DE3103526C2

DE3103526C2 - Mehrschichtiger Transport- und Lagerbehälter für radioaktive Abfälle

Info

Publication number: DE3103526C2
Application number: DE3103526A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Chem. Dr. 6450 Hanau Huschka; Günther Dipl.-Chem. Dr. 6458 Rodenbach Luthardt; Elmar Dipl.-Ing. Dr. 6466 Gründau Schlich; Horst Dipl.-Chem. Dr. 6457 Maintal Vietzke
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH; Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE3103526A1; EP0057429A3; JPS57178189A; US4562001A; EP0057429B1; CA1166027A; DE3279552D1; EP0057429A2

Abstract

Zum Transport und zur Langzeitlagerung von radioaktivem Abfall, insbesondere von abgebrannten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen werden mehrschichtige Behälter benötigt, die einen dichten Einschluß auch auf lange Dauer gewährleisten, korrosionsbeständig gegen Salzlaugen sind, ohne zu teuer und zu schwer zu sein. Das erreicht man, indem man für die einzelnen Schichten des Behälters verschiedene Metalle bzw. Metallegierungen benutzt, die von außen nach innen in der elektrochemischen Spannungsreihe immer edler (positiver) werden.

Description

odisch in Lösung geht Auf diese Weise muß erst das gesamte Metall des Außenmantels in Lösung gehen, bevor die innere Schicht angegriffen wird. Bei einer Kombination von beispielsweise drei verschiedenen Schichten ist auch die Zeit für die Auflösung des zweiten Mantels kalkulierbar. Aufgrund der Abtragsraten pro Zeit und Fläche läßt sich die Standzeit des Außenmantels in einem bestimmten korrosiven Medium ausrechnen, ebenso die Standzeit des zweiten Mantels und so weiter. Durch diese Anordnung ist es möglich, den Außenmantel aus relativ billigem Material, wie beispielsweise Eisen-Graphitguß herzustellen, um dem Behälter für seine Eignung als Transportbehälter die nötige Steifigkeit für den 9 m-Falltest zu geben.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schema- is tischen Abbildung beispielhaft näher erläutert

Der erfindungsgemäße Endlagerbehälter besteht aus dem Außenmantel (1) mit aufgeschweißtem oder gefügtem Deckel (5). Als Material wird legierter Eisenguß, vorzugsweise Eisengraphitguß, verwendet. Der in diesem Äußenbehäiter befindliche erste innenmantei (2) besteht aus Nickel oder einer Nickellegierung, die in der elektrochemischen Spannungsreihe edler als der Außenmantel (1) ist. Ein zu großer Potentialabstand ist nicht erwünscht, um im Falle der Lokalelementbildung das Jnlösunggehen des Außenmantels nicht zu sehr zu beschleunigen. Der zweite innere Behälter (3) muß im Material wieder edler sein als der erste Innenmantel (2). Hier kommen vorteilhafterweise Nickel-Kupier-Legierungen in Betracht Der Innenraum (4) wird mit abgebrannten Brennelementen oder hochaktivem Abfall befOllt Alle drei Behälterschichten sind in sich geschlossen, was beispielsweise durch Verschweißen geschehen kann.

Bei Korrosionstesten hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die elektrochemischen Potentiale der benachbarten Schichten nicht zu weit auseinanderliegen. Vorzugsweise liegen sie nicht mehr als 50 bis 500 mV auseinander. Außerdem ist es möglich, den Behälter noch mit weiteren Auskleidungen im Inneren oder auf der Behälteroberfläche zu versehen, oder einen Innenbehälter aus geeignetem Material einzubringen. So ist es zum Beispiel möglich, einen monolithischen Graphitblock als Innenbehälter einzubringen.

Die Schichtdicken der Außenschichten liegen im Bereich von a bis 20 cm, die der weiteren edleren Schichten im Bereich von 5 bis 50 mm. Als korrosionsbeständige Materialien haben sich vor allem Bronzen, insbesondere zinnreiche, bewährt.

Bei der Festlegung der Reihenfolge der Metallschichten sind natürlich Legierungsbestandteile und deren Auswirkungen auf die Potentiale, aber auch auf das Korrosionsverhalten, wie z. B. Spaltkorrosion, zu berücksichtigen.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Brennelemente werden Behälter aus legierten und unle- Patentansprüche: gierten Stählen, aus Kupfer sowie aus Korund vorgeschlagen. Die Behälter aus Stahl sind entweder nicht

1. Mehrschichtiger Transport- und Lagerbehälter genügend korrosionsbeständig oder wie solche aus zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfällen, 5 Kupfer sehr teuer. Behälter aus Korund sind grundsätzinsbesondere abgebrannten Brennelementen, in ge- lieh geeignet, jedoch fehlen die für die Herstellung noteigneten geologischen Formationen, dadurch wendigen Erfahrungen. Darüber hinaus müßten die gekennzeichnet, daß der Behälter (6) aus zwei Brennelemente zur Verpackung in die aus herstellungs- oder mehreren Schichten (1,2,3) verschiedener Me- bedingten Gründen kleirten Korundbehälter zerlegt talle oder Metallegierungen besteht, die von außen 10 werden, was mit einem erheblichen Aufwand verbunden nach innen in der elektrochemischen Spannungsrei- ist

he immer edler (positiver) werden. Solche Behälter erfüllen die Bedingungen der Lang-

2. Transport- und Lagerbehälter nach Anspruch 1, zeitlagerung, wie dichter Einschluß bei den auftretenden dadurch gekennzeichnet, daß bei einem dreischichti- Drucken und Temperaturen, sowie Korrosion gegen gen Aufbau die äußere Schicht (1) aus Gußeisen, die 15 Salzlaugen, nur zum Teil, oder sie müssen sehr dickwannächstinnere Schicht (2) aus Nickel oder einer Nik- dig ausgebildet werden. Außerdem eignen sie sich meist kellegierung und die innere Schicht (3) aus Kupfer nicht gleichzeitig auch als Transportbehälter, so daß un- oder einer Kupferlegierung besteht ter erheblichem Aufwand eine Umladung der Abfälle

3. Transport- und Lagerbehälter nach Anspruch 1 vom Transportbehälter in den Endlagerbehälter erfol- oder 2, dadjirch gekennzeichnet, daß benachbarte 20 gen muß.

Metaiischichten (i, 2, 3) in der elektrochemischen Andererseits ist es allgemein bekannt, meiaügegen-

Spannungsreihe etwa 50 bis 50OmV voneinander stände durch sog. »Opferanoden« vor Korrosion zu

entfernt Siegen. schützen. Dabei werden die zu schützenden Metallgegenstände mit Metallteilen (Opferanoden) aus unedle-

25 rem Metall leitend verbunden. Es entsteht dann im Prinzip ein galvanisches Element, bei dem im Korrosionsfall die Opferanode allmählich aufgezehrt wird, da auf

Gegenstand der Erfindung ist ein mehrschichtiger Grund der Spannungsreihe stets das unedlere Metall

Transport- und Lagerbehälter zur Langzeitlagerung der Opferanode Elektronen abgibt, d. h. aufgelöst wird,

von radioaktiven Abfällen, insbesondere von abge- 30 Auf dem gleichen Prinzip beruht auch die Wirkung po-

brannten Brenne._rnenten, in geeigneten geologischen röser, gegen das Grundmetall unedlerer Schutzüberzü-

Formationen. ge, wobei das Grundmetall erst angegriffen wird, wenn

Bestrahlte, abgebrannte Brennelemente werden nach der Schutzüberzug vollständig anodisch gelöst worden

einer vorübergehenden Aufbewahrt¹' <g im Wasserbek- ist

ken entweder sofort oder nach einer begrenzten weite- 35 Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, rcn Zwischcnlagerung aufgearbeitet Dabei werden die einer, mehrschichtigen Transport- und Lagerbehälter nuklearen Brenn- und Brutstoffe von den Spaltproduk- zur Langzeitlagerung von radioaktiven Abfällen, insbeten abgetrennt und wieder dem Brennstoffkreislauf zu- sondere von abgebrannten Brennelementen, in geeignegeführt Die Spaltprodukte werden nach bekannten ten geologischen Formationen zu stoffen, der einen Verfahren, meist unter Verwendung großer Mengen 40 dichten Einschluß auf lange Dauer gewährleistet und Wertstoffe, wie zum Beispiel Blei und Kupfer, konditio- vor allem korrosionsbeständig gegen Salzlaugen ist, ohniert und in geeigneten geologischen Formationen ne zu teuer und zu schwer zu sein, praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert. Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst

Darüber hinaus wird überlegt die bestrahlten Brenn- daß der Behälter aus zwei oder mehreren Schichten

elemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die 45 verschiedener Metalle oder Metallegierungen besteht,

in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zunächst die von außen nach innen in der elektrochemischen

zu verzichten und die Brennelemente — nach einer an- Spannungsreihe immer edler (positiver) werden,

gemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehene Lagern Dadurch wird gewährleistet daß auch bei partiellem

— gegebenenfalls wieder entnehmbar endzulagern. Die korrosivem Durchbruch durch die äußere Schicht die

Lagerzeiten können mehrere Generationen bis zu meh- 50 nächstinnere Schicht erst angegriffen werden kann,

reren tausend Jahren betragen, wobei sich das Gefähr- wenn sich die äußere Schicht vollständig aufgelöst hat.

dungspotential des radioaktiven Inventars in dieser Zeit, Damit wird der Widerstandszeitwert berechenbar, und

den bekannten physikalischen Gesetzen folgend, ent- die Standzeit gegen Korrosion bleibt auch bei unvor-

sprechend seiner Zusammensetzung außerordentlich hersehbaren Störfällen erhalten,

stark verringert 55 Es hat sich gezeigt daß man bei mehrschichtigen Be-

Wegen der unbestimmten Lagerdauer werden an der- hältern kostengünstige Metalle zur Erreichung der nöti-

artige, für die Langzeitlagerung geeignete Behälter, die gen Behälterfestigkeit einsetzen kann, wenn man dafür

gegenüber bekannten Transport- und Lagerbehälter ei- sorgt, daß das Metall der nächstinneren Schicht in der

ne mehrfache Betriebszeit aufweisen müssen, besonde- elektrochemischen Spannungsreihe höher steht als das

re Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, 60 Metall der Außenschicht. Tritt nun beim Außenmantel

daß die Behälterlager schwer zugänglich sein müssen durch partielle Korrosion der Salzlösung ein Durch-

und folglich den Überwachungsmöglichkeiten Grenzen bruch auf, wie im Störfall angenommen wird, so beginnt

gesetzt sind. der Korrosionsangriff an dem edleren Innenbehälter

Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt, nicht sofort, weil aufgrund der elektrochemischen Spandie bestrahlten Brennelemente mittels Behältern aus 65 nungsreihe sich im Elektrolyt nun ein Potential zwi-Metall oder Beton in Salz, Sand oder in Fels-Kavernen sehen beiden Metallen aufbaut, wobei das edlere Metall zu lagern. beziehungsweise Metallegierung der inneren Schicht

Als Verpackung für radioaktive Stoffe und bestrahlte zur Kathode wird und das äußere, unedlere Metall an-