SE505982C2 - Förfarande vid inkapsling av radioaktivt avfall - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 505 982 2 vatten. Det radioaktiva avfallet överförs till öppna kassetter som är lämpliga för senare anordnande i en slutförvaringskapsel.

Kassetterna förvaras fram till inkapslingen för slutförvaringen i vàta i ett buffertlager i behandlingsstationen.

Fram till tömningen av kassetterna för slutförvaring av avfallet har avfallet förvarats i vatten med en täckning, som är tillräcklig för att ge erforderlig stràlskärmning. Den vidare hanteringen av avfallet sker i torrhet i strälskärmande sä kallade heta celler där strälskyddet utgörs av tjocka betongväggar.

En första het cell, en lyftcell, är anordnad i anslutning till buffertlagret. När det är dags för inkapsling anordnas en kassett i taget vid den lyftcellen i vilken kassetten med avfallet lyfts upp. Vattnet tilläts rinna av verefter kassetten med avfallet förs in i slutförvaringskapseln, en kopparkapsel.

Kopparkapseln förs sedan vidare till en andra het cell, en för fyllning med smält bly för att kapseln skall kunna motstä de höga vattentryck som rader pä gjutcell, via en sluss, slutförvarsnivàn. Efter blyfyllningen förs kopparkapseln, via en sluss, vidare via en tredje het cell, en avsvalningscell, till en fjärde het cell, en maskinbearbetningscell för maskinbearbetning av blyytan och kopparkapselns överyta varefter den förs via en sluss till en femte cell, en svetscell. I svetscellen förses kapseln med ett lock, som tätsvetsas.

Svetsningen kontrolleras medelst ultraljud. Kapseln förs via en sluss äter till maskinbearbetningscellen för bland annat avlägsnande av lockets svetsanvisning. Efter dekontaminering är kapseln klar för slutförvaring.

Hanteringen sker medelst en fjärrstyrd hanteringsutrustning och övervakning sker medelst video och eventuellt genom direkt insyn i den heta cellen genom ett strälskyddsfönster.

Eftersom alla transporter och hantering inom behandlingsstationen sker i torrhet bedöms enligt rapporten att 10 15 20 25 30 35 3, i 505 982 risk för kriticitet hos det radioaktiva avfallet inte föreligger.

Problemet med ovan beskrivna behandlingsstation är att vid hantering av radioaktivt avfall i luft kan radioaktiva korrosionsprodukter frigöras frän avfallets yta och passera ut i hanteringsutrymmet varvid luftburen radioaktivitet kan spridas till omgivande utrymmen. För att förhindra sädan radioaktiv spridning krävs goda ventilationssystem, täta avgränsningar och avancerade slussar mot omgivande utrymmen. Sädana ventilationssystem, avgränsningar och slussar är kostsamma och ur konstruktionssynpunkt komplicerade.

De funktioner som skall utföras i cellen utgör ett problem dä den heta cellen mäste vara helt avgränsad frän omgivningen.

Hanteringsutrustningen anordnas i huvudsak utanför cellen varför _ kraven blir höga pä mot radioaktiva partiklar täta anslutningar för denna liksom pä täta slussar mellan de heta cellerna.

Vidare utgör behovet av rengöring av de heta cellerna ett problem eftersom dessa är radioaktiva. Före atgärder säsom reparation och underhäll mäste de heta cellerna renspolas invändigt, utrustning som behöver lyftas ut ur cellerna mäste rengöras och vid inträde i dem mäste skyddskläder användas.

UPPFINNINGEN, FÖRDELAR Uppfinningen avser ett synnerligen utrymmes- och arbetsbesparande förfarande för att anordna radioaktivt avfall i en kapsel för slutförvaring där den öppna hanteringen av avfallet sker i väta. Att läta den öppna hanteringen av avfallet ske i väta är möjligt genom att avfallet innesluts i en kapsel för slutförvaring under vatten sä att det under den resterande hanteringen vid inkapslingen är avskärmat frän den omgivande atmosfären. 10 15 20 25 30 35 505 9s2 4 Förfarandet enligt uppfinningen utförs i en behandlingsstation innefattande ett buffertlager med radioaktivt avfall anordnat i öppna kassetter och i väta. Hanteringen av det radioaktiva avfallet sker i en enda het cell där hanteringen sker med det radioaktiva avfallet i kapseln helt avskärmat frän atmosfären.

Den heta cellen är ett utrymme där omgivande utrymmen endast behöver skyddas mot direkt strälning dä risken för luftspridning av aktivitet vid normal drift i cellen helt har eliminerats.

Förfarandet innebär säledes att all den öppna hanteringen av bränslet sker i väta, dvs under vatten.

Behandlingsstationen innefattar en bassäng pà vars botten en kapsel, i vilken avfallet skall slutförvaras, placeras pä en skjutbar första vagn. I samma bassäng är kassetterna med avfallet anordnade i buffertlagret. Dessa kassetter har dessförinnan varit mellanlagrade i väta i ett mellanlager. Åtminstone en fjärrmanövrerbar hanteringsutrustning är anordnad att utföra hanteringsfunktionerna i bassängen och i den heta cellen.

Hanteringsutrustningen lyfter över avfallet frän kassetten till kapseln. Kapseln försluts därefter med ett lock som har häl för anslutning av organ för tömning av kapseln pä vatten, för torkning av kapselns inre och för fyllning av kapseln med gas för undanträngande av syre och kväve, t ex argon eller helium och med ett neutronabsorberande eller avständsseparerande material, t ex borglas. Hälen är ganska smà, i storleksordningen 25-50 mm och försedda med avtätningar. Ett av hälen ansluts till ett organ, t ex ett rör eller en slang, för tömning av kapseln, vilket organ är anordnat att mynna under vattenytan i bassängen.

Detta arrangemang medför att kapselns inre är tillslutet även dä den lyfts upp ur vattnet. Innan kapseln lyfts upp ur bassängvattnet kontrolleras lockets täthet.

Kapseln lyfts upp ur vattnet sä att àtminstone dess övre del anordnas inne i den heta cellen. Kapseln töms pä vatten, genom det nämnda anslutna organet och innehället torkas. Därefter fylls kapseln med nagot avfallsseparerande och 10 15 20 25 30 35 5 505 982 neutronabsorberande material och hälen i locket försluts med tätningspluggar. Kapseln förs sedan via en sluss ut ur den heta cellen till ett utrymme med strälskärmande väggar för anbringande av ett yttre lock. När det yttre locket är anbringat förs kapseln till en svetscell för fastsvetsning av det yttre locket.

Den främsta fördelen med uppfinningen är att spridning av luftburna radioaktiva partiklar förhindras genom att den öppna hanteringen av avfallet, dvs när avfallet flyttas frän kassetten till kapseln, sker i väta och att hanteringen i den heta cellen sker med det radioaktiva avfallet inneslutet i kapseln helt avskärmat frän den kapseln omgivande atmosfären. Att utföra den öppna hanteringen av avfallet i vatten har dessutom den fördelen att det. kontrollera vilka individuella element som förs in i kapseln eftersom vattnet är genomsynligt, är enkelt att vilket är viktigt för spärbarhet av enskilt avfall, t ex bränsleelement. Åtkomligheten och hanterbarheten förenklas också väsentligt tack vare genomsynligheten och fränvaro av hindrande strälskärmande väggar och slussar.

Den heta cellen nedsmutsas inte invändigt av radioaktiva partiklar eftersom hanteringen av avfallet i denna är sluten inne i kapseln. Det förekommer ingen okontrollerad ventilation med omgivningen. Allting som tas ut ur kapseln förs ner i bassängvattnet och renas av ett i bassängen anordnat reningssystem.

Vidare är antalet hanteringssteg inne i den heta cellen begränsat och den hantering som sker i cellen är enkel och alla delar är ätkomliga under pägäende drift sedan kapseln avlägsnats. Den heta cellens byggnadsvolym kan avsevärt reduceras dä antalet operationer och antalet slussar är litet liksom behovet av hjälpfunktioner, säsom reningsutrustning och avtätade anslutningar för den fjärrstyrda utrustningen. Genom att funktionerna i cellen är enkla och utrustningen är enkel att hantera blir processen tillförlitlig. Alla operationer kan lätt och effektivt övervakas via TV eller genom ett blyglasfönster. 10 15 20 25 30 35 505 982 6 En ytterligare fördel är att kravet pá cellen gentemot omgivande utrymmen begränsas till skydd mot direkt radioaktiv strålning jämfört med skydd mot luftburna radioaktiva partiklar.

RITNINGSFIGURER Uppfinningen skall förklaras närmare genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritnings- figurer.

Figur 1 visar schematiskt en behandlingsstation for inkapsling av radioaktivt avfall.

Figur 2 visar en kapsels inre lock i en vy frán ovan med avfall i form av bränslepatroner anordnade i kapseln.

Figur 3 visar i en vy frän sidan en i behandlingsstationen anordnad het cell.

Figur 4 visar schematiskt, i genomskärning, anordningar for tömning och torkning av kapselns innehall.

Figur 5 visar schematiskt, i genomskärning, anordningar för fyllning av kapseln med ett neutronabsorberande material.

Figur 6 visar i en vy frän ovan en het cell.

Figur 7 visar schematiskt ett alternativt utforingsexempel av behandlingsstationen.

UTFÖRINGSEXEMPEL Ur figur 1 framgår en behandlingsstation enligt uppfinningen i vilken radioaktivt avfall 1, skall inkapslas. Avfallet l är anordnat i en avfallskassett 2 som är anordnad i en vattenfylld bassäng 3. Den kapsel 4 som avfallet skall inkapslas och 10 15 20 25 30 35 7 sos 982 slutförvaras i sänks ner i vattnet i denna bassäng 3 och anordnas pä en skjutbar första vagn 5 som löper pä en räls Sa anordnad pä bassängens 3 botten 3a. Kapseln 4 är utförd som ett tryckkärl med väggar och en bottendel. Ovanför bassängen 3 är anordnade, t ex i en travers 6, fjärrmanövrerade hanteringsorgan 7. Kapselns 4 yttre yta kan eventuellt förses med ett icke visat yttre strälskyddande hölje för strälskydd dä kapseln lyfts upp ur vattnet. _ De enskilda avfallsdelarna 1, i figurerna 1, 2 och 3 visade som bränsleelement, lyfts. medelst ett i hanteringsorganet 7 anordnat gripdon, upp ur avfallskassetten 2 och ner i kapseln 4.

Därefter anordnas medelst samma eller nagot annat fjärrmanövrerat organ 7 ett inre lock 8, t ex av stäl, i kapseln 4. Ur figur 2 framgär att det inre locket är försett med ett antal häl 9-13, exempelvis fem, dvs ett första häl 9, ett andra häl 10, ett tredje häl ll, ett fjärde häl 12 och ett femte häl 13 för anslutning av organ för torkning av kapselns 4 inre och fyllning av kapseln 4 med gas, t ex argon eller helium och ett neutronabsorberande eller avständsseparerande material, t ex borglas. Hälen 9-13 är avtätade med t ex backventiler som hindrar läckage till atmosfären i omgivande utrymme men medger tillförsel av torkluft, gas och glas och utförsel av vatten och gas till bassängvattnet.

En i hanteringsorganet 7 anordnad skruvdragare 7a fixerar det inre locket 8 vid kapselns 4 hölje medelst icke visade bultar och drar ät bultarna. Ett hanteringsorgan 7b i figuren 1 anordnat vid en vägg i bassängen 3 för anslutning av ett första organ 18 till det första i locket 8 anordnade hälet 9 vilket organ mynnar under vattenytan 3b i bassängen 3. Det första organet 18 utgörs t ex av en slang som hänger ner utefter kapselns 4 yttersida. Efter lockets 8 fixering täthetsprovas den tillslutna kapseln 4.

Den första vagnen 5 med kapseln 4 förs sedan, exempelvis medelst ett icke visat linspel, i position för upplyftning av kapseln 4 till en sä kallad het cell 14 anordnad ovan bassängens 3 10 l5 20 25 30 35 3505 982 3 vattenyta 3b. Den heta cellen 14 är försedd med mot omgivningen stràlskärmande väggar, golv och tak. Den heta cellen 14 är med ett öppet schakt 15 förbunden med bassängen 3. vattenytan 3b En räls 16, vagn 17, är anordnad strax över vattenytan 3b i schaktet 15. När avskärmar schaktet 15. för transport av en andra kapseln 4 lyfts upp ur bassängen 3 är dess inre öppet endast genom det första organet 18. Kapseln 4 visas i figur 1 i upplyft läge medelst streckprickade linjer. ' En andra travers 19 är anordnad i den heta cellen 14 över dennas bearbetningspositioner. I traversen 19 är avstàndsmanövrerade organ anordnade. Med hjälp av ett sådant avstàndsmanövrerat organ 7c lyfts kapseln 4 upp ur bassängen 3. I upplyft läge renspolas eventuellt kapseln 4. Kapseln 4 anordnas pà den andra transportvagnen 17. För tömning av kapseln 4 pà bassängvatten, sà att avfallet kan torkas, är i det första hàlet 9 anordnat ett andra organ 20 som sträcker sig ner till kapselns 4 bottendel, t ex ett rör. Det andra organet 20 är vid lockets 8 första häl 9 anslutet till det första organet 18. Dä kapseln 4 lyfts upp ur bassängen 3 utgör det första organet 18 och det andra organet 20 tillsammans en hävert varvid kapseln 4 automatiskt töms pà vatten. Dä det andra organet 20 anordnas att mynna i en liten fördjupning vid den lägsta delen av kapselns 4 bottendel blir resterande vattenmängd i kapseln 4 liten. Den resterande vattenmängden torkas bort medelst en ström av torr luft.

Häverten är eventuellt ansluten till en ejektor 21 för bildande av undertryck sä att tömningen och torkningen underlättas.

Ur figur 3 framgår hur kapseln 4 i den heta cellen 14 anordnas pä den andra vagnen 17 i ett hanteringsdike 14a. Diket 14a har ett sädant djup att endast kapselns 4 övre del befinner sig ovanför dess kant. Dikets l4a väggar utgör en strälskärm mot intill liggande utrymme.

Ur figur 4 framgàr att vid torkning av kapselns 4 innehäll tillförs genom det tredje hälet 11 en ström av torr varm luft via ett tredje organ 22, t ex en slang. Luftströmmen alstas exempelvis av en fläkt 22a, förs in i kapseln 4 genom det tredje 10 15 20 25 30 35 9 505 982 organet 22, ut ur kapseln 4 genom häverten, dvs det första och det andra organet 18, 20, och mynnar slutligen via ejektorn 21 i bassängvattnet. Det bassängvatten som töms ut ur kapseln 4 och den gas som dras av frän kapseln 4 förs säledes ner i bassängen 3 och tas om hand av ett för bassängen 3 anordnat, icke visat reningssystem. Sedan gasen renats i bassängen frän merparten av eventuella medföljande radioaktiva partiklar samlas den upp i en gashuv 23 och dras av, medelst en fläkt 24, till ett i behandlingsstationen anordnat fränluftssystem med inbyggd rening. Ur figur 4 framgär vidare att, för förkortning av torkningstiden kan värmning av kapselns undre del anordnas. exempelvis genom placering av en värmeplatta 25 pä den andra transportvagnen 17 för värmning av kapselns nedre del.

I slutskedet av torkningsprocessen tillförs genom det tredje hälet 11 eventuellt inert atmosfär. För säkerställande av att _ kapselns 4 innehäll är tillräckligt torrt mäts den relativa fuktigheten pä den luft som passerats igenom kapseln 4 innan denna förs ut i bassängvattnet. Det är önskvärt att det blir tillräckligt torrt eftersom det finns olika sorters metaller i kapseln, dvs kapselmaterialet och avfallet, vilka metaller tillsammans med vatten eller fukt ger upphov till korrosion.

Dessutom blir fyllningen med ett borglas effektivast dä detta sandliknande material fär förbli torrt.

När kapselns 4 innehäll är torrt päbörjas fyllningen med nägot material som har förmäga att minska risken för kriticitet i de fall avfallet 1 utsätts för väta. Ett exempel pä ett sàdant material är, säsom tidigare nämnts, kulor av borerat glas. För att ytterligare minska risken för kriticitet kan avfallsdelarna vid införandet i kapseln 4 anordnas separerade frän varandra i en ställning av borplätar.

I figur 5 visas hur ett fjärde organ 26 för glasfyllning ansluts till det tredje hälet ll, 10 och det femte hälet 13, andra organet 20 sätts snabbt igen av borglaskulorna varför eventuellt även till det andra hälet för att fä en jämn fyllning. Det häverten inte kan användas för gasavdrag. Det första organet 18 10 15 20 25 30 35 505 982 lo anordnas därför vid fyllningsstart vid det fjärde hälet 12 i det inre locket 8. Den andra vagnen 17 kan eventuellt förses med nagon, icke visad, vibrerande anordning för vibrering av kapseln 4 sä att en bättre packning av borglaskulorna erhälls.

Efter glasfyllningen förs glasfyllningsorganet 26 bort och kapseln 4 är färdig för slutgiltig förslutning. Efter borttagning av glaspäfyllningsorganet 26 skruvas, medelst ett hanteringsorgan 7d, t ex fast anordnat vid den heta cellens 14 vägg, bultar in i de gängade hälen 9-13 i locket 8 för slutlig förslutning av detta.

I figur 1 och 6 visas att den heta cellens 14 vägg är anordnad en sluss 27. Kapseln 4 förs genom slussen 27 medelst den andra vagnen 17 ut till en position för anbringande av ett yttre lock 28, t ex av koppar, utanför det inre locket 8. Passagen genom den heta cellens 14 vägg kan göras mycket enkel eftersom inget radioaktivt material har spridits i cellen 14. Slussen 27 kan t ex utföras som ett häl i väggen med en motsvarande hälet strälskärmande vägg 29 anordnad utanför detta. Utförsel av kapseln 4 frän den heta cellen 14 kan alternativt göras genom att äter sänka ner kapseln i vattnet i bassängen 3, förflytta den och sedan lyfta upp den, spola av den och anordna den i läge för anbringande av det yttre locket 28. Kapselns 4 yttre yta kan härvid eventuellt förses med ett yttre strälskyddande hölje 30.

Dä det yttre locket 28 är anbringat förs kapseln 4 vidare till en icke visad position för svetsning av det yttre locket 28 till kapselns 4 hölje. Ur figur l framgàr att kapseln 4 dä kan lyftas upp, medelst ett hanteringsorgan 7e anordnat i en tredje travers 19a, över den strälskyddande väggen 29 och sänkas ner för vidare transport pá t ex ett luftkuddefordon 33 till en icke visad svetscell.

Ur figur 6 framgär ett alternativt utförande där ett hanteringsorgan 7d är anordnat vid sidan av diket l4a för betjäning av samtliga i cellen 14 anordnade funktioner. I cellen 14 är anordnat ett ställ 31 för bultar för igenpluggning av 10 15 20 25 30 35 'i 505 982 lockets 8 häl 9-13 och verktyg för hanteringsorganet 7d. Vidare är anordnat anslutningen 32 för vattenavdraget via häverten, anslutningen 34 för det tredje organet 22 för den varma luftströmmen och anslutningen 35 for glaspäfyllningsorganet 26.

Genom att omfattningen av utrustning inne i den heta cellen 14 är begränsad kan kapseln 4 vara anordnad i samma position under hela hanteringen i denna, varvid cellen 14 kan tillätas fä en mycket liten byggnadsvolym. Trots att all hantering bäde i bassängen 3 och i den heta cellen 14 kan ske med kapseln 4 i en och samma position i bassängen 3 respektive i den heta cellen 14, är hanteringen i figur 1 visad i flera skilda positioner för att göra processen mera överskädlig.

För att undvika risk för kriticitet hos avfallet 1 vid hantering av detta i väta, dvs dä avfallet lyfts över frän kassetten 2 till kapseln 4, kan de plätar som styr avfallsdelarnas position i kapseln 4, utföras med ett innehäll av neutronabsorberande bor, alternativt kan bassängvattnet boreras.

Ur figur 7 framgär en alternativ utföringsform av behandlingsstationen där kapseln 4 hela tiden i huvudsak är anordnad i vattnet i bassängen 3 medan endast dess övre del förs in i den heta cellen 14. Eventuellt anordnas en avgränsad del (icke visad) i bassängen 3 sä att vattnet lokalt kring kapseln 4 kan värmas upp för underlättande av torkningen av dess innehàll.

Ett annat sätt är att innan kapseln 4 förs ner i vattnet förse den med ett icke visat skyddshölje vilket kan genomströmmas av varm luft sä att torknigen underlättas.

Efter förslutningen av det inre locket 8 medelst hanteringsutrustningen 7d sänks kapseln 4 äter ner i bassängen 3 för att slussas vidare till ett strälskärmat utrymme 36 i vilket den lyfts upp och evenrtuellt renspolas innan det yttre locket 28 anbringas. Kapseln 4 anordnas därefter i ett strälskärmande hölje 30 för vidare transport exempelvis medelst ett luftkudde fordon 33 till den icke visade svetspositionen. tsos 982 \k I övrigt är hanteringen i figur 7 densamma søm den i figur 1 beskrivna.

Fördelen med utföringsformen enligt figur 7 är att den heta cellens 14 byggnadsvolym kan göras mycket liten och att antalet hanteringssteg är fà.

Claims (9)

10 15 20 25 30 35 '° 505 922 PATENTKRAV

1. Förfarande vid inkapsling av radioaktivt avfall (l) i en kapsel (4) behandlingsstation innefattande en vattenfylld bassäng (3) och för slutförvaring, där inkapslingen sker i àtminstone ett utrymme (14) med stràlskärmande väggar kännetecknat av att i vattnet i bassängen (3) anordnas det radioaktiva avfallet (1) i kapseln (4) som likaledes i vattnet försluts med ett inre tättslutande lock (8).

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att det innefattar avtätade häl (9-13) och att följande steg vidtages dock icke nödvändigtvis i angiven inre locket (8) ordningsföljd - kapseln (4) töms pá vatten - kapselns (4) inre inklusive avfallet (1) torkas - kapselns (4) inre atmosfär byts ut.

3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det innefattar avtätade häl (9-13) och att följande steg vidtages dock icke nödvändigtvis i angiven inre locket (8) ordningsföljd - till det första hälet (9) i det inre locket (8) anluts ena änden hos ett första organ (18) vars andra ände anordnas att mynna under vattenytan (3b) i bassängen (3), till det första hålet (9) ansluts även ena änden hos ett andra organ (20) vars andra ände anordnas att mynna vid kapselns (4) lägsta del - kapseln (4) lyfts upp sä att åtminstone det inre lockets (8) övre del anordnas ovanför vattenytan (3b) i det strálskärmande utrymmet (14) varvid kapseln (4) töms pà vatten via det första och det andra organet (18, 20) 10 15 20 25 30 505 98" H - till det andra hálet (22) kapselns inre inklusive avfallet (1) (10) i det inre locket (8) för tillförsel av torkmedium sà att ansluts ett tredje organ torkas - till det tredje hàlet (ll) ansluts ett fjärde organ (26) för atmosfärsbyte. kännetecknat av att det (3b) ansluts till en

4. Förfarande enligt patentkrav 3, första organet (18) under vattenytan ejektor (21).

5. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att kapseln (4) värms vid torkningen av dess inre.

6. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att (4) inre inklusive det fylls med ett kapseln (4) töms pà vatten, kapselns radioaktiva avfallet (1) torkas och kapseln (4) neutronabsorberande eller avstàndsseparerande material i ett och samma stràlskärmande utrymme (14).

7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att samtliga hanteringsfunktioner i samband med tömningen, torkningen och fyllningen i det strálskärmande utrymmet (14) utförs av ett och samma hanteringsorgan (7d).

8. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att eventuella radioaktiva partiklar i eller utanpá kapseln (4) förs ner i bassängvattnet.

9. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att det neutronabsorberande materialet utgörs av borglaskulor.