DE1053686B

DE1053686B - Verfahren und Einrichtung zum Unschaedlichmachen radioaktiver Isotopenabfaelle

Info

Publication number: DE1053686B
Application number: DEA25773A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Alberti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-10-01
Filing date: 1956-10-01
Publication date: 1959-03-26

Description

DEUTSCHES

Das Problem der Beseitigung radioaktiver Abfälle, wie sie in Kernreaktoren, wissenschaftlichen Laboratorien, Krankenhäusern und zahlreichen weiteren Erzeugungs-, Verarbeitungs- und Verwendungsstellen anfallen, gehört zu den wichtigsten Fragen, denen sich die verantwortungsbewußte Wissenschaft in steigendem Maße gegenübersteht. Es sind bereits zahlreiche Vorschläge zu seiner Lösung gemacht worden, die als bekannt vorausgesetzt sein mögen. Als herausgegriffene Beispiele für zusammenfassende Veröffentlichungen hierüber seien genannt ein Aufsatz von Römpp in der Zeitschrift »Kosmos« der Frainckh'schen Verlagshandlung Stuttgart, Septemberheft 1955, S. 415/16, einige Aufsätze in der Zeitschrift »Atompraxis«, Verlag G. Braun, Karlsruhe. Auigustheft 1956, S. 271 bis 275, und ein Artikel aus dem Battelle-Institut in der Zeitung »Die Welt« vom 8. September 1956, Nr. 211, S. 17. Die bisher gemachten Vorschläge zur Meisterung des Problems beschäftigen sich uniter anderem mit der Entgiftung radioaktiv verseuchter Wasser, mit der Lagerung, dem Transport und der endgültigen Beseitigung des »Atommülls« lassen aber, wie die dringenden Aufrufe zur Weiterbearbeitung dieser Fragen erkennen lassen, noch viale Wünsche offen, besonders auch hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit der vorgeschlagenen Methoden. Auch liegt die Beseitigung radioaktiv strahlender Isotopenabfälle in Laiboratorien und Krankenhäusern mit ihren zahlreichen, je für sich als vielleicht nicht so gefahrlich angesehenen kleinen Abfallquellen noch sehr im argen; so geht z.B. aus dem erwähnten Artikel in der Zeitschrift »Atompraxis« hervor, daß noch keine wirklich geeignete Methode für die Beseitigung radioaktiver Abwässer und sonstiger Abfälle gefunden worden ist, die bei geringen Kosten auch gleichzeitig so bequem anzuwenden wäre, daß sich ihre Anwendung überall auch gegen die stets in Rechnung zu setzende Nachlässigkeit der mit diesen gefährlichen Abfallstoffen arbeitenden Personen durchsetzen könnte.

Ziel der Erfindung ist es, eine einfache, vielfältig und gleichzeitig leicht anwendbare Methode zu schaffen, um radioaktive Isotopenabfälle, besonders solche, die in wäßrigen Flüssigkeiten enthalten sind, schnell und wirksam in eine Form überzuführen, in der ihre Handhabung, ihre Aufbewahrung, ihr Transport und ihre schließliche endgültige Beseitigung einfacher, gefahrloser und mit geringerem technischem Aufwand erfolgen kann, als es nach den bisherigen Methoden möglich war.

Die Strahlenschutzwirkung von Blei und anderen Stoffen hoher Dichte, z. B. mit spezifischen Gewichten von vier und darüber, ist bekannt. Ebenso ist es bekannt, daß Schwerspat ein geeignetes Material zur Her-

und Einrichtung zum Unschädlichmachen radioaktiver Isotopenabfälle

Anmelder:

Rudolf Alberti,

St. Andreasberg (Harz), Wäschegrund 463

Rudolf Alberti, St. Andreasberg (Harz),
ist als Erfinder genannt worden

stellung von Strahlenschutz-Abschirmwänden u. dgl.

ist. Unter Ausnutzung dieser seit langem bekannten strahlenabschirmenden Wirkung von solchen Schutzstoffen, insbesondere auch von Schwerspat, besteht das von der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zum Unschädlichmachen radioaktiver Isotopenabfälle darin, daß gepulverte Stoffe von hohem Strahl en absorptionsvermogen als Aufnahmemateriäl fur feinverteilte ..I.sotop_enabf aUe_ verwendet werden. Dazu können zahlreiche feingemahlene Materialien, wie Schwermetalloxyde oder sonstige Mineralien hohen spezifischen GewTcnTs~*und"xtarnfT~TTörIen Strahlen-1il)sör|Jfiorisvermögens7~dienen. Ein besonders wohlfeiles Aufnahmematerial ist feines Schwerspatmehl, insbesondere auch in Form getrockneter Schwerspat-" schlämme, wie sie z. B. mit einem Gehalt von 80 bis 90% BaSO₄ in Schwerspat-Aufbereitungsbetrieben u. dgl. in großer Menge anfallen.

Sind die Isotopenabfälle z. B. in suspendierter oder gelöster Form in Flüssigkeiten enthalten, so wird das feinverteilte Strahlenschutzpulver, z. B. Schwerspatmehl, zum Aufsaugen dieser Flüssigkeiten verwendet. Wenn die radioaktiv verseuchte Flüssigkeit also in dieser Weise mit dem Pulver vermischt wird, so ist der von einer gegebenen Menge Schwerspatmehl od. dgl. erzielte allseitige Strahlenschutz bedeutend wirksamer, wenn dieser Schutz bereits innerhalb der betreffenden Flüssigkeit ausgenutzt wird, als wenn dieselbe Schutzstoffmenge, z. B. in Form eines Mauerwerks, zum Abschirmen der Strahlung derselben, aber unvermischten Flüssigkeit verwendet wind. Die Berechnung ergibt, daß man z. B. zur Erzielung eines bestimmten Gesamtgrades allseitigen Schutzes durch Schwerspat die drei- bis vierfache Menge dieses Materials braucht, wenn man sie in Form abschirmender Wände um die den Isotopenabfall enthaltende Flüssig-

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keit anbringt, als wenn man erfindungsgemäß das feine Schwerspatmehl unmittelbar zum Aufsaugen der Strahlungsgefährdenden Flüssigkeit benutzt. Der in diesem Falle erzielte allseitige Schutz ist also nicht nur wirtschaftlicher und bequemer anwendbar, sondern auch bedeutend wirksamer.

Das Verfahren läßt sich z. B. anwenden auf die Unschädlichmachung, Beseitigung und Lagerung radioaktiver Abwasser aller Art, z. B. von Kernreaktoren, etwa im Teichverfahren, bei dem die anfallenden Abwasser mit einer zu ihrer Aufsaugung ausreichenden Menge von Schwerspatschlamm versetzt werden. Durch Mahlung solcher Schlämme mit Eisenkugeln auf eine Feinheit von z. B. 80 bis 9O°/o unter 2 μ kann die Wasserabsorption gesteigert werden, so daß ζ. Β. is für die ungefährliche Lagerung der Abfälle bis zum Abklingen der besonders gefährlichen kurzlebigen Strahlung für eine Abwassermenge, wie sie auf S. 273 des genannten Aufsatzes in der Zeitschrift »Atompraxis« fur eine große Kernreaktoranlage mit 9000 1 pro Tag angegeben wird, Schwerspatschlämme in Alengen von 10 bis 201 ausreichen. Wegen des hohen Schwerspatgehalts strahlen die aufgesaugten radioaktiven Flüssigkeiten bedeutend weniger, als wenn sie etwa nur mit tonigen Substanzen versetzt wären. Dabei besteht die Möglichkeit, die mit der Isotopenflüssigkeit getränkten Schlämme etwa nach dem Abklingen der kurzlebigen Strahlung nach einer Lagerzeit von ¹A bis V2 Jahr wieder gefahrlos zu trocknen und nach dem Ablauf der Strahlungsdauer erneut zu verwenden.

Die Ausnutzung der strahlenabschirmenden Wirkung des mit den feinverteilten Isotopenstoffen innig vermischten Strahlenschutzpulvers, z. B. Schwerspatmehles, kann auch gekoppelt werden mit der Wirkung bereits bekannter Materialien, die im Falle suspendierter Isotopcnabfälle diese aus der Suspensionsflüssigkeit herausfiltrieren oder im Falle gelöster radioaktiver Ionen diese durch Einwirkung von Ionenaustauschern, z. B. toniger Substanzen nach Art des Montmorillonits, aus dem verseuchten Wasser entfernen. Erfindungsgemäß kann z. B. das feine Schwerspatmehl allein, oder^ jn_Gej33einschaft_jnit anderer! Filtermaterial; en,— zur Füllung von Filtergeräfeh, Rieselturmen od. dgl. verwendet werden, in denen Flüssigkeiten von in ihnen suspendierten IsotopenabfäMen befreit werden. Desgleichen kann feingemahlenes Schwerspatmeihl od. dgl. zusammen „rnji_ Ionenaustauschern der genannten Art zur Beschickung von "EnTgiTtungsahiagen verwendet werden, in denen gelöste radioaktive Ionen aus verseuchtem Wasser entfernt werden. Die Rückstände der Filter- oder sonstigen Entgiftungsanlagen können dann in an sich bekannter Weise durch keramischen Brand oder mit Hilfe hydraulischer Bindemittel zu transportfähigen Körpern verfestigt werden. Durch die in diese Körper dann von vornherein eingelagerten feinen Teilchen von Schwerspat ader sonstigen Strahlenschutzmaterialien wird die aus den Körpern austretende allseitige Strahlung bereits weitgehend abgeschirmt, so daß ζ. B. das Hantieren und der Abtransport der durch Erhitzen der die Isotopen enthaltenden Tonsäulen gebildeten Körper gefahrloser vorgenommen werden kann, als es bisher der Fall war.

Ebenso kann die bisher schon verwendete Methode. radioaktive Abfälle mit hydraulischen Bindemitteln, wie Zement, zu Transportkörpern zu verarbeiten, die dann ins Meer versenkt werden, erfindungsgemäß da durch verbessert werden, daß eine Mischung des feingemahlenen trockenen Schwerspatpulvers, Schwermetallminerals od. dgl. mit einer zum Abbinden ausreichenden Menge des Zements für das Aufsaugen der zu beseitigenden Flüssigkeit verwendet wird. Der entstehende Zementblock strahlt infolge seines gleichmäßig verteilten Gehaltes an Spat oder sonstigem Strahlenschutzmaterial verhältnismäßig wenig und erfordert beim Abtransport usw. entsprechend geringere Vorsichtsmaßnahmen.

Es können auch kombinierte Entgiftungsgeräte oder Entgiftungsanlagen geschaffen werden, die nach Art von Durchlauffiltern sowohl Montmorillonit als auch Schwerspatschlämme oder Schwermetallminer al püTv er^alsFnTeT-TAiasorptions- und lonenaugtauscfrmaTEefjiäTjjhthalten. ~

Das Laigern der durch die geschilderte Verwendung feinen Schwerspatmdhles od. dgl. als Aufnahmematerial für die feinverteilten Isotopenstoffe gebildeten Schlämme oder festen Körper ist in jedem Falle ungefährlicher und erfordert weniger zusätzliche Schutzmaßnahmen als die Aufbewahrung reiner oder mit nicht so stark wie Schwerspat od. dgl. strahlenabschirmenden Stoffen vermengter Isotopenabfälle. Das Abklingen der kurzlebigen Strahlungen unter die Schädlichkeitsgrenze ist von einer geringeren nach außen tretenden Abstrahlung der durchdringenden ionisierenden Ailpha-, Beta- und Gammastrahlen begleitet. Ein weiterer Vorteil der geschilderten Verwendung besonders von feinem Schwerspatmehl als Aufnahmematerial gegenüber dem Stehenlassen der strahlenden Flüssigkeiten altlein bis zum Abklingen unter die Schädlichkeitsgrenze besteht aiuch darin, daß in einfacher Weise jeder Versickerungsgefahr entgegengewirkt wird. Auch ist es zweckmäßiger, an Stelle des bisher noch oft geübten Stchenlassens von Bleibehältern, die mit radioaktiven Abfällen gefüllt sind und dann ins Meer versenkt werden, diese Abfälle in mit Schwerspatschlamm od. dgl. gefüllten Räumen zu sammeln, bis die gefährliche Radioaktivität abgeklungen ist. Der Transport der Abfalle im Falle einer dann etwa noch verbliebenen iängerlebigen Strahlung ist gleichfalls leichter und ungefährlicher, wenn diese Abfälle bereits innig mit dem Schwerspatmehl od. dgl. vermischt und unter Erhöhung der Sitrahlenschutzwirkung verdünnt sind.

Der Mahlungsgrad und die Aufsaugfähigkeit des als Aufnahmematerial für wäßrige IsotopenabfäHe verwendeten Spats od. dgl. wird zweckmäßig je nach den gestellten Forderungen an die gewünschte Abschirmwirkung experimentell bestimmt. Unter Umständen ist es zweckmäßig, ein Schwerspatpulver zu verwenden, das beim Aufsaugen des verseuchten Wassers möglichst stark zusammensinkt, da man dann in den Bereich eines vom Strahlenschutzstand punkt aus günstigen hohen durchschnittlichen spezifischen Gewichtes des feuchten Gemisches kommt. Unter diesen Umständen ist es auch erwünscht, nach dem Aufsaugen einer gegebenen Menge strahlenden Wassers die entstandene möglichst trockene Schwerspatmischung vor dem Abtransport zu verdichten. Von gewissem Einfluß kann auch die verwendete Korngröße des Schwerspatmehles sein, und zwar sowohl bezüglich der Aufsaugfähigkeit als auch der dichten Lagerung und unter Umständen auch der Strahlenabsorption im Innern der Masse selbst. Die jeweils optimalen Verhältnisse lassen sich durch Vergleichsversuche leicht bestimmen.

Für Laboratorien, in denen mit strahlenden Flüssigkeiten gearbeitet wird, ist es unter Anwendung der geschilderten Methode zweckmäßig, mit trockenen gepulverten strahlenabschirmenden Stoffen, z. B. feinem

Schwerspatmehl, gefüllte Gefäße bereitzuhalten, die im Falle eines Verspritzen« oder Vergießens radioaktiver Flüssigkeiten dann sofort über den Gefahrenherd ausgeschüttet werden können, so daß die gefährliche Flüssigkeit unmittelbar nach ihrem Auftreten von dem strahlenabschirmenden Mehl aufgesogen und dann schnell und leicht beseitigt werden kann. Es bedarf also keiner Verwendung von Tüchern zum Aufsaugen, die dann fortgeworfen werden müßten, und auch keiner Verwendung von Spülwasser, durch, das im Falle eines \^ergießens strahlender Flüssigkeit im Laboratorium die Konzentration der strahlenden Stoffe zwar herabgesetzt werden würde, ohne daß jedoch für eine wirkliche Unschädlichmachung unter Vermeidung der Verseuchung des Abwassers gesorgt würde. Solche mit Strahlenscihutzpulver, z. B. Schwerspatmehl, gefüllten Beteitschaftsgefäße — entweder mit zu öffnendem Deckel und Henkel oder für kleine Mengen nach Art eines Zuckerstreuers mit Schüttloch im Deckel — sollten z. B. in allen Betrieben zur Hand sein, in denen gelegentlich strahlende Flüssigkeiten verspritzt oder vergossen werden können. Schwerspatmehl als Aufnahmepulver hat dabei auch den Vorteil chemischer Indifferenz und Unangreifbarkeit.

Feines Schiwerspatmehl od. dgl. kann erfindungsgemaß weiter auch zur Aufnahme und Beseitigung radioaktiv verseuchter Fäkalien in Krankenhäusern Verwendung finden, entweder allein oder in Gemeinschaft mit üblichen Absorptionsmitteln, wie Torfmull. Auch hier wird die Strahlung dieser Abfälle durch das beigefügte Strahlenschutzpulver wesentlich herabgesetzt.

Eine weitere Anwendung von Schwerspatmehl ist die für die Herstellung pulver- oder pastenförmiger Mittel zum Reinigen und Scheuern von mit Isotopenabfällen verunreinigten Gefäßen, Tiegeln u. dgl. Dazu können erfindungsgemäß Sohwerspatmehl oder Schwerspatkorngemische als alleiniger oder in Gemeinschaft mit üblichen mechanischen oder chemisch wirkenden Mitteln angewandter Bestandteil für das betreffende Putzmittel dienen.

Wenn es auf Abschirmung besonders harter Strahlen ankommt, kann einem als Aufnahmematerial für die Isotopenstoffe verwendeten Sohwerspatmehl auch noch ein Zusatz von Verbindungen schwerer Atome gegeben werden, z. B. von feingemahlenen Bleierzen, von Eisenoxyd od. dgl. Alle derartigen feinpuivrigen strahlenschützenden Stoffe können, wenn ihre Anwendung im Einzelfall technisch vorteilhaft und wirtschaftlich tragbar erscheint, für die verschiedenen angegebenen Verwendungszwecke benutzt werden, wenn auch Schwerspatmehl in vielen Fällen für eine Anwendung in großem Maßstab wohl am wirtschaftlichsten sein wird.

Als Ausführungsbeispiel für die Herstellung eines geeigneten Aufnahmematerials möge die Aufbereitung eines Spatschlammes dienen, der aus den feinsten Anteilen der Schwerspataufbereitung besteht, die nur einen geringen^ Tongehalt_^z^K_b£s 2%) aufweisen, aber für Farbzwecke nicht verwertbar sind. Auch kann man z. B. von einem Läuterschlamm aus der Schwerspatwäsche ausgehen, der etwas mehr tonige Bestandteile enthält. Solche in Teichen gesammelte Schlämme werden für die Aufbereitung als Aufnahmematerial gemäß der Erfindung abgegraben und in Rohrkugelmühlen naß gemahlen bis zu einer Kornfeinheit von z. B. 90% unter 2 μ. Die Masse wird dann getrocknet und kurz desintegriert und ist nunmehr für die geschilderten Verwendungszwecke brauchbar. Abfallschlämme sind unter Umständen als Zementzusatz auch ohne Nachmahlen verwendbar, und auch sogenannte Läuterschlämme können je nach Lage des Falles mit oder ohne Nachmahlen meist unmittelbar verwendet wenden.

Einige Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäß ausgebildete Einrichtungen und Geräte zum Unschädlichmachen radioaktiver Isotopenabfälle werden an Hand der Zeichnung kurz beschrieben. In dieser zeigt

ίο Fig. 1 ein für Isotopen-Laboratorien u. dgl. verwendbares Bereitschaftsgefäß in Form eines handlichen kleinen Eimers 1 mit Henkel 2 und Deckel 3. Der Eimer enthält eine Füllung 4 von trockenem feingemahlenem Schwerspatmehl oder einem anderen

!5 geeigneten Strahlenschutzpulver. Wenn nun in dem Laboratorium strahlende Flüssigkeit verspritzt oder vergossen wurde, so wird einfach aus dem bereitstehenden Gefäß das trockene Pulver über die betreffende Stelle geschüttet, worauf die Flüssigkeit sofort von dem strahlenabschirmenden Mehl aufgesogen wird und schnell und ungefährlich beseitigt werden kann.

Fig. 2 zeigt rein schematisch ein Gerät zum Entgiften radioaktiv verseuchter Flüssigkeiten. Es besteht aus einem Durchlaufgefäß 5 mit einer Filterplatte 6, auf der eine Schicht 7 einer Filter-, Absorptions- oder Ionenaustauschmasse liegt, die einen gewissen Gehalt an Schwerspatmehl besitzt, der so bemessen ist, daß die Abstrahlung der verbrauchten Beschickungsmasse in ausreichendem Grade herabgesetzt ist. Die zu entgiftende Flüssigkeit wird am Einlauf 8 zugeführt und läuft gereinigt am Auslauf 9 ab.

Die Fig. 3 zeigt einen aus einem Filter entnommenen Aufbewahrungs- und Transportkörper 10 aus schwerspathaltigem Ton, ζ. B. einem mit dem Strahlenschutzpulver vermischten Ton der ionenaustauschenden Montmorillonitgruppe, der nach Sättigung mit den unschädlich zu machenden Isotopenstoffen durch einen keramischen Brand erhärtet ist.

Fig. 4 endlich zeigt einen hydraulisch abgebundenen Block 11 aus Zement mit einem die Abstrahlung vermindernden Gehalt an feingemahlenem Schwerspat. Das zum Abbinden verwendete Wasser ist dasjenige, welches die unschädlich zu machenden Isotopenstoffe enthält.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Unschädlichmachen radioaktiver Isotopenabfälle, gekennzeichnet durch die Verwendung gepulverter Stoffe von hohem Strahlenabsorptionsvermögen als Aufnahmematerial für feinverteilte Isotopenstoffe.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlenschutzpulver getrocknete Schwerspatmehle oder -schlämme verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 ader 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenschutzpulver zum Aufsaugen einer die Isotopenabfälle enthaltenden Flüssigkeit verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlenschutzpulver allein oder in Gemeinschaft mit anderen Filtermaterialien zur Füllung von Filtergeräten, Rieseltürmen od. dgl. verwendet wird, in denen Flüssigkeiten von in ihnen suspendierten Isotopenabfällen befreit werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlenschutzpulver zu-

sammen mit Ionenaustauschern, ζ. B. vom Typ des Montmoriillonits, zur Beschickung von Entgiftunigsanlagen verwendet wind, in denen gelöste radioaktive Ionen aus verseuchtem Wasser entfernt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstände der Filteroder sonstigen Entgiftungsanlagen durch keramischen Brand oder mit Hilfe hydrauMscber Bindemittel zu transportfähigen Körpern verfestigt worden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung eines im wesentlichen aus feinem Schwerspatmehl bestehenden Strablenschutzpulvers mit einer zum Abbinden ausreichenden Menge eines hydraulischen Bindemittels (Zement) zum Aufsaugen radioaktiv verseuchter wäßriger Flüssigkeiten verwendet und dem Abbdndevorgang überlassen wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß feines Schwer-spatmehl allein oder in Gemeinschaft mit üblichen Absorptionsmitteln, wie Torfmull, für die Aufnahme und Beseitigung radioaktiv verseuchter Fäkalien verwendet wird.

9. Pulverförmiges oder pastenförmiges Putzmittel zum Reinigen und Scheuern von mit Isotopenabfällen verunreinigten Gefäßen, Tiegeln u. dgl. unter Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Strahlenschutzpulvern oder Korngemischen strahlenabschirmender Stoffe als alleinigen oder in Gemeinschaft mit den üblichen mechanisch und/oder chemisch wirkenden Mitteln (z. B. Scheuersand) angewandten Bestandteil.

10. Laboratoriumsgerät zum Unschädlichmachen radioaktiver Isotopenabfälle unter Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein mit trockenem Strahlenschutzpulver gefülltes Bereitschaftsgefäß (1) zum Ausschütten des Inhalts (4) auf verspritzte oder vergossene radioaktive Flüssigkeiten.

11. Gerät zum Entgiften radioaktiv verseuchter Flüssigkeiten unter Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Durchlaufgefäß (5) eine Filter-, Absorptions- oder Ionenaustauschmasse (7) mit einem die Abstrahlung der verbrauchten Beschickungsmasse vermindernden Gehalt an Strahlenschutzpulver enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen