DE4336674C1 - Endlagerbehälter für radioaktiv kontaminierte Abfallstoffe mit organischen Bestandteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter für radioak­ tiv kontaminierte Abfallstoffe mit organischen Bestandtei­ len, bestehend aus einem mit einem Deckel versehenen Au­ ßenbehälter, wobei an der Innenfläche des Außenbehälters und des Deckels jeweils eine Bleiabschirmung angebracht ist, einem den Abfallstoff aufnehmenden, in den Außenbehälter einstellbaren Innenbehälter, einer elektrischen Heizein­ richtung zum Erhitzen des Abfallstoffs und einer ver­ schließbaren Gasabsaugöffnung.

In Kernkraftwerken und anderen radioaktive Stoffe benutzen­ den Arbeitsstätten fallen neben anorganischen auch organi­ sche, radioaktiv kontaminierte Abfallstoffe an, die einer Entsorgung bedürfen. Hierzu gehören z. B. Ionenaustauscher, die zum Entfernen radioaktiver Stoffe aus dem Primärkühl­ wasser von Kernkraftwerken benutzt werden. Häufig fallen radioaktiv kontaminierte Abfallstoffe auch mit einem hohen Wassergehalt in flüssiger oder pastöser Form an.

Die Entsorgung von radioaktiv kontaminierten Abfallstoffen geschieht in der Regel durch Einzementieren in Fässern oder in speziellen Endlagerbehältern. Enthalten die Abfälle aber Wasser, Hydratwasser oder organische Bestandteile, besteht die Gefahr, daß diese durch Radiolyse zersetzt werden, wobei Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, die nicht nur zu einem Druckanstieg im Endlagerbehälter führen, sondern auch die Bildung eines explosiven Gasgemisches verursachen können. Zur Vermeidung einer solchen Radiolyse und zur Volumenver­ ringerung ist aus der EP 0 149 783 A2 bekannt, den Abfall­ stoff in einem von außen beheizten Reaktorbehälter zunächst in einer inerten Atmosphäre und anschließend in einer oxi­ dierenden Atmosphäre bei Temperaturen von 240 bis 420°C zu erhitzen, wobei Sauerstoff eingeleitet und Abgas abgesaugt wird. Der im Reaktorbehälter verbleibende zersetzte Pyroly­ serest wird nach Verfestigung mit einem Glaszement in ein Faß gepackt. Über den Strahlenschutz sind in dieser Druck­ schrift keine Angaben gemacht. Das gilt auch für die in der DE 26 28 169 C2 beschriebene Vorrichtung, bei der ein orts­ fester zylindrischer Ofen mit einem am Innenmantel angeord­ neten Heizleiter vorgesehen ist, in den ein den Abfallstoff aufnehmender Transportbehälter einsetzbar ist. Nach der thermischen Zersetzung wird der Transportbehälter aus dem Ofen herausgenommen und der Rückstand in Beton oder Bitumen eingebettet, ohne daß in der Druckschrift gesagt ist, wie ein Strahlenschutz sichergestellt werden kann, wobei zu be­ rücksichtigen ist, daß eine übliche Bleiabschirmung der ho­ hen Zersetzungstemperatur nicht standhält. Anderseits sind spezielle Endlagerbehälter bekannt, die aus einem massiven gußeisernen, mit einem Deckel versehenen Außenbehälter be­ steht, wobei bedarfsweise an der Innenfläche des Außenbehäl­ ters und des Deckels jeweils eine Bleiabschirmung angebracht und ein den Abfallstoff aufnehmender und in den Außenbehäl­ ter einstellbarer Innenbehälter vorgesehen ist. Um das im Abfallstoff enthaltene Wasser zu verdampfen, wurde um den massiven Außenbehälter eine Heizmanschette gelegt und der Wasserdampf mittels Vakuum abgesaugt, wobei zur Schonung des Außenanstrichs der Behälter die Heiztemperatur in der Regel unter 150°C liegt. Bei dieser Trocknungsmethode muß der ge­ samte Endlagerbehälter einschließlich der dicken Strahlen­ abschirmung von außen aufgeheizt werden, wodurch aber der Trocknungsprozeß sehr langwierig und teuer ist. Vor allem haftet dieser Trocknungsmethode aber der Nachteil an, daß die organischen Abfallstoffe nach wie vor durch Radiolyse zersetzt und dabei Wasserstoff und Sauerstoff abgespalten werden und bei dünnwandigen Endlagerbehältern infolge des Druckanstiegs die Gefahr eines Berstens besteht. Eine aus­ reichende thermische Zersetzung ist mit dieser Ausführung nicht möglich.

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem, einen dem Ober­ begriff des Anspruchs 1 ausgebildeten und mit einer inneren Bleiabschirmung ausgerüsteten Endlagerbehälter derart aus­ zubilden, daß eine thermische Zersetzung des Abfallstoffs innerhalb des nach außen abgeschirmten Endlagerbehälters und eine Endlagerung ohne Umfüllen des zersetzten radioak­ tiv kontaminierten Abfallstoffs erfolgen kann.

Der Lösung dienen die im Kennzeichen des Anspruchs 1 vor­ gesehenen Merkmale. Die Einfassung der Bleiabschirmung des Außenbehälters und des Deckels erlaubt eine Erhitzung des Reaktionsraumes auf eine über dem Schmelzpunkt des Bleis (327°C) liegende, die Zersetzung des Abfallstoffs begünsti­ gende hohe Temperatur, wobei das geschmolzene Blei nicht wegfließen kann und die Abschirmung erhalten bleibt. Die ge­ fäßartige Einfassung kann konstruktiv verschieden sein. Bei­ spielsweise kann die Außeneinfassung durch den Außenbehälter und Inneneinfassung durch einen mit Boden versehenen becher­ artigen Einsatz gebildet werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, in einen doppelwandigen Behälter zwischen des­ sen Wandteile Blei einzugießen und den Behälter in das End­ lagergefäß einzusetzen. Entsprechend ist auch eine obere Bleiabschirmung vorgesehen, welche eine Einfassung aus ei­ nem doppelwandigen Deckel aufweist. Die Einfassungen können z. B. aus Stahlblechen bestehen. Die Anordnung der elektri­ schen Heizelemente innerhalb des Endlagerbehälters zwischen der Bleiabschirmung und dem Innenbehälter hat zunächst den Vorteil, daß die Wärme direkter auf die Abfallstoff ein­ wirkt. Es ist also nicht mehr erforderlich, die Wärmeener­ gie über den massiven Außenbehälter und die Abschirmungsmas­ se auf die Abfallstoffe zu übertragen. Die Temperatursteige­ rung läßt sich daher viel besser dosieren. Außerdem wird erheblich weniger Energie benötigt. Die erfindungsgemäße Ausbildung sieht vor, daß die Heizelemente im Endlagerbehäl­ ter verbleiben, also nur einmal genutzt werden. Die relativ niedrigen Kosten der Heizelemente sind in Anbetracht der hohen Gesamtkosten von etwa DM 70 000,- bis 80 000,- für jeden einzelnen Endlagerbehälter und der erzielten Vorteile auch wirtschaftlich. Die Verteilung der Heizelemente auf Mantel und Boden trägt zu einer gleichmäßigen Beheizung bei. Durch eine Erhitzung bis etwa 400°C werden die organischen Bestandteile zersetzt, und durch Sauerstoffzugabe läßt sich eine vollständige Oxidation aller oxidierbaren Stoffanteile erreichen, wobei die flüchtigen Bestandteile abgeleitet wer­ den und im Endlagerbehälter nur Stoffe zurückbleiben, die gegenüber einer radioaktiven Bestrahlung unempfindlich sind. Der abgeschirmte Endlagerbehälter kann zur thermischen Zer­ setzung an beliebigen Orten im sogenannten Kontrollbereich aufgestellt werden, so daß ein besonderer Strahlenschutz­ raum nicht benötigt wird.

Um den für die Reaktionen erforderlichen Stoffaustausch vornehmen zu können, sind im Deckel des Außenbehälters und der zugehörigen Bleiabschirmung Rohranschlüsse vorgesehen, welche bedarfsweise ein Befüllen, das Ein- und Ableiten von Gasen, das Einführen von Meßeinrichtungen und das Durchfüh­ ren eines Stromkabels für die Heizelemente ermöglichen. Nach beendeter Umwandlung der Abfallstoffe werden die ent­ sprechenden Anschlüsse im Deckel entfernt und gegebenen­ falls mit einer angeschraubten Platte abgedeckt.

Der neuartige Endlagerbehälter erlaubt auch die Umwandlung von flüssigen oder pastösen Abfallstoffen, z. B. den aus Pri­ märkühlwasser von Kernkraftwerken abgetrennten, mit Kobalt- 60 kontaminierten Abfallstoffen. Diese lassen sich im End­ lagerbehälter zunächst verdampfen, wobei die Lösung z. B. durch Einleiten von Inertgas mittels einer Gaslanze in Be­ wegung gehalten werden kann. Das radioaktive Co-60 sedimen­ tiert und konzentriert sich im Bodenbereich. Um hier eine zusätzliche Abschirmung zu schaffen, ist der Innenbehälter vorzugsweise mit einem verjüngten Bodenteil versehen und der dadurch geschaffene Platz für eine verstärkte Abschir­ mung im Bodenbereich genutzt, indem die Bleiabschirmung entsprechend radial nach innen erweitert ist.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines erfindungs­ gemäß ausgebildeten Endlagerbehälters für radioaktiv konta­ minierte Abfallstoffe dargestellt, der einen Reaktionsraum zur Umwandlung der Abfallstoffe in ein endlagerungsfähiges Produkt einschließt.

Der Endlagerbehälter besteht aus einem dickwandigen Außen­ behälter 1 mit Deckel 2, die beide aus Gußeisen gefertigt sind. Innerhalb des Außenbehälters 1 ist eine dickwandige Bleiabschirmung 3 angeordnet, die gefäßartig eingefaßt ist. Bei der gezeichneten Ausführung wird der das Blei aufnehmen­ de Raum von der Innenwand des Außenbehälters 1 und einem be­ cherartigen Einsatz 4 begrenzt. Es besteht auch die Möglich­ keit, einen doppelwandigen Behälter, dessen Wandteile die Bleiabschirmung einfassen, einzusetzen. In allen Fällen be­ zweckt die behälterartige Einfassung, daß das Blei beim Er­ hitzen und Schmelzen nicht wegfließen kann und die Abschir­ mung aufrechterhalten bleibt. Der Einsatz 4 kann beispiels­ weise aus Edelstahlblech hergestellt sein. In entsprechender Weise hat auch die Bleiabschirmung 5 des Deckels 2 eine das Blei einschließende Umhüllung aus Edelstahlblech.

Innerhalb der Bleiabschirmung 3 befindet sich ein vorzugs­ weise aus Edelstahl bestehender Innenbehälter 6. Der Boden­ teil 7 des Innenbehälters 6 ist verjüngt, wobei der Über­ gang trichterartig ausgebildet ist. Der durch die Verjün­ gung gebildete Raum dient einer entsprechenden Erweiterung der Bleiabschirmung 3, die in der Zeichnung als separate Bleiabschirmung 8 mit Blechumhüllung ausgebildet und in den Außenbehälter 1 eingesetzt ist. Alternativ kann die Erwei­ terung aber auch unmittelbarer Bestandteil der Bleiabschir­ mung 3 sein. Außen auf dem Innenbehälter 6 ist mantelförmig ein elektrisches Heizelement 10 und unter dem Boden des In­ nenbehälters 6 ein scheibenförmiges Heizelement 9 angeord­ net. Beide Heizelemente 9, 10 sind mit Stromkabel versehen, die durch die Deckelteile nach außen geführt sind (in der Zeichnung nicht dargestellt). In dem gußeisernen Deckel 2 und der Bleiabschirmung 5 sind mehrere Bohrungen 11 vorge­ sehen, welche den Anschluß verschiedener Rohre erlauben. In der Zeichnung ist ein Füllrohr 12, ein Absaugrohr 13 und eine Begasungslanze 14 schematisch angedeutet. Die Verbin­ dung der Rohre mit dem Deckel geschieht durch Schrauben o. dgl. und ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Ebenso können auch Bohrungen zum Einführen von Meßgeräten, z. B. Füllstandsmeßgeräte, Temperaturfühler o. dgl. vorgesehen sein. Nach Füllung und Umwandlung des Abfallstoffs in ein endlagerungsfähiges Produkt werden die Bohrungen 11 mit Blei vergossen und durch eine auf den Deckel 2 aufgeschraub­ te Metallplatte verschlossen (in der Zeichnung nicht darge­ stellt).

Bezugszeichenliste

1 Außenbehälter (Gußeisen)
2 Deckel (Gußeisen)
3 Bleiabschirmung
4 Einsatz
5 Bleideckel
6 Innenbehälter (Edelstahl)
7 verjüngtes Bodenteil
8 Bleiabschirmung
9 elektrische Heizelemente
10 elektrische Heizelemente
11 Bohrungen
12 Füllrohre
13 Absaugrohr
14 Begasungslanze.

Claims (2)

1. Endlagerbehälter für radioaktiv kontaminierte Abfall­ stoffe mit organischen Bestandteilen, bestehend aus ei­ nem mit einem Deckel (2) versehenen Außenbehälter (1), wobei an der Innenfläche des Außenbehälters (1) und des Deckels (2) jeweils eine Bleiabschirmung (3, 5) angebracht ist, einem den Abfallstoff aufnehmenden, in den Außenbe­ hälter (1) einstellbaren Innenbehälter (6), einer elek­ trischen Heizeinrichtung zum Erhitzen des Abfallstoffs und einer verschließbaren Gasabsaugöffnung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bleiabschirmung (3, 5) im Außenbe­ hälter (1) und unter dem Deckel (2) jeweils gefäßartig eingefaßt ist, außen auf dem Mantel des Innenbehälters (6) und unter dessen Boden eine Erwärmung des Abfall­ stoffs bis etwa 400°C erlaubende elektrische Heizelemente (9, 10) angeordnet sind und Einrichtungen zum Anschluß von ein oder mehreren Rohren (12 bis 14) zum Befüllen, zum Ein- und Ableiten von Gasen, zur Einführung von Meß­ einrichtungen und zur Durchführung eines Stromkabels für die Heizelemente (9, 10) vorgesehen sind.

2. Endlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (6) mit einem verjüngten Bodenteil (7) versehen und die Bleiabschirmung (8) entsprechend radial nach innen erweitert ist.