DE1166946B - Verfahren und Vorrichtung zum UEberfuehren radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche KL: 21g-21/33

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

B 60789 VIII c/21g
10. Januar 1961
2. April 1964

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überführen radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form, bei welchem die festen oder in feste Form übergeführten Abfallstoffe unter Verwendung von exothermen Reaktionen erhitzt und in feste, dichte, wasserunlösliche Formlinge übergeführt werden.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art besteht darin, daß hochgradig radioaktive, flüssige Abfallstoffe mit Ton und Schmelzmitteln sowie Zementbrühe gemischt werden, diese Mischung thermisch isoliert und sodann durch die durch die Radioaktivität der Abfallstoffe erzeugte Wärme so weit erhitzt wird, daß der flüssige Inhalt ausgetrieben wird. Die Erhitzung durch die eigene Radioaktivität wird dann weitergetrieben, bis die Masse zu einem keramischen Kuchen zusammengesintert ist, welcher widerstandsfähig gegen Auslaugen ist und in der Erde vergraben oder in das Meer versenkt werden kann.

Dieses Verfahren ist verhältnismäßig umständlich und langwierig, und es müssen dabei umständliche Einrichtungen für den Schutz der Arbeiter gegen Strahlungsschäden getroffen werden. Da nur eine Zusammensinterung und kein ausgesprochenes Schmelzen der beteiligten Stoffe einschließlich der radioaktiven Abfallstoffe erfolgt, erscheint der Zusammenhalt der erzeugten keramischen Kuchen bei mechanischen und anderen physikalischen Einwirkungen für die Dauer des Strahlungsvermögens der radioaktiven Abfallstoffe nicht besonders zuverlässig zu sein.

Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, daß radioaktive Abfälle mittels bituminöser Stoffe, denen strahlungsdämmende Zuschläge beigegeben werden, zu Formungen umgewandelt werden, die leicht transportiert und gelagert werden können. Da aber bituminöse Stoffe in der Regel einen Schmelzpunkt von unter 100° C haben und bei 50 bis 60° C weich werden, können sie bereits durch heißes Wasser von 50 bis 60° C deformiert werden. Außerdem springt Bitumen bei großer Kälte oft wie Glas, erzeugt Risse, so daß die Strahlung freigegeben wird.

Schließlich ist bekanntgeworden, radioaktive Abfallstoffe mit HiKe eines besonderen Oxydationsmittels zu veraschen. Der Veraschungsvorgang erfolgt in einer hermetisch abschließbaren druckfesten Kammer, wobei diese als Daueraufbewahrungsbehälter für radiaktive Asche dienen kann. Feste Formlinge werden bei diesem Verfahren nicht gebildet, so daß auch hier eine befriedigende Lösung der Aufgabe nicht vorliegt.

Verfahren und Vorrichtung zum Überführen
radioaktiver Abfallstoffe in eine zur
Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form

Anmelder:

Gustav Boecker, Haan (RhId.), Mahnertmühle

Als Erfinder benannt:
Gustav Boecker, Haan (RhId.)

Um die Nachteile der genannten Verfahren zu vermeiden und die radioaktiven Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form zu überführen, wobei die Abfallstoffe unter Verwendung von exothermen Reaktionen erhitzt und in Formlinge übergeführt werden, wird gemäß der Erfindung die Erhitzung der Abfallstoffe mit Hufe

ao einer aluminothermen Reaktion durchgeführt.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es in wenigen Minuten abläuft, eine so hohe Hitze entwickelt, daß dichte und feste schlackenartige Formlinge erzeugt werden, welche ihren Zusammenhang bei mechanischen und physikalischen Beanspruchungen aller Art nicht aufgeben, daß ferner die für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Hilfsmittel sehr einfacher Art sind und nur in einem geeigneten Behälter mit Abbrandtopf bestehen und daß schließlich der Umwandlungsprozeß ohne besondere Vorkehrungen, insbesondere ohne eine besondere Erhitzungsvorrichtung, in jedem kleinsten Laboratorium durchgeführt werden kann.
Dem Verfahren liegt also die Ausnutzung der der

Verbindung von Aluminium und anderen verwandten Stoffen, wie Magnesium mit Sauerstoff, eigentümlichen Verbrennungswärme zugrunde. Solche aluminothermen Reaktionen tragen ausnahmslos einen exothermen Charakter, wobei die gebundene Wärme in freie Wärme umgesetzt wird, und zwar zufolge der hohen Verbrennungswärme des Aluminiums, die bei seiner Vereinigung mit Sauerstoff entsteht. Bei Magnesium ist diese Verbrennungswärme noch höher. Aluminium und Magnesium sowie einige Legierungen dieser

Stoffe sind auch zufolge ihres hinreichend kleinen Absorptionswirkungsquerschnittes für thermische Neutronen für das vorhegende Verfahren besonders gut geeignet. Es entsteht bei diesem Verbrennungsprozeß genügend überschüssige Wärme, um seinen

sicheren Verlauf zu gewährleisten.

Zur Durchführung des Verfahrens wird die Aushöhlung einer in einem Abbrandtopf befindlichen Ein-

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bettungsmasse aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral mit einer Mischung aus Calciumphosphat und radioaktiven Abfallstoffen ausgekleidet und in die Aushöhlung sodann ein Reaktionsgemisch aus Thermit und radioaktiven Abfallstoffen gebracht und das Thermit unter Luftabschluß gezündet. In gewissen Fällen kann es zweckmäßig sein, dem Gemisch zusätzlich feingekörntes Aluminium und/oder Magnesium zuzusetzen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäß der Zeichnung (Fig. 1 und 2) aus einem doppelwandigen Behälter 1, bei welchem zwischen der Außenwandung 2 und der Innenwandung 3 Schwerspat (Baryt=Bariumsulfat BaSO₄), und zwar in Form des Roherzes eingebracht ist. Diese Schicht soll als Strahlenschutz während der Erwärmung der Abfallstoffe dienen. Der genannte Stoff ist deshalb gewählt, weil der Absorptionswirkungsquerschnitt gegenüber thermischen Neutronen besonders hoch liegt. Da der Reaktionsverlauf in zwei bis drei Minuten abgeschlossen ist, ist es nicht notwendig, den Schutzmantel aus Schwerspat besonders stark auszuführen. In dem inneren Reaktionsraum 4 des Behälters befindet sich der eigentliche Abbrandtopf 5, welcher oben offen und mit zwei gegenüberliegenden Handgriffen 6 versehen ist. In diesen Abbrandtopf wird nach Herausnahme aus dem Behälter mittels der Handgriffe 6 zunächst eine Einbettungsmasse 7 eingeführt, die aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral besteht. Diese Einbettungsmasse wird in der in der Zeichnung dargestellten Weise im mittleren Teil tief ausgehölt und in diese Vertiefung das obengenannte Gemisch eingeführt, wobei es fest zusammengestampft oder anderweitig gepreßt wird, derart, daß das Gemisch nach Möglichkeit von der Einbettungsmasse völlig umhüllt ist. Nach Wiedereinsetzen des Abbrandtopfes in den Behälter wird der letztere durch Aufschrauben eines Deckels 8 abgedichtet und verschlossen.

An dem oberen Ende des Behälters befindet sich ein Stutzen 9, an welchem ein U-Rohr 10 mit einer Flüssigkeitssäule angeschlossen ist, um die bei dem Verbrennungsvorgang entstehenden Drücke beobachten und andere Kontrollen des Reaktionsverlaufes vornehmen zu können. Sodann wird die Verbrennung durch Fernzündung eingeleitet. Der Verlauf der Reaktion erfolgt nun nicht in der bei aluminothermen Reaktionen bekannten stürmischen Weise, weil der miteingebrachte radioaktive Abfall als Fremdkörper verzögernd wirkt.

Nach dem Erkalten des Reaktionsgutes wird der Abbrandtopf 5 aus dem Behälter 1 herausgenommen. Falls erforderlich, kann durch eine Kühlvorrichtung, die außen am Behälter angebracht werden könnte, die Abkühlung des Reaktionsgutes beschleunigt werden. Der Wassermantel dient dabei zur Kühlung und zum Teil auch als Strahlungsschutz. Wasser hat zudem einen niedrigen Absorptionswirkungsquerschnitt, dagegen einen hohen Streuquerschnitt, wodurch eine Neutronenabbremsung bewirkt wird.

Nach dem Erkalten der Masse ergibt sich ein fester Körper, in welchem sich die eingebrachten Abfallstoffe in dem erschmolzenen Metallklumpen mit der Schlacke und Teile der Einbettungsmasse sowie Einsatzlagerungen von Aluminium und Schlacke befinden. Es können sich auch günstige chemische Verbindungen ergeben, z. B. bei der Mitverwendung von Calciumphosphat oder freiem Aluminium, welche über die theoretisch erforderlichen Mengen hinaus zugegeben worden sind. Die Schlacke besteht vornehmlich aus Aluminiumoxyd (Al₂O₃) und hat hohe Bindefähigkeit.

Der erzeugte feste und wasserunlösliche Formling kann nun an einem geeigneten, bequem zugänglichen Ort, gegebenenfalls unter Anbringung eines Strahlen-Schutzes nach außen, für eine etwaige spätere Verwertung gelagert werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überführen radioaktiver Abfallstoffe in eine zur Aufbewahrung und Weiterverwendung geeignete Form, bei dem die festen oder in feste Form übergeführten Abfallstoffe unter Verwendung von exothermen Reaktionen erhitzt und in feste, dichte, wasserunlösliche Formlinge übergeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der Abfallstoffe mit Hilfe einer aluminothermen Reaktion durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aushöhlung in einer Einbettungsmasse aus Sand oder einem anderen geeigneten Mineral mit einer Mischung aus Calciumphosphat und radioaktiven Abfallstoffen ausgekleidet und in die Aushöhlung sodann ein Reak-^ tionsgemisch aus Thermit und radioaktiven Abfallstoffen gebracht und das Thermit unter Luftabschluß gezündet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die exotherme Reaktion außer auf der Basis von Aluminium auch auf der Basis von Magnesium durchgeführt und der eingesetzten Mischung ein Überschuß von feingekörntem Aluminium und/oder Magnesium zugesetzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß flüssige radioaktive Abfallstoffe zunächst eingedampft und aus den gasstaubförmigen Abfallstoffen die festen Bestandteile niedergeschlagen und nach Beseitigung brennbarer Bestandteile dem Verfahren zugeführt werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen am oberen Ende luftdicht durch einen Deckel (8) verschließbaren Behälter (1), dessen doppelte Ummantelung (2, 3) eine Schicht für den Strahlenschutz, insbesondere aus Schwerspat, enthält und in dessen Reaktionsraum (4) ein herausnehmbarer Abbrandtopf (5) angeordnet ist, der die Einbettungsmasse (7) enthält, in welche das Reaktionsgemisch, radioaktiver Abfall — aluminothermer Verbrennungsstoff, eingefüllt werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 043 535, 642, 1053 686, 1071246, 1071861, 082 993, 1 088 624;

USA.-Patentschrift Nr. 2918 717; Thomas Jaeger, »Grundzüge der Strahlenschutztechnik«, 1960, S. 284.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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