conditions recommended as optimal, for example at a temperature of 773 K and a pressure of 2000 bar, are unpleasant when working with high inventories of radioactive gases. Since the use of at least one compressor is required, the effort to keep operational leaks at the devices low is considerable. A high-pressure system that is complicated in terms of safety is a requirement.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem zukünftig anfallende große Inventare radioaktiver Edelgase so verfestigt werden können, daß sie auch bei Temperaturen von 473 K und darüber aus der sie enthaltenden Endlager-Matrix nicht freigesetzt werden. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine möglichst große Menge Edelgas pro Gewichtseinheit Endlager-Matrix zu fixieren. Selbstverständlich sollen gleichzeitig alle Nachteile der bisher bekannten Verfahren zur Verfestigung von Edelgasen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vermieden werden.The invention is therefore based on the object of providing a method with which large inventories of radioactive noble gases which are produced in the future can be solidified in such a way that they are not released from the repository matrix containing them even at temperatures of 473 K and above. Furthermore, it is an object of the invention to fix the largest possible amount of noble gas per unit weight of repository matrix. Of course, all disadvantages of the previously known methods for solidifying noble gases are to be avoided at the same time using the method according to the invention.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in überraschend einfacher Weise erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Matrix ein erdalkalisubstituierter Zeolith 5 A der allgemeinen Zusammensetzung

Figure imgb0001
wobei M ein Metall aus der Gruppe Mg, Ca, Ba oder Sr bedeutet, eingesetzt wird und die Matrix zum irreversiblen Einschluß des Kryptons während des Einpressens auf eine Temperatur über 720 K erhitzt wird.The object on which the invention is based is achieved in a surprisingly simple manner according to the invention in that an alkaline earth-substituted 5 A zeolite of the general composition is used as the matrix
Figure imgb0001
where M is a metal from the group Mg, Ca, Ba or Sr, and the matrix for the irreversible inclusion of the krypton is heated to a temperature above 720 K during pressing.

Unter Verwendung des erfindungsgemäß ausgewählten Zeolithen ist die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man

  • a) den Zeolithen in ein Behältnis bringt, das Behältnis verschließt,
  • b) das verschlossene Behältnis auf einen Druck unter 1 mbar evakuiert,
  • c) danach das Edelgas in das evakuierte Behältnis einbringt und bei einer Temperatur im Bereich von 720 K bis 870 K und unter einem Druck im Bereich von 200 bar bis ca. 2000 bar in den Hohlräumen des Zeolithen fixiert und
  • d) schließlich den mit dem Edelgas beladenen Zeolithen in an sich bekannter Weise abkühlt.
Using the zeolite selected according to the invention, the implementation of the method according to the invention is characterized in that
  • a) puts the zeolite in a container that closes the container,
  • b) the closed container is evacuated to a pressure below 1 mbar,
  • c) then introduces the noble gas into the evacuated container and fixes it at a temperature in the range from 720 K to 870 K and under a pressure in the range from 200 bar to approx. 2000 bar in the zeolite cavities and
  • d) finally cooling the zeolite loaded with the noble gas in a manner known per se.

Die fixierende Wirkung der erdalkalisubstituierten Zeolithe vom Typ 5 A, wie sie im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, für die Edelgase Argon und Krypton war überraschend, weil diese Zeolithe x-Hohlräume mit Porenöffnungen um 0,5 nm aufweisen, die wesentlich weiter sind als die kinetischen Durchmesser der Edelgasatome. Diese Zeolithe haben jedoch ß-Hohlräume mit Porenöffnungen um 0,22 nm, die bislang für den Edelgas-Einschluß nicht in Betracht gezogen wurden. Es wird daher angenommen, daß während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Edelgasatome über die großporigen a-Hohlräume in die ß-Hohlräume gelangen und dort thermisch stabil zurückgehalten werden. Mit den bisher durchgeführten Beladungsversuchen (bis 2000 bar) konnten Argon-Beladungen bis zu 57 Ncm3/g (bezogen auf die beladene Zeolithmasse) Zeolith erreicht werden. Die Untersuchung der thermischen Beständigkeit von Erdalkali-Zeolithen vom Typ 5 A, die mit Krypton beladen waren, ergaben, daß innerhalb der experimentellen Genauigkeit nach 2520 Stunden bei 473 K bzw. nach 3500 Stunden bei 673 K kein Gas freigesetzt wurde. Hierbei wurde die Beladung der Zeolithe vor und nach der Wärmebehandlung bestimmt. Die Genauigkeit dieser Bestimmungen betrug ±5Q/o. Zusätzliche Versuche mit einer verhältnismäßig hohen Aufheizrate (zu Beginn etwa 50 K/min, ab 870 K absinkend bis auf etwa 20 K/min) zeigten, daß das Herausdiffundieren des Krypton aus dem Zeolithen erst bei ca. 1080 K begann. Zwischen 1080 K und 1180 K wurden jedoch nur etwa 1 bis 3% der Gesamtbeladung freigesetzt (nach ca. 16 bis 20 Minuten). Der Hauptanteil des eingeschlossenen Gases entwich aus dem Kristallgefüge erst im Temperaturbereich zwischen 1180 K und 1380 K (nach 20 bis 29 Minuten). Eine Vergleichsprobe aus mit Krypton beladenem ausgelaugtem Sodalith wurde der gleichen Temperaturbehandlung unterzogen. Bereits nach 7 Minuten, d. h. bei einer Temperatur von 675 K begann die Entgasung. Der unter diesen Bedingungen entweichende Hauptanteil des Edelgases wurde zwischen 775 K und 1180 K freigesetzt.The fixing action of the alkaline earth-substituted zeolites of type 5 A, as used in the process according to the invention, for the noble gases argon and krypton was surprising, because these zeolites have x-cavities with pore openings of around 0.5 nm, which are considerably wider than the kinetic ones Diameter of the noble gas atoms. However, these zeolites have ß cavities with pore openings around 0.22 nm, which have not previously been considered for the noble gas inclusion. It is therefore assumed that the noble gas atoms pass through the large pores while the process according to the invention is being carried out a-cavities get into the ß-cavities and are retained there thermally stable. With the loading tests carried out to date (up to 2000 bar), argon loads of up to 57 Ncm 3 / g (based on the loaded zeolite mass) of zeolite could be achieved. Examination of the thermal resistance of alkaline earth zeolites of type 5 A, which were loaded with krypton, showed that within the experimental accuracy after 2520 hours at 473 K and after 3500 hours at 673 K no gas was released. The loading of the zeolites was determined before and after the heat treatment. The accuracy of these determinations was ± 5Q / o. Additional tests with a relatively high heating rate (at the beginning about 50 K / min, from 870 K sinking to about 20 K / min) showed that the diffusion of the krypton out of the zeolite only began at about 1080 K. Between 1080 K and 1180 K, however, only about 1 to 3% of the total load was released (after about 16 to 20 minutes). The majority of the enclosed gas only escaped from the crystal structure in the temperature range between 1180 K and 1380 K (after 20 to 29 minutes). A comparative sample of leached sodalite loaded with krypton was subjected to the same temperature treatment. Degassing began after only 7 minutes, ie at a temperature of 675 K. The majority of the noble gas escaping under these conditions was released between 775 K and 1180 K.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Erdalkali-Zeolithe sind gegenüber y-Strahlung beständig. Proben, die fixiertes Argon enthielten und einer y-Dosis von 106 J/kg ausgesetzt waren, zeigten keine nennenswerten Veränderungen. Ebenso erwiesen sich beladene Proben, die mehrere Tage in Wasser gelagert wurden, hinsichtlich der Gasfixierung als stabil.The alkaline earth zeolites which can be used in the process according to the invention are resistant to y-radiation. Samples containing fixed argon and exposed to a y dose of 10 6 J / kg showed no significant changes. Likewise, loaded samples that had been stored in water for several days were found to be stable with regard to gas fixation.

Weiterhin wurden Versuche durchgeführt, um die Verteilung der eingepreßten Edelgasmenge in einen Zeolithen auf die α- und ß-Hohlräume feststellen zu können. Die Beladung wurde in einem Temperaturbereich von etwa 710 K bis 810 K durchgeführt, wobei die maximale Beladung bei 770 K etwa 50 Ncm3/g betrug. Es wurde gefunden, daß die Beladung der a-Hohlräume bei 710 K beginnt, bald danach steil ansteigt, um bereits bei ca. 730 K wieder langsam abzusinken bis zu einer Temperatur von etwa 780 K, bei der die Beladung der a-Hohlräume praktisch Null ist. Obwohl die Beladung der ß-Hohlräume bei dieser Temperatur etwas unterhalb des Maximums liegt (ca. 43 Ncm3/g, bezogen auf das beladene Zeolith), ist diese Temperatur bei den gegebenen Versuchsbedingungen als optimale Beladungstemperatur anzusehen. Durch die ausschließliche Beladung der ß-Hohlräume in Zeolithen werden die Voraussetzungen geschaffenfür

  • a) eine Verminderung der Gasdiffusion aus der beladenen Zeolith-Matrix, so daß auch bei hohen Beladungen auf porenschließende Verfahren (Harz, Glas usw.) verzichtet werden kann und gleichzeitig noch eine Zunahme der Sicherheit sowohl während des Transportes des verfestigten radioaktiven Gases als auch während der Lagerung gewährleistet ist;
  • b) das Einpressen des Edelgases bei relativ niedrigem Druck (beispielsweise bei weniger als 600 bar);
  • c) die Fixierung ohne Kompressor bzw. unter Anwendung einer Kombination Kryo-/Hochdruckautoklav und demzufolge Reduzierung potentieller Leckagequellen und Verminderung des freien Inventars an radioaktivem Edelgas;
  • d) die Rückgewinnung des nach der Einpressung nicht fixierten, beispielsweise in den Leitungen der Vorrichtung sich befindenden Spaltedelgases durch Kryo-Pumpwirkung.
Experiments were also carried out to determine the distribution of the amount of noble gas injected into a zeolite over the α and β cavities. The loading was carried out in a temperature range from about 710 K to 810 K, the maximum loading at 770 K being about 50 Ncm 3 / g. It has been found that the loading of the a-cavities begins at 710 K, soon increases steeply, and then slowly drops again at about 730 K to a temperature of about 780 K, at which the loading of the a-cavities is practically zero is. Although the loading of the ß cavities at this temperature is slightly below the maximum (approx. 43 Ncm 3 / g, based on the loaded zeolite), this temperature can be regarded as the optimal loading temperature under the given test conditions. The only loading of the ß cavities in zeolites creates the conditions for
  • a) a reduction in gas diffusion from the loaded zeolite matrix, so that even at high loads pore-closing processes (resin, glass, etc.) can be dispensed with and at the same time an increase in safety both during the transport of the solidified radioactive gas and during storage is guaranteed;
  • b) the injection of the noble gas at a relatively low pressure (for example less than 600 bar);
  • c) the fixation without a compressor or using a combination cryo- / high pressure autoclave and consequently reduction of potential leakage sources and reduction of the free inventory of radioactive noble gas;
  • d) the recovery of the split noble gas, which is not fixed after the injection, for example located in the lines of the device, by means of a cryogenic pump effect.

Anstelle der bisher erforderlichen mechanischen Kompression kann das in einem Autoklaven befindliche Gas entweder von einem Vordruck durch einfache Temperaturerhöhung auf den 3,3mal höheren Druck oder durch Verwendung des Kryo-Pumpprinzips bis auf noch höhere Drücke gebracht werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verminderung der Materialbeanspruchung, die durch die Druckverminderung im erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem Verfahren zum Stande der Technik erreicht wird.Instead of the mechanical compression previously required, the gas in an autoclave can either be brought up to a pressure that is 3.3 times higher by simply increasing the temperature or by using the cryogenic pump principle to even higher pressures. Another advantage of the method according to the invention is the reduction in material stress, which is achieved by reducing the pressure in the method according to the invention compared to the prior art method.

Im folgenden wird die Erfindung durch einige Beispiele und Versuche erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die angegebenen Beispiele beschränkt. Die in den Beispielen genannten Erdalkali-Zeolithe sind handelsübliche Produkte verschiedener Hersteller- bzw. Vertreiber-Firmen (jedoch sämtliche 5 A-Zeolithe), deren Produktbezeichnungen nicht auf die chemische Zusammensetzung schließen lassen. Aus diesem Grunde wurde für die im erfindungsgemäßen Verfahren brauchbaren Zeolithe die Bezeichnung Z 1 bis Z 6 ohne Hinweis auf die Hersteller- bzw. Vertreiber-Firma verwendet.In the following the invention is illustrated by some examples and experiments. However, the invention is not restricted to the examples given. The alkaline earth zeolites mentioned in the examples are commercially available products from various manufacturers or distributors (but all 5 A zeolites), the product names of which do not indicate the chemical composition. For this reason, the designations Z 1 to Z 6 were used for the zeolites usable in the process according to the invention without reference to the manufacturer or distributor.

Beispiel 1example 1

Zeolith Z 3 wurde bei einer Temperatur um 823 K und einem Druck von 210 bar mit Krypton beladen. Die bei diesen Bedingungen erreichbare Beladung betrug 17,2 Ncm3/g beladener Zeolith. Zur Ermittlung der thermischen Stabilität wurde der beladene Zeolith 3500 Stunden lang bei einer Temperatur von 673 K gelagert.Zeolite Z 3 was loaded with krypton at a temperature around 823 K and a pressure of 210 bar. The loading achievable under these conditions was 17.2 Ncm 3 / g loaded zeolite. To determine the thermal stability, the loaded zeolite was stored at a temperature of 673 K for 3500 hours.

Die anschließend wiederholte Bestimmung der Kryptonbeladung zeigte, daß unter diesen Bedingungen kein Gas entwichen war.The subsequent repeated determination of the krypton loading showed that no gas had escaped under these conditions.

Beispiel 2Example 2

Mehrere Proben aus Zeolith Z 5 wurden nach einer Vorbehandlung bei 420 K bis 470 K im Vakuum mit Argon bei ca. 620 bar und 823 K beladen. Die thermische Stabilität der beladenen Zeolith-Proben wurde nach verschiedenen Standzeiten bei zwei verschiedenen Lagertemperaturen durch nochmalige Bestimmung der Beladung untersucht. Die Proben, die einer Lagertemperatur von 473 K ausgesetzt waren, zeigten sowohl nach einer Standzeit von 1080 Stunden als auch nach einer Standzeit von 2520 Stunden eine praktisch unveränderte Argonbeladung. Die erhaltenen Differenzen der Ergebniswerte lagen innerhalb der experimentellen Genauigkeit. Auch die Proben, die eine Lagertemperatur von 673 K auszuhalten hatten, wiesen nach einer Standzeit von 160 bzw. 763 Stunden keine Argonverluste auf.After pretreatment at 420 K to 470 K, several samples of zeolite Z 5 were loaded with argon at approx. 620 bar and 823 K in vacuo. The thermal stability of the loaded zeolite samples was examined after different service lives at two different storage temperatures by determining the load again. The samples, which were exposed to a storage temperature of 473 K, showed a practically unchanged argon loading after a standing time of 1080 hours and after a standing time of 2520 hours. The differences in the result values obtained were within the experimental accuracy. Even the samples, which had to withstand a storage temperature of 673 K, showed no argon losses after a standing time of 160 or 763 hours.

Beispiel 3Example 3

Proben aus Zeolith Z 6, die bei 260 bar und 773 K mit Argon beladen wurden, zeigten weder nach 1080 Stunden bei 473 K noch nach 160 Stunden bei 683 K eine Verringerung der Edelgasbeladung an.Samples of zeolite Z 6, which were loaded with argon at 260 bar and 773 K, showed neither a reduction in the noble gas loading after 1080 hours at 473 K nor after 160 hours at 683 K.

Demgegenüber wies ein im erfindungsgemäßen Verfahren nicht verwendbarer Zeolith der Bezeichnung 3 A mit einer Beladung von 42,6 Ncm3/g Zeolith nach einer Lagerzeit von 1080 Stunden und einer Lagertemperatur von 473 K einen Argonverlust von 57% der ursprünglichen Beladung auf. Eine Probe des Zeolithen 3 A mit der gleichen Beladung (42,6) wurde 17,5 Stunden einer Lagertemperatur von 673 K ausgesetzt. Der danach durch erneute Bestimmung der Beladung festgestellte Argonverlust betrug 88%. Ein ähnliches Verhalten zeigten Sodalith-Proben mit einer Beladung von 30,5 Ncm3/g beladener Zeolith: Nach 1080 Stunden bei einer Lagertemperatur von 473 K waren 52% des Argon entwichen und nach 15 Stunden bei einer Lagertemperatur von 673 K sogar 96% der ursprünglichen Beladung.In contrast, a zeolite of the designation 3 A, which cannot be used in the process according to the invention, had an argon loss of 57% of the original loading after a storage time of 1080 hours and a storage temperature of 473 K with a loading of 42.6 Ncm 3 / g zeolite. A sample of the zeolite 3A with the same load (42.6) was exposed to a storage temperature of 673 K for 17.5 hours. The argon loss determined afterwards by determining the load again was 88%. Sodalite samples showed a similar behavior with a loading of 30.5 Ncm 3 / g loaded zeolite: after 1080 hours at a storage temperature of 473 K, 52% of the argon had escaped and after 15 hours at a storage temperature of 673 K even 96% of the original loading.

Beispiel 4Example 4

Zeolithe verschiedener Herkunft wurden unter gleichen Bedingungen untersucht und ihre Beladungswerte gemessen. Nach einer Vorbehandlung bei 425 K bis 475 K im Vakuum wurde in die Zeolith-Proben Krypton unter einem Druck von 1000 bar bei einer Beladungstemperatur von 770 bis 795 K eingepreßt. Es ergaben sich folgende Beladungswerte:

  • Z 1 - 49,0 Ncm3/g beladener Zeolith
  • Z 2 - 44,3 Ncm3/g beladener Zeolith
  • Z 3 - 38,4 Ncm3/g beladener Zeolith
  • Z4 - 37,4 Ncm3/g beladener Zeolith
  • Z 5 - 36,0 Ncm3/g beladener Zeolith
  • Z 6 - 29,0 NCM 3/g beladener Zeolith
Zeolites of different origins were examined under the same conditions and their loading values measured. After pretreatment at 425 K to 475 K in vacuo, krypton was pressed into the zeolite samples under a pressure of 1000 bar at a loading temperature of 770 to 795 K. The following load values resulted:
  • Z 1 - 49.0 Ncm 3 / g loaded zeolite
  • Z 2 - 44.3 Ncm 3 / g loaded zeolite
  • Z 3 - 38.4 Ncm 3 / g loaded zeolite
  • Z4 - 37.4 Ncm 3 / g loaded zeolite
  • Z 5 - 36.0 Ncm 3 / g loaded zeolite
  • Z 6-29.0 N CM 3 / g loaded zeolite

Die Beladungswerte werden mit zunehmender Beladung höher, wenn sie auf den unbeladenen Zeolith bezogen werden. Während der Wert 20 Ncm3/g, bezogen auf den beladenen Zeolith, den Wert 21,6 Ncm3/g, bezogen auf den unbeladenen Zeolith, ergibt, erhöht sich der Beladungswert von 60 Ncm3/g beladener Zeolith auf 77,4 Ncm3/g unbeladener Zeolith. Der zuletzt angegebene Wert wurde bei einem Druck von 2500 bar erhalten.The loading values become higher with increasing loading if they are related to the unloaded zeolite. While the value 20 Ncm 3 / g, based on the loaded zeolite, gives the value 21.6 Ncm 3 / g, based on the unloaded zeolite, the loading value increases from 60 Ncm 3 / g loaded zeolite to 77.4 Ncm 3 / g unloaded zeolite. The last stated value was obtained at a pressure of 2500 bar.

Vergleicht man die von Benedict et al. für die Anwendung ihres Verfahrens empfohlenen Arbeitsbedingungen, nämlich bei Temperaturen von 850 K oder darüber und bei Drücken von 1660 bar oder darüber eine Beladung von 20 cm3 Krypton pro Gramm Zeolith zu erreichen, mit den Betriebsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die erforderlich sind, um eine Beladung von 20 Ncm3 Krypton pro Gramm unbeladener Zeolith zu erhalten, so werden die gravierenden Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich: Man benötigt lediglich einen Beladungsdruck von ca. 300 bar bei einer Temperatur von 793 K.Comparing the Benedict et al. working conditions recommended for the application of their process, namely at temperatures of 850 K or above and at pressures of 1660 bar or above to achieve a load of 20 cm 3 krypton per gram of zeolite, with the operating conditions of the process according to the invention which are required to achieve a To obtain a loading of 20 Ncm 3 krypton per gram of unloaded zeolite, the serious advantages of the process according to the invention become clear: All that is required is a loading pressure of approximately 300 bar at a temperature of 793 K.

Versuch 1Trial 1

Mit 37,2 Ncm3 Krypton pro Gramm beladener Zeolith Z 3 wurde einer y-Bestrahlungsdosis von 1,75 mal 10g rad ausgesetzt. Der beladene Zeolith wurde in Neon bestrahlt, die Bestrahlungsdauer betrug ca. 2 Monate. Die Analyse der Gasphase nach der Bestrahlung ergab, daß nur eine sehr geringe Menge Krypton (0,009%) aus der Zeolith-Matrix entwichen war, die vermutlich auf nicht optimale Beladungsbedingungen (geringfügiger x-Hohlraum-Beitrag) zurückzuführen ist. Die Bestimmung der Kryptonbeladung des Zeolithen nach der Bestrahlung zeigte keinen erkennbaren Kryptonverlust, der Wert lag innerhalb der experimentellen Genauigkeit.Zeolite Z 3 loaded with 37.2 Ncm 3 krypton per gram was exposed to a y-radiation dose of 1.75 by 10 g rad. The loaded zeolite was irradiated in neon, the irradiation time was about 2 months. The analysis of the gas phase after the irradiation showed that only a very small amount of krypton (0.009%) had escaped from the zeolite matrix, which is presumably due to non-optimal loading conditions (slight x-void contribution). The determination of the krypton loading of the zeolite after the irradiation showed no discernible krypton loss, the value was within the experimental accuracy.

Versuch 2Trial 2

Untersuchung des Einflusses einer Wasserlagerung auf die Gasdiffusion aus dem beladenen Zeolithen:

  • Ein mit 37,4 Ncm3 Krypton pro Gramm beladener Zeolith Z4 wurde bei Raumtemperatur ungefähr 750 Stunden in Wasser gelagert. Nach einer 12 Stunden dauernden Trocknung in einem Ofen bei 423 K ergab die erneute Bestimmung der Beladung 36,9 Ncm3 Kr/g, d. h. der Beladungswert blieb innerhalb der experimentellen Genauigkeit, ein Kryptonverlust konnte nicht nachgewiesen werden.
Investigation of the influence of water storage on gas diffusion from the loaded zeolite:
  • A zeolite Z4 loaded with 37.4 Ncm 3 krypton per gram was stored in water at room temperature for about 750 hours. After drying in an oven at 423 K for 12 hours, the determination of the load again resulted in 36.9 Ncm 3 Kr / g, ie the load value remained within the experimental accuracy, a loss of krypton could not be detected.

Vergleich zwischen der Lagerung von Krypton in Druckgasflaschen und der Einbettung von Krypton in Erdalkali-Zeolithen des Typs 5 A:

  • Wird in eine 50-I-Druckgasflasche 1 Normalkubikmeter Krypton gefüllt, so errechnet sich der Druck auf die Flaschenwand zu 22,6 bar. Bettet man die qleiche Krvptonmenqe in einen 5 A-Zeolithen ein, so erhält man für das Volumen des beladenen Zeolithen bei einer Beladung von 21,6 Ncm3/g ein gegenüber dem Volumen der Druckgasflasche nur gering erhöhtes Volumen von 66,1 1, bei einer Beladung von 47,1 Ncm3/g ein Volumen von nur etwas mehr als die Hälfte des Druckgasflaschenvolumens, nämlich 30,4 und bei einer Beladung von 77,4 Ncm3/g etwa
    Figure imgb0002
    des Druckgasflaschenvolumens, nämlich 18,51. Bei der Aufnahme von 3 Normalkubikmeter Krypton ist also das Volumen des beladenen Zeolithen etwa gleich dem Volumen einer Druckgasflasche, die aber in diesem Falle unter einem Druck von 71,4 bar steht. Das 11/2fache Volumen eines mit 77,4 Ncm3/g beladenen Zeolithen gegenüber dem Volumen einer Druckgasflasche entspricht etwa 4 Nm3 Krypton bei einem Druck von 102 bar in der Druckgasflasche.
Comparison between the storage of krypton in compressed gas cylinders and the embedding of krypton in alkaline earth zeolites of type 5 A:
  • If 1 normal cubic meter of krypton is filled into a 50 liter pressurized gas bottle, the pressure on the bottle wall is 22.6 bar. Embeds to the qleiche Krvp t onmenqe in a 5 A-zeolite, a, is obtained at a loading of 21.6 Ncm 3 for the volume of the loaded zeolite / g, a relative to the volume of the compressed gas cylinder only slightly increased volume of 66.1 1 , with a load of 47.1 Ncm 3 / g, a volume of just a little more than half of the compressed gas cylinder volume, namely 30.4 and with a load of 77.4 Ncm 3 / g, for example
    Figure imgb0002
    of the compressed gas bottle volume, namely 18.51. When 3 normal cubic meters of krypton are taken up, the volume of the loaded zeolite is approximately equal to the volume of a compressed gas bottle, which in this case is under a pressure of 71.4 bar. The 11/2 times the volume of a zeolite loaded with 77.4 Ncm 3 / g compared to the volume of a compressed gas bottle corresponds to approximately 4 Nm 3 krypton at a pressure of 102 bar in the compressed gas bottle.

Claims (2)

1. Method of solidifying radioactive krypton so as to make it ready for ultimate storage with the noble gas pressed into a zeolite matrix at elevated temperature and high presure and kept in the cavities of this matrix while maintaining the pressure and cooling the matrix, with the matrix used being an alkaline earth substituted zeolite 5 A of the general composition
Figure imgb0004
M being a metal of the Mg, Ca, Ba or Sr group, and with the matrix being heated to a temperature above 720 K during the process of pressing in order to assure an irreversible inclusion of krypton.
2. Method according to claim 1 with
a) the zeolites being transferred into a canister and the canister sealed;
b) the sealed canister being evacuated to a pressure below 1 mbar;
c) the noble gas subsequently being introduced into the evacuated canister and fixed in the cavities of the zeolite at a temperature of 720 K to 870 K and a pressure of 200 bar to approx. 2000 bar; and
d) finally, the zeolite loaded with the noble gas being cooled down in a familiar way.
EP80103117A 1979-12-01 1980-06-04 Process for fixation of radioactive krypton in zeolites for ultimate disposal Expired EP0029875B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2948515 1979-12-01
DE2948515A DE2948515C2 (en) 1979-12-01 1979-12-01 Method for the fixation of radioactive noble gases

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0029875A1 EP0029875A1 (en) 1981-06-10
EP0029875B1 true EP0029875B1 (en) 1983-11-09

Family

ID=6087429

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP80103117A Expired EP0029875B1 (en) 1979-12-01 1980-06-04 Process for fixation of radioactive krypton in zeolites for ultimate disposal

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4454062A (en)
EP (1) EP0029875B1 (en)
JP (1) JPS5693088A (en)
BR (1) BR8007007A (en)
DE (1) DE2948515C2 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0049936B1 (en) * 1980-10-13 1985-04-03 European Atomic Energy Community (Euratom) A method of encapsulating materials in a zeolite in a stable manner
DE3330460A1 (en) * 1983-08-24 1985-03-07 Kernforschungszentrum Karlsruhe Gmbh, 7500 Karlsruhe METHOD FOR FIXING RADIOACTIVE, GASEOUS COMPONENTS OF EXHAUST GAS
EP0142578B1 (en) * 1983-10-21 1988-08-24 European Atomic Energy Community (Euratom) A method of encapsulating gases, vapors, complexes and ions in solids
DE3366121D1 (en) * 1983-10-21 1986-10-16 Euratom A method for a controlled change of the pore size in solids
JPS60225638A (en) * 1984-04-25 1985-11-09 Nippon Atom Ind Group Co Ltd Iodine adsorbent
DE3642975C1 (en) * 1986-12-17 1988-02-11 Wiederaufarbeitung Von Kernbre Process for the production of a solid product suitable for final storage of tritium-containing waste water
DE3808742A1 (en) * 1988-03-16 1989-09-28 Kernforschungsz Karlsruhe METHOD FOR REMOVING IODINE AND IODINE COMPOUNDS FROM GASES AND STEAMS WITH SILVER-BASED ZEOLITE X
DE68927858T3 (en) * 1988-11-11 2007-05-03 Asahi Glass Co., Ltd. TETRAFLUORETHANGEMISCH FOR A REFRIGERATOR
DE4334847A1 (en) * 1993-10-13 1995-04-20 Kurz Leonhard Fa Value document with window
GB9523517D0 (en) * 1995-11-17 1996-01-17 British Nuclear Fuels Plc Separation of gases
US8679239B2 (en) * 2009-09-09 2014-03-25 Panasonic Corporation Adsorbent material and xenon adsorption device using same
JP2011057491A (en) * 2009-09-09 2011-03-24 Panasonic Corp Method for recovering gas
DE102014010020A1 (en) 2014-07-08 2016-01-14 Clariant International Ltd. Adsorption material for the adsorption of noble gases, use thereof and methods for the adsorption of noble gases
RU2762312C1 (en) * 2018-05-30 2021-12-17 Альфа Тек Рисеч Корп Mechanism for electrochemical separation in a molten salt reactor

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3316691A (en) * 1966-05-31 1967-05-02 Union Carbide Corp Fluid encapsulation product
US3971640A (en) * 1974-04-26 1976-07-27 Georgy Anatolievich Golovko Method of separating krypton-xenon concentrate from air
JPS5169799A (en) * 1974-12-12 1976-06-16 Japan Atomic Energy Res Inst KYUCHAKUZAIO MOCHIITAKURIPUTON 85 NOCHOZOHO OYOBI SONOSOCHI
US4158639A (en) * 1977-11-14 1979-06-19 Autoclave Engineers, Inc. Method of storing gases
JPS5910518B2 (en) * 1978-03-10 1984-03-09 株式会社神戸製鋼所 Encapsulation method of radioactive gaseous waste using zeolite

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ICP-1125 (Microfilm), Juli 1977, Idaho Chemical Programs D.A. KNECHT: "An evaluation of methods for immobilizing krypton-85", 36 Seiten *

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6244238B2 (en) 1987-09-18
BR8007007A (en) 1981-06-09
DE2948515C2 (en) 1983-12-22
US4454062A (en) 1984-06-12
JPS5693088A (en) 1981-07-28
DE2948515A1 (en) 1981-06-04
EP0029875A1 (en) 1981-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0029875B1 (en) Process for fixation of radioactive krypton in zeolites for ultimate disposal
DE3709054C2 (en)
DE3003114C2 (en)
DE1514957C3 (en) Arrangement for the transport of a radioactive and / or fissile material
DE2241303C3 (en) Arrangement for pressure-reducing decontamination spray for a nuclear reactor plant
CH505034A (en) Process for the production of pyrolytic carbon deposits
DE4236622C1 (en) Process for sterilization with ethylene oxide and recovery of the ethylene oxide
CH663680A5 (en) Sintered, flammable absorber pellet.
DE2309447B2 (en) Method and apparatus for separating and concentrating krypton 85
DE3022708A1 (en) METHOD FOR PRODUCING METAL GRANULES SUITABLE FOR THE STORAGE OF HYDROGEN, AND COMPRESSED GAS BOTTLE FOR CARRYING OUT THE METHOD
DE2753928A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR SWITCHING OFF A CORE REACTOR SYSTEM WITH A GAS-COOLED CORE REACTOR
DE2364377A1 (en) STEEL BOTTLE FOR STORING GAS MIXTURES
DE2814204A1 (en) FIXING OF RADIOACTIVE MATERIALS IN A GLASS MATRIX
EP0019907B1 (en) Process and apparatus for the recombination of hydrogen contained in the security chamber of a nuclear reactor
WO1995004994A1 (en) Sintered compact made of uranium-containing nuclear fuel
DE3142447C1 (en) Process for the production of oxidic nuclear fuel sintered bodies
DE102004036631B4 (en) Process for the treatment of a radiocarbon contaminated ceramic, in particular reactor graphite
EP0054604B1 (en) Process for preparing spent solid bodies for the final disposal of radioactive wastes
DE3335839C2 (en)
EP3792934B1 (en) Transport and / or storage container and method for drying transport and / or storage containers
DE3525772C1 (en) Process for conditioning tritium to make it ready for final storage
DE1192337B (en) Standard or fissile material rod for nuclear reactors and processes for its production
EP0347367B1 (en) Process for producing a vacuum
DE60319583T2 (en) NUCLEAR FUEL ROD
EP0139955B1 (en) Process for determining gaseaos radioactive components from exhaust gases

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Designated state(s): BE DE FR GB NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19810513

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Designated state(s): BE FR GB NL

ET Fr: translation filed
PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19890531

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 19890615

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 19890629

Year of fee payment: 10

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 19890630

Year of fee payment: 10

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Effective date: 19900604

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Effective date: 19900630

BERE Be: lapsed

Owner name: KERNFORSCHUNGSZENTRUM KARLSRUHE G.M.B.H.

Effective date: 19900630

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Effective date: 19910101

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee
NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee
PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Effective date: 19910228

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST