EP0244599A1 - Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten Kokillen - Google Patents

Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten Kokillen Download PDF

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EP0244599A1
EP0244599A1 EP87103768A EP87103768A EP0244599A1 EP 0244599 A1 EP0244599 A1 EP 0244599A1 EP 87103768 A EP87103768 A EP 87103768A EP 87103768 A EP87103768 A EP 87103768A EP 0244599 A1 EP0244599 A1 EP 0244599A1
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tube
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plug
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Rainer Dr. Köster
Werner Schwarzkopf
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal

Definitions

  • the present invention relates to a repository container according to the preamble of claim 1 and a container assembly formed therefrom according to the preamble of claim 4.
  • the invention is generally concerned with the provision of a repository for storage in a geological formation, in particular in deep holes in rock salt.
  • molds that are filled with highly radioactive waste should be stored.
  • the following problems have to be solved: Ensuring mechanical stability against rock pressure loads of approx. 400 bar. Calculable corrosion protection, ie a guaranteed area erosion for some 102 years.
  • the repository package should be able to be integrated into existing and proven facilities with known gripping contours and known glass mold bearings.
  • the repository is intended for its transportation enable the construction of a very simple and inexpensive transport packaging and correspond in weight to the storage conditions.
  • the present invention now proposes the features that are specified in the characterizing part of claim 1 and as an advantageous development in the characterizing part of the subclaims.
  • the particular advantage of the repository container according to the invention is that the rock pressure load can be absorbed by the repository container through the use of a composite construction with a high-strength inner tube, the necessary corrosion protection being guaranteed by the shrinking of an unalloyed steel onto the high-strength inner tube.
  • the invention thus enables the production of an inexpensive final storage container from simple bulk materials and semi-finished products with minimal mechanical reworking.
  • the low weight of the repository enables safe final storage in deep geological formations in boreholes. This ensures optimal utilization of deep rock salt formation. Interface problems with existing or planned facilities such as gripper contours or the handling and storage in known glass mold stores are avoided by the design according to the invention.
  • the self-shielding effect of the cover and bottom plug enables the construction of a very simple and inexpensive type B transport packaging with a slight increase in the weight of the repository.
  • the thickened cover stopper safely reduces the dose burden on the operating personnel Scattered radiation when abseiling the disposal container into an emptying hole. Additional shielding can be largely eliminated.
  • the mold 1 is shown with the highly radioactive content, which can consist of glazed fission products from the reprocessing of spent fuel elements from nuclear reactors or from spent fuel elements themselves.
  • the mold 1 has the known mushroom head 2 on its top for gripping. It is introduced into the actual longitudinal cylindrical storage container 3, the tubular wall 4 of which is composed of the two layers or tubes 5 and 6.
  • the outer tube 5 is relatively thin-walled relative to the cover and bottom plugs 9, 10, i.e. with little shielding effect against the radiation from the mold 1. It is at its upper and lower ends or openings 7 and 8 by means of the tightly inserted, e.g.
  • the plugs 9 and 10 consist of normal structural steel, the corrosion rates of which are known under final storage conditions and the corrosion behavior of which can therefore be calculated.
  • the inner tube 6 is now inserted tightly, for example shrunk in or connected by means of narrow gap welding.
  • the inner tube 6 sits non-positively between the stopper and thus forms a continuous, wall 4 reinforcing support connection between the cover stopper 9 and the bottom stopper 10. Since the inner tube 6 is made of high-strength material, preferably tool steel, the axial load-bearing capacity of the repository container 3 is despite low wall thickness and calculable corrosion rate of the relatively soft material for the outer tube 5 increased considerably. This also increases the number of repository containers 3 that can be stacked in a borehole for strength reasons.
  • a particularly favorable transport packaging for the final storage container 3 is formed by the thick-walled transport tube 13, which has a shielding effect and in which the container 3 is inserted.
  • the container 3 is locked in the transport tube 13 by means of the securing bolts 14 and 15, which can be inserted radially or tangentially and can be released again for unloading.
  • the end openings 16 and 17 of the tube 13 are closed by means of the end pieces 18 and 19, which in turn act as shock absorbers in the case of a container and which can also have an additional shielding effect.
  • the end pieces 18 and 19 can have a larger outer diameter than the transport tube 13.

