SE419008B

SE419008B - Method of encasing radioactive waste from nuclear reactors

Info

Publication number: SE419008B
Application number: SE7909458A
Authority: SE
Inventors: R Tegman
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1979-11-16
Filing date: 1979-11-16
Publication date: 1981-07-06
Also published as: SE7909458L

Abstract

Method of encasing radioactive material from nuclear reactors, for example, residual products from reprocessing plants such as casing tube residue or spent fuel during direct dumping. The fuel rod residue or spent fuel and a metal powder are filled into a metal container 1 which is closed shut. This is placed in an outer metal container 3. Between this and the first mentioned container 1 are arranged two layers 4, 5, 9 and 6, 7, 8 of ceramic powder which is sintered into a solid body at different temperatures. The outer layer 4, 5, 9 has a lower sintering temperature than the inner one. The outer container 3 is closed and heated along with the contents and exposed to an isostatic pressure at temperature high enough for the outer layer 4, 5, 9 of ceramic powder and the contents of the inner container 1 to be sintered into solid bodies. <IMAGE>

Description

15 20 25 50 35 7909458-7 Metallbehâllaren med inneslutet aktivt material omges av keramiskt material i två. skikt. Utgångsmaterialet är pulverfomigt. Det yttre skiktet består av ett material som sintrar rid en lägre temperatur än materialet i det inre skiktet som närmast omger metallbehållaren med det aktiva materialet. 15 20 25 50 35 7909458-7 The metal container with enclosed active material is surrounded by ceramic material in two. layer. The starting material is powdery. The outer layer consists of a material which sints rid a lower temperature than the material in the inner layer which immediately surrounds the metal container with the active material.

Ekaheten med metallbehållaren med aktivt material och omgivande keramiskt material utsättas för hög temperatur och ett högt isostatiskt tryck så att det yttre keramiska materialet sintrar och bildar ett tätt beständigt hölje.The integrity of the metal container with active material and surrounding ceramic material is exposed to high temperature and high isostatic pressure so that the outer ceramic material sints and forms a tightly resistant casing.

Metallbehålleren med aktivt avfall och metallpulver placeras i en större metallbehâllare. I spalten som bildas anbringas ett yttre skikt av ett pulver av ett första keramiskt material och ett inre skikt av pulver av ett andra keramiskt material. Den yttre metallbehållaren tillslutes och in- sättas i en tryckugz och utsättas för ett högt tryck och en så hög tempe- ratur att det yttre pulverskiktet sintrar och bildar en tät kropp. Tempe- raturen får icke vara så, hög att materialet i det inre skiktet sintrar.The metal container with active waste and metal powder is placed in a larger metal container. In the gap which is formed, an outer layer of a powder of a first ceramic material and an inner layer of powder of a second ceramic material are applied. The outer metal container is closed and inserted into a pressure cooker and subjected to a high pressure and such a high temperature that the outer powder layer sints and forms a dense body. The temperature must not be high enough for the material in the inner layer to sinter.

Vid denna varmpresaning sintrar också. avfallet ooh metallpulvret sd att en fast kropp med avfallet fördelat i en tät metallisk grundmassa. erhålles.During this hot pressing also sinter. the waste ooh the metal powder sd that a solid body with the waste distributed in a dense metallic matrix. obtained.

Det är också möjligt att förfoma en ker-smisk behållare och ett lock genom isostatisk pressning. Denna förformning kan utföras genom kallpressning.It is also possible to form a ceramic container and a lid by isostatic pressing. This preforming can be performed by cold pressing.

I den yttre metallkapseln kan anbringas en kärna och en elastisk hylsa.A core and an elastic sleeve can be mounted in the outer metal capsule.

Spalten mellan denna elastiska hylsa och omgivande behållare fyllas med pulver. Metallbehållaren och hylsan anslutas så. att pulvret blir irme- slutst i ett helt slutet rum. Behållaren nedställes i en tryckkaznmare.The gap between this elastic sleeve and the surrounding container is filled with powder. The metal container and the sleeve are connected in this way. that the powder is locked in a completely closed room. The container is placed in a pressure cooker.

Ett tryckmedium pressar genom den elastiska try-lean pulverskiktet i spal- ten mot behållarens inre vägg så. att ett tätt hållbart skikt erhålles.A pressure medium is pressed through the elastic try-lean powder layer in the gap against the inner wall of the container so. that a dense durable layer is obtained.

Behållaren med awffall och pulver placeras i den yttre behållaren varefter spalten mellan det pressade pulverskiktet och behållaren med aktivt mate- rial fyllas med det keramiska pulvret. Det keramiska locket läggas på. varefter den yttre behållaren tillslutes och varmpressningen genomföras.The container with waste and powder is placed in the outer container, after which the gap between the pressed powder layer and the container with active material is filled with the ceramic powder. The ceramic lid is put on. after which the outer container is closed and the hot pressing is carried out.

Det yttre keramiska materialet kan utgöras av aluminiumoxid och det inre av magnesiumoxid. Användes dessa material kan pressningen lämpligen ut- föras víd ett tryck av ca 1 kbar och vid en temperatur av ca 1350°C eller däröver. Ett mycket tätt homogent yttre skikt erhålles då.. Magne- siumoxiden har så hög sintringstemperatzir att det endast bildar ett hårt packat pulverskikt med mycket låg draghållfasthet. Det osintrade skiktet närmast den inneslutna behållaren med aktivt material bildar separerings- skikt som vid krympning av den inneslutna behållaren brister. Härigenom - --- 10 15 20 25 BO 55 79091458-7 elimineras dragspäzxníngar i det yttre täta. keramiska skiktet och risken för att partier av detta rycks loss från och minskar skyddsförmågan.The outer ceramic material may be alumina and the inner may be magnesium oxide. If these materials are used, the pressing can suitably be carried out at a pressure of about 1 kbar and at a temperature of about 1350 ° C or above. A very dense homogeneous outer layer is then obtained. The magnesium oxide has such a high sintering temperature that it only forms a tightly packed powder layer with very low tensile strength. The unsintered layer closest to the enclosed container with active material forms separation layers which break when the enclosed container shrinks. As a result - --- 10 15 20 25 BO 55 79091458-7, tensile stresses in the outer seal are eliminated. the ceramic layer and the risk of parts of it being torn off and reducing the ability to protect.

En annan stor fördel med sättet enligt uppfinningen är att endast en enda varmpressing erfordras för framställning av en kapsel för slutförvaring.Another great advantage of the method according to the invention is that only a single hot pressing is required for the production of a capsule for final storage.

Uppfinningen beskrivas närmare under hänvisning till bifogade figurer.The invention is described in more detail with reference to the accompanying figures.

Fig 1 viser i snitt en yttre behållare som genom isostatisk pressning invändigt har försetts med ett invändigt skikt av aluminiumoxid och i vilken en behållare med avfall i metallpulver har placerats, samt lock till denna yttre behållare. Fig 2 visar i snitt en färdig kapsel till- verkad enligt sättet enligt uppfinningen. ' I figurerna betecknar 1 en behållare som innesluter ett aktivt avfalls-e. material som är fördelat och inbäddat i. ett grundmaterial som i utgångs- läget är ett metallpulver och vid färdig kapsel 2 enligt fig 2 är sin- trat till en tät kropp. Fig 1 visar en plåtbehållare 3 som består av en cylinder ša och en med denna förenad botten Bb. Behållaren är upptill öppen och förslutes i ett senare skede med ett lock Zac som medelst svetsning gastätt förenas med cylindern 3:a.. Cylindern ša har genom isostatisk pressn ing av ett första keramiskt pulver försetts med ett skikt 4 av ett första keramiskt material, exempelvis aluminiumoxid.Fig. 1 shows in section an outer container which by isostatic pressing has been internally provided with an inner layer of alumina and in which a container with waste in metal powder has been placed, as well as a lid for this outer container. Fig. 2 shows in section a finished capsule manufactured according to the method according to the invention. In the figures, 1 denotes a container enclosing an active waste e. material which is distributed and embedded in. a base material which in the initial position is a metal powder and at the finished capsule 2 according to Fig. 2 is sintered to a dense body. Fig. 1 shows a sheet metal container 3 consisting of a cylinder ša and a bottom Bb connected thereto. The container is open at the top and is closed at a later stage with a lid Zac which is welded gas-tightly to the cylinder 3 by welding. alumina.

Vid behållarens botten har anbringats en av ett pulver pressad skiva S, också av ett första keramiskt material. På denna. har sedan lagts en av ett pulver pressad skiva 6 av ett andra. keramiskt material som sintrar vid en högre temperatur än det första materialet. Detta. andra keramiska material kan utgöras av magnesiumoxid. Spalten mellan be- hållaren 1 och pulverskiktet 4 fyllas med det andra keramiska materia- let (7). En av ett pulver av det andra keramiska materialet pressad skiva. 8 lägges över behållaren. En: andra skiva 9 av ett av det första kermaiska materialet pressad skiva placeras över skivan B och ändpar- tiet av skiktet 4. Härefter placeras locket Bc i cylindern äs, och an- slutes gastätt till denna. Den bildade kapseln 2 varmpressas i en tz-yck- ugn vid så hög temperatur att det keramiska pulvret i skiktet 4 och skivorna 5 och 9 sintrar och bildar en sluten tät keramisk kropp 10.At the bottom of the container a disc S pressed by a powder has been applied, also of a first ceramic material. At this. has then been laid one of a powder pressed disc 6 of a second. ceramic material sintering at a higher temperature than the first material. This. other ceramic materials may be magnesium oxide. The gap between the container 1 and the powder layer 4 is filled with the second ceramic material (7). One of a powder of the other ceramic material pressed disc. 8 is placed over the container. A: second disc 9 of a disc pressed by the first ceramic material is placed over the disc B and the end portion of the layer 4. Then the lid Bc is placed in the cylinder, and is connected gas-tightly to it. The formed capsule 2 is hot-pressed in a tz-oven at such a high temperature that the ceramic powder in the layer 4 and the discs 5 and 9 sinter and form a closed tight ceramic body 10.

Vid denna sammenpressning har behållaren 1 och materialet i denna också uppvärmts så att sintring till en fast kropp erhållits. Det andra skik- tet 7 av keramiskt material har sammanpressats till ett fast men ej sintrat skiljeskikt 11 mellan den bildade keramiska ktoppen 10 teh be- hâllaren 1. Det separerande skiljeskiktet 11 hindrar en hållfast samman-During this compression, the container 1 and the material therein have also been heated so that sintering to a solid body has been obtained. The second layer 7 of ceramic material has been compressed into a solid but not sintered separating layer 11 between the formed ceramic top 10 and the container 1. The separating separating layer 11 prevents a strong compaction.

Claims

Sintering between the container 1 and the surrounding ceramic body 10. This prevents the container 1 from being subjected to tensile stresses during cooling and the resulting shrinkage which can give rise to cracks or other damage which jeopardizes the tightness. The low tensile strength in the separating layer means that shrinkage cracks occur in this and not in the body 10, which is to form a very durable barrier against the seepage of active material. The container 3 can have a length of 2000 mm and over and a diameter of 600 mm and over. In the case of an outer container with a length of 2000 mm and a diameter of 600 mm, the outer ceramic layer may suitably have a thickness of about 50 mm and the inner layer a thickness of about 20 mm. The outer diameter 1 of the inner container 1 then becomes. about 460 mm. In the inner container can then. about 525 kg of zirconium pipe residues are placed in about 725 kg of steel powder. PATENT REQUIREMENTS

1. A method of enclosing active material from waste iron reactors, for example residues from reprocessing plants such as canister residues or spent fuel, in isolating the active material from the environment, characterized in that residues and a metal powder are filled into a metal container (1). hermetically sealed, the metal container (1) with. enclosed residues and metal powder are placed in a larger metal container (3) so that a gap between the containers is formed. all sides, in the column are placed two. layer of ceramic powder sintering at different high temperatures, the powder forming an outer layer (4, 5, 9) sintering at a lower temperature than the powder forming an inner layer (6, 7, 8), after which the outer layer the metal container (5) is closed, placed in a pressure chamber, subjected to high pressure and a temperature between the sintering temperatures of the constituent powders, so. that the outer powder layer (4, 5, 9) forms a dense body (10), while the inner foam (6, 7, e) remains the center.

2. A method according to claim 1, characterized in that on. inside the larger container arena (5), a powder layer (4) is applied by cold powder isostatically cold pressed against the cylindrical part (Ba) of the container (3), after which the container (1) with residual products and the inner powder layer (6, 7) , 8) is placed in the outer container (5), after which it is closed _ ___ and pressing is performed.