DE3131798A1

DE3131798A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufarbeitung von graphitischen kernreaktor-brennelementen unter mechanischer zerlegung

Info

Publication number: DE3131798A1
Application number: DE19813131798
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Chem. Dr. 5162 Niederzier Thiele
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1981-08-12
Filing date: 1981-08-12
Publication date: 1983-03-03
Also published as: DE3131798C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Aufarbeitung von graphiti-
schen Kernresktor-Brennelementen unter mochanischer Zerlegung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufarbeitung von graphitischen Brennelementen unter mechanischer Zerlegung der Brennstoffkörper sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Wiederaufarbeitung von Brennelementen aus Kernreaktoren mit graphitumhülltem Brennstoff und insbesondere bei kugelförmigen Brennelementen mit Graphithülle gibt die Anwesenheit von erheblichen Graphitbal)astmengen Probleme auf, die noch nicht befriedigend gelöst sind. Beim Abbrennen des Graphits entstehen so erhebliche Mengen radioaktiv verseuchten Gases, daß eine solche Verfahrensweise kaum in Betracht gezogen wird. Bei der mechanischen Zerkleinerung durch Mahlen oder Fräsen werden ebenfalls nicht unerhebliche Aktivitätsmengen in Form von feinen Stäuben freigesetzt, die Schwierigkeiten bereiten, und insbesondere die Beschädigung oder Zertrümmerung der im Brennelement enthaltenen umhüllten Brennstoffpartikeln unter Freisetzung großer Spaltproduktmengen ist entschieden unerwünscht.
Man hat daher bereits Verfahren entwickelt, durch die eine Zerstörung nur der Graphitmatrix ohne wesentliche Beeinträchtigung der Brennstoffpartikeln erreicht werden soll.
Untersucht wurden unter anderem: Ein Zerstören der Graphitmatrix durch chemische oder elektrocXetische Quellung; die Mühlenzerkleinerung und anschließende Dichtetrennung; ein Chiarierendes Verflüchtigen des Kernbrennstoffs; 4;Graphitbeseitigung durch hydrierendes Vergasen; und ;6Mechanische Zerkleinerung durch Fräsen oder Bürsten.
Die chemische' Verfahren haben den Nachteil, aggressive und später störende Substanzen in erheblicher Menge in den Prozeß einzubringen. Die thermischen Verfahren mobilisieren allgemein die flüchtigen Spaltprodukte. Die mechanischen Verfahren zerkleinern nicht nur die Graphitmatrix, sondern beschädigen auh die Brennstoffpartikeln. Der entstehende Bruch und Feinstaub läßt sich vom Graphit kaum trennen.
Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren,bei dem weniger Störungen auftreten, insbesondere die Brennstoffpartikeln weitgehend unbeschädigt bleiben und die Verseuchungsgefahren weit vermindert sind.
Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Zerlegung mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahls erfolgt.
Bei diesem Verfahren wird zwischen Kernbrennstoff und Graphitmatrix aufgrund der unterschiedlichen Härte differenziert und die Brennstoffpartikel weitgehend unbeschädigt erhalten.
Vorzugsweise wird der Wasserstrahl aus einer Schlitzdüse als Flachstrahl auf die Brennelemente gerichtet, der in Pendelbewegung befindlich ist und so einen der gegenüberstehenden Fläche der ZU zerlegenden Brennelemente entsprechenden Flächenbereich überstreicht.
Dan Wasser das Wasserstrahls kann insbesondere in Kreich geführt werden, wobed das auspondierte Material z.B. stzenk fuglent oder in Auffangbehältern absetzen gelessen oder under Za fugalwirkung getrennt wird. so daß die Flüselgeit @@@@@@ @@@@@@@ wenden kann. In dan Knalakauf kann unmittelbar eine Materialtren nung aufgrund der unterschiedlichen Dichte einbezogen werden oder aber der (z.B. durch Sedimentation) erhaltene Mischschlamm kann einer Klassierung nach der Dichte unterworfen werden.
In der einen oder anderen Weise wird letztlich Graphit alS Schlamm erhalten, der unmittelbar mit Zement zu endlagerfähigen Blöcken verfestigt werden kann. Der Brunstoff gelangt zur Wiederaufarbeitung.
Bei praktischen Versuchen wurde ein 300 at-Strahl zur Zerlegung von graphitumhüllten Brennstoffkugeln von 60 mm Durchmesser verwendet, wobei in 30 s 8 mm Material abgetragen werden konnten. Im abfließenden Wasser wurden neben den unbeschädigten Brennstoffpartikeln Graphitteilchen in vergleichbarer Größe beobachtet.
Solche Brennstoffpartikeln können nach üblicher mechanischer oder thermischer Beseitigung ihrer SiC-und Pyrokohlenstoffhüllen dem Auflöser einer Wiaderaufarbeitungsanlage zugeführt werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den beigefügten Figuren 1 und 2 schematisch skizziert.
Die in Figur 1 in Schnittdarstellung gezeigte Wasserstrahlzerkleinerung von kugelförmigen Brennelementen umfaßt einen umschlossenen Raum 1, mit trichterförmigem Ausqang 2, in den eine Schrägrinne 3 in Rohrform oder als Flachrinne hineinragt, die durch ein Gitter 4 abgeschlossen und der Größe der Brennstoffkugeln 5 angepaßt ist. In der dem Gitter 4 gegenüberliegenden Wand des umschlossenen Raumes 1 ist eine Düse 6 für einen Wasserstrahl 7 schwenkbar montiert, der den Gitterbereich im wesentlichen überstreicht.
Das Gitter 4 kann etwa durch ein Rost gebildet werden, wie es in Figur 2 dargestellt ist, die schematisch den Abschluß einer rohrförmigen Rinne 3 zeigt, auf den der aus einer Schlitzdüse austretende Flach strahl gerichtet ist.
Blockförmige Brennelemente können ebenfalls über eine schachtartig ausgebildete Rinne zugeführt oder auch lediglich entsprechend gehaltert werden und der Wasserstrahlzerlegung unterworfen werden, ggf. unter Verwendung mehrerer, z.B. kranzförmig angeordneter Düsen.

Claims

Patentansprüche i) Verfahren zur Aufarbeitung von graphitischen Brennelementen unter mechanischer Zerlegung der Brennstoffkörper, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß die Zerlegung mit Hilfe eines Hochdruckwasserstrahls erfolgt
2. Verfahren nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, daß als Wasserstrahl ein in Pendelbewegung befindlicher Flachstrahl verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das wasser für den Wasserstrahl nach weitgehender Abtrennung des auspendierten Materials im Kreislauf zurückgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nach der Zerlegung erhaltene Suspension von Brennstoff und Graphit oder der entsprechende Schlamm einer Materialtrennung aufgrund der unterchiedlichen Dichte unterworfen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die anfallende Graphitsuspension bzw. der Graphdtschlamm mit Zement zu endlagerfähigen Blöcken verfestigt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Halterung für die Brennelemente und zumindest eine auf die Brennelemente gerichtete DUs. für einen Hochdruckwasserstrahl.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichn.t durch eine dem Brennelementdurchmesser angepaßt.
(SchrSg)Rinne (3) mit einem der Partikelgröße angepaßten Abschlußgitter (4), auf das die Düse(n) (6) des Hochdruchwasserstrahls (7) gerichtet ist bzu.sind 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinne (3) und die Düse (6) abgedichtet in einen geschlossenen Behälter (1) mit trichterförmigem Ausgang (2) zu einem WasserrUckfUhrungskreis ein, gesetzt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daB die DUse (6) als Flachdüse ausgebildet und für eine Pendelbewegung eingerichtet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachstrahl der Schlitzdüse auf ein "Parallelstab"-Gitter senkrecht zur Stabrichtung gerichtet ist und in Stabrichtung pendelt.