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Abstract

Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren, mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten und dicht verschlossenen Kokillen mit einer Wandung aus mehreren Schichten. Die äußere Schicht der Wandung besteht aus einem relativ dünnwandigen Außenrohr 5 mit in dieses an den axialen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen 7, 8 eingesetzten Deckel- bzw. Bodenstopfen 9, 10, deren Dicke ein mehrfaches der Wandstärke des Außenrohres 5 beträgt. In das Außenrohr 5 ist zwischen Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 ein an jenes eng anliegendes und aus im Verhältnis zum Außenrohr 5 hochfestem Werkstoff gefertigtes Innenrohr eingesetzt, welches eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 herstellt. Außenrohr 5, Deckelstopfen 9 und Bodenstopfen 10 bestehen aus Baustahl mit vorbestimmbarer Korrosionsrate, das Innenrohr 6 hingegen aus hochfestem Werkzeugstahl. Zweck der Erfindung ist es, einen Endlagerbehälter für den Langzeiteinschluß von hochradioaktiven Materialien in geologischen Formationen zu schaffen, der beim Aufeinanderstapeln in einem Bohrloch mechanisch stabil bleibt, kalkulierbare Korrosionsraten aufweist und dessen Gewicht trotz sicherer Abschirmung der Streustrahlung beim Einbringen ins Bohrloch beschränkt bleiben kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein unter anderem aus diesem gebildetes Behälteraggregat nach dem Ober­begriff des Patentanspruches 4.
  • Die Erfindung befabt sich allgemein mit der Bereitstellung eines Endlagergebindes für eine Einlagerung in eine geologi­sche Formation, insbesondere in tiefen Bohrungen im Stein­salz. Es sollen dabei insbesondere Kokillen, die mit hochra­dioaktiven Abfällen gefüllt sind eingelagert werden. Folgende Probleme sind dabei zu lösen:
    Gewährleistung einer mechanischen Stabilität gegen Gebirgs­druckbelastung um ca. 400 bar.
    Kalkulierbarer Korrosionsschutz, d.h. ein sichergestellter Flächenabtrag für einige 10² Jahre.
    In vorhandene und bewährte Einrichtungen mit bekannten Greif­konturen und bekannte Glaskokillenlager soll das Endlagerge­binde integrierbar sein.
  • Hochradioaktiver, inbesondere verglaster Abfall wurde bisher noch nicht eingelagert. Die bisher bekannten Verpackungen, in die hochradioaktiver, verglaster Abfall eingefüllt ist, er­füllten keine Barrierefunktionen mit Langzeitisolierung im Endlager.
  • Bekannte Konzepte mit kalkulierbarem Korrosionsschutz (Flä­chenkorrosion von unlegiertem Stahl) haben folgende Nach­teile:
    Die Verwendung von unlegiertem Stahl für die Gesamtkonzeption des Behälters führt durch die erforderliche Materialwandstär­ke zu einer überproportionalen Gewichtszunahme des Endlager­gebindes.
    Die Abseiltechnik von sehr schweren Gebinden in tiefe Einla­gerungsbohrlöcher von 300 bis 600 m Tiefe überschreitet oder stößt zumindest an die Grenze der technischen Realisierbar­keit. Sicherheitsstandard hierzu sind die technischen Anfor­derungen an Schacht- und Schrägförderanlagen.
    Vorhandene Handhabungseinrichtungen für das Kokillenhandling und bewährte Zwischenlagereinrichtungen bei bekannten Glasko­killenlagern sind für überschwere Endlagergebinde nicht ge­eignet.
    Die optimale Ausnutzung einer schmalen, aber tiefen Endlager­formation, insbesondere aus Steinsalz, ist nur durch eine Einlagerung in tiefe Bohrungen zu gewährleisten. Überschwere Gebinde sind jedoch aus den oben bereits ausgeführten Gründen sowie aus Festigkeitsgründen hierzu nicht geeignet.
  • Ausgehend davon ist es nun Aufgabe der vorliegenden Erfin­dung, einen Endlagerbehälter für den Langzeiteinschluß von hochradioaktiven Materialien in geologischen Formationen, z.B. in tiefen Bohrungen von Salzstöcken zu schaffen, der beim Aufeinanderstapeln in einem Bohrloch mechanisch stabil bleibt, dem Gebirgsdruck widersteht, günstige thermische Eigenschaften sowie kalkulierbare Korrosionstraten aufweist und dessen Gewicht trotz sicherer Abschirmung der Streustrah­lung beim Einbringen ins Bohrloch beschränkt bleiben kann. Gleichzeitig soll der Endlagerbehälter für seinen Transport den Aufbau einer sehr einfachen und kostengünstigen Trans­portverpackung ermöglichen und vom Gewicht her den Einlage­rungsbedingungen entsprechen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung nun die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Anspruchs 1 sowie als vorteilhafte Weiterbildung in den Kennzeichen der Unteransprüche angegeben sind.
  • Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Endlagerbehälters besteht nun darin, daß die Gebirgsdruckbelastung durch den Einsatz einer Verbundkonstruktion mit hochfestem Innenrohr von dem Endlagergebinde aufgenommen werden kann, wobei der notwendige Korrosionsschutz durch das Aufschrumpfen eines unlegierten Stahles auf das hochfeste Innenrohr gewährleistet bleibt. Die Erfindung ermöglicht somit die Herstellung eines kostengünstigen Endlagergebindes aus einfachen Massenwerk­stoffen und Halbzeugen mit minimaler mechanischer Nachbear­beitung. Das geringe Gewicht des Endlagergebindes ermöglicht eine sichere Endlagerung in tiefen geologischen Formationen in Bohrungen. Die optimale Ausnutzung einer tiefen Stein­salzformation wird dadurch gewährleistet. Schnittstellenprob­leme zu vorhandenen oder geplanten Einrichtungen wie Greifer­konturen oder die Handhabung und Einlagerung in bekannte Glaskokillenlager werden durch die erfindungsgemäße Gestal­tung vermieden.
  • Die selbstabschirmende Wirkung des Deckels- und Bodenstopfens ermöglicht bei geringer Gewichtszunahme des Endlagergebindes den Aufbau eines sehr einfachen und kostengünstigen Typ B-­Transportverpackung. Der verdickte Deckelstopfen vermindert sicher eine Dosisbelastung des Bedienungspersonals durch Streustrahlung bei der Abseilung des Endlagerungsgebindes in eine Einlagerungsