DE2942092C2 - Endlagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus einem Innenbehälter, einem metallenen Außenbehälter und einem zwischen Innen- und Außenbehälter angeordneten Graphitmantel, wobei der Innenbehälter und der Außenbehälter jeweils durch einen Deckel verschlossen sind.

Bei einem bekannten Behälter dieser Art (DE-OS 18 518) besteht der Graphitmantei aus zerkleinertem Graphit, der in den Zwischenraum zwischen Innenbehälter und Außenbehälter eingefüllt ist. Dieser Graphitmantel dient als Neuironcnabschirmung bei einer längeren Zwischenlagcrung des Endlagerbehälters im Freien.

In das Endlager, z. B. in eine Hartfelsmine, gelangt nur der mit den radioaktiven Abfallstoffen gefüllte metallene Innenbehälter. Dieser besitzt aber keine für geologische Zeiträume ausreichende Korrosionsbeständigkeit, wenn die Endlagerung in einer Steinsalzformation erfolgen soll, wo die Bildung einer wäßrigen und damit korrosiven Salzlösung nicht ausgeschlossen werden kann.

Aus der DE-OS 27 26 335 ist ein für die Lagerung in einer Steinsalzformation geeigneter Endlagerbehälter

ίο bekannt, bei dem ein metallener Innenbehälter zur Aufnahme der radioaktiven Abfallstoffe in ein Rollreifenfaß eingebracht und der Zwischenraum zwischen Innenbehälter, Rollreifenfaßwandung und Rollreifenfaßdeckel mit einer Füllung aus Beton, Bitumen oder glaskerami iChem Material vergossen ist Das Rollreifenfaß wird in einem mit einem Deckel verschließbaren Außenbehälter aus Beton oder Stahl eingebracht, der als Abschirmung zur Einlagerung von mittelaktiven Abfällen mit höherer Dosisleistung in dem Tieflager dient

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Endiagcfbehaiier der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dessen Hilfe radioaktive Abfallstoffe und insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente unmittelbar einer Endlagerung mit korrosiver Umgebung zu- geführt werden können, wobei auch über geologische Zeiträume eine Kontamination der Biosphäre unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Graphitmantel als gas- und flüssigkeitsdichter Korrosionsschutzbehälter ausgebildet ist und aus einem Graphit-Behältertopf, der mit zwei Graphitdeckeln verschlossen ist, besteht, wobei die mit konischen Dichtflächen versehenen Graphitdeckel in entsprechenden Aufnahmen des Graphitbehälters gehalten sind.

js Graphit gehört zu den chemisch beständigsten Materialien und kann daher einen durch Korrosion praktisch unzerstörbaren Schutz für den Innenbehälter bilden, wenn der Graphitmantel gas- und flüssigkeitsdicht gemacht wird. Gas- und flussigkeitscni.hi.er Graphit ist handelsüblich und verhältnismäßig billig zu beschaffen. Es ist z.B. aus Techn. Überwach. Bd. 9 (1968), Nr. 1, S. 12—14 bekannt. Kohlenstoff in die Poren von Elektro-Graphit einzulagern, um dadurch ein gas- und flüssigkeitsdichtes Material zu erhalten. Auch ist es möglich, den Behältertopf und die Graphitdeckel für den Korrosionsschutzbehälter hinsichtlich Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid zu verbessern. Weiterhin zeigt die US-PS 32 31 521. daß Graphitkörper mit gewünsch ter Dichte hergestellt werden können, indem Graphit pulver mit Borkarbid und einem Kunstharz als Binder vtrmischt wird und der gewünschte Formkörper in einer Presse erzeugt und danach so erwärmt wird, daß nur der karbonisierte Rest des verwendeten Bindemittels verbleibt.

Während der Innenbehälter wie bei der DE-OS 24 18 518 als metallener Behältertopf mit aufgeschweißtem metallenen Deckel ausgeführt werden kann, wird zur weiteren Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit

bo des Endliigcrbehäliers bevorzugt, daß der Innenbehälter aus Graphit besteht. In diesem Falle kann der Behältcrtopf des Innenbehälters einstückig mit dem Behältcrtopf des Korrosionsschutzbehälters ausgeführt werden. Es kann zweckmäßig sein, daß der Innenbehälter mit dem Behältertopf verbunden ist. Dies kann z. B. durch Kleben erreicht werden. Eine einfache Ausbildung des Innenbehälters erhält man, wenn der Innenbehälter als Wabenkörper ausgebildet ist, in dessen Waben die ra-

dioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind, ζ. Β. Brennelementbündel, und zwar auch zusammen mit Stäben aus einer neutronenabsorbierenden Substanz, z. B. Bor.

Aus der DE-OS 23 04 665 ist im Zusammenhang mit einem Transportbehälter für radioaktives Material an sich bekannt, in einem metallenen Innenbehälter einen Wabenkörper als Abstandshalter aus einer Aluminiumlegierung vorzusehen, der die vom Innenbehälter aufzunehmenden Brennelemente im Behälter in ihrer Soll-Lage halten soll und gleichzeitig als Wärmeableitung und Neutronenabsorber dient. Die Aufnahmeräume für die Brennelemente sind im wesentlichen gleichförmig über den Querschnitt des Abstandhalters verteilt. Ein Hinweis auf Graphit findet sich nicht.

Anstelle des Einbringens von Stäben aus einer neutronenabsorbierenden Substanz zusammen mit dem radioaktiven Material in die Waben des Wabenkörpers ist es jedoch vorteilhafter, wenn der Wabenkörper Zusatzbohrungen aufweist, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.

Unabhängig von der Ausbildung des Innenbehälters als Wabenkörper oder Hohlkörper ist es für die Neutronenabsorption u. U. auch zweckmäßig, wenn der Graphit des Korrosionsschutzbehälters mit einer neutronenabsorbierenden Substanz versetzt ist

Um einen einwandfreien, voneinander unabhängigen Verschluß der Graphitdeckel in den zugeordneten Aufnahmen des Behältertopfes zu gewährleisten, sollten die beiden Graphitdeckel mit zwar geringem, aber endlichem Abstand übereinander in den Aufnahmen des Behältertopfes gehalten sein. Am einfachsten kann dies bewerkstelligt werden, wenn die Graphitdeckel mit dem Behältertopf verschraubt sind. Zweckmäßigerweise liegen dabei zwischen den Graphitdeckeln und dem Behältertopf jeweils Graphitdichtungen.

Es ist aber auch möglich, daß die Graphitdeckel mit dem Behälter verklebt sind. Dabei sollte das verwendete Klebemittel so eingestellt bzw. nachbehandelt werden, daß es die gleiche Korrosionsschutzbeständigkeit wie der Korrosät.issehutzbehälter aufweist.

Verschiedene Ausführungsformen des Endlagerbehälters sollen nun anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform des Endlagerbehälters,

F i g. 2 ei;;en Querschnitt durch der. Endlagerbehälter nach F i g. 1 und

Fig.3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform.

Die in den Figuren durgestellten Endlagerbehälter dienen der Endlagerung von radioaktiven Abfallstoffen, insbesondere von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, in korrosiver Umgebung. In seinem grundsätzlichen Aufbau besteht jeder Endlagerbehälter aus einem Innenbehälter 1, aus einem Graphitmantel und einem metallenen Außenbehälter 2, die jeweils durch einen Deckel 3 bzw. 4 verschlossen sind. Der Graphitmantel liegt zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Außenbehälter 2 und ist als gas- und flüssigkeitsdichter Korrosionsschutzbehälter ausgebildet und besteht aus einem Graphit-Behältertopf 5 und zwei diesen verschließenden Graphitdeckeln 6 und 7, die mit konischen Dichtflächen 8 in entsprechende Aufnahmen 9 des Graphit-Behältertopfes 5 gehalten sind. Aus Fig. 1 und 2 erkennt man, daß der Außenhehälter 2 mit Augen 10 versehen t>5 ist, die ein Angreifen von Kranhaken am Behälter ermöglichen. Bei der in der Γ i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist de' Innenbehälter I in Metall und mil aufge schweißtem Deckel 3 ausgeführt. Er kann aber auch aus Graphit bestehen und mit dem Graphit-Behältertopf 5 einstückig ausgebildet sein (diese Ausführungsform ist nicht dargestellt). Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 und 2 besitzt der Innenbehälter außen und innen Quadergestalt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig.3 besitzt der Innenbehälter 1 außen die Gestalt eines Kreis/.ylindcrs und ist im übrigen als Wabenkörper ausgebildet, in dessen Waben die radioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind Der Wabenkörper ist mit Zusatzbohrungen Il versehen, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 ist die neutronenabsorbierende Substanz gleichmäßig im Graphit des Korrosionsschutzbehälters, d. h. im Behältertopf 5 und den Deckeln 6 und 7 verteilt. Behältertopf 5 und Graphitdeckel 6 und 7 sind mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid beschichtet.

Wie die F i g. 1 zeigt, sind die beiden Graphitdeckel 6 und 7 mit Abstand übereinander in ac-n Aufnahmen 9 des Graphit-Behältertopfes 5 gehalten, und zwar durch Verschrauben. Entsprechende Gewinde 12 sind im Bereich der konischen Dichtflächen in der F i g. 1 angedeutet. Weiterhin sind in der Fig. I Graphitdichtungen 13 angedeutet, die zwischen den Graphitdeckeln 6 und 7 einerseits und dem Behältertopf 5 andererseits liegen. Der metallene Außenbehälter 2 weist außerdem noch äußere Kühlrippen 14 auf.

Einzulagernde Brennstäbe werden ggf. in Tragkörben oder Kochern gebündelt in den Innenbehälter 1 eingesetzt, woraufhin der zugeordnete Deckel 3 aufgesetzt und rundum verschweißt wird. Dieser dicht verschlossene, an sich für die Endlagerung nicht hinreichend korrosionsbeständige metallene Innenbehälter 1 wird dann in den Graphit-Behältertopf 5 eingesetzt, in den anschließend die Graphitdeckel 6 und 7 nacheinander eingeschraubt werden. Hieran wird der aus Behältertopf ii und Deckeln 6 und 7 bestehende Korrosionsschuizbehälter in den metallenen Außenbehälter 2 eingesetzt und mit dem zugehörigen Deckel 4 verschweißt. Abschließend wird der Behälter der Endlagerung zugeführt.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Endlagerbehälter für radioaktive Abfallstoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus einem Innenbehälter, einem metallenen Außenbehälter und einem zwischen Innen- und Außenbehälter angeordneten Graphitmantel, wobei der Innenbehälter und der Außenbehälter jeweils durch einen Deckel verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphitmantel als gas- und flüssigkeitsdichter Korrosionsschutzbehälter (5,6,7) ausgebildet ist und aus einem Graphit-Behältertopf (5), der mit zwei Graphitdekkeln (6, 7) verschlossen ist. besteht, wobei die mit konischen Dichtflächen (8) versehenen Graphitdekkel (6,7) in entsprechenden Aufnahmen (9) des Graphit-Behältertopfes (5) gehalten sind.

2. Endlagerbehälter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) aus Graphit besieht.

3. Endlagerbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (1) mit dem Behältertopf (5) verbunden ist

4. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichne! daß der Innenbehälter (1) als Wabenkörper ausgebildet ist, in dessen Waben die radioaktiven Abfallstoffe einsetzbar sind.

5. Endlagerbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper Zusatzbohrungen (11) auf. eist, die mit einer neutronenabsorbierenden Substanz gefüllt sind.

6. EndlagerbehäJter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, ^aß der Graphit des Korrosionsschutzbehälters (5,6.7) mit einer neutronenabsorbierenden Substanz versetzt ist.

7. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältertopf (5) und die Graphitdeckel (6, 7) mit pyrolytisch aufgebrachtem Kohlenstoff und/oder Siliziumkarbid beschichtet sind.

8. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche ? bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitdekkel (6,7) mit dem Behältertopf (5) verschraubt sind.

9. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Graphitdeckeln (6, 7) und dem Behältcrtopf (5) jeweils Graphitdichtungen (13) liegen.

10. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitdekkel (6,7) mit dem Behältertopf (5) verklebt sind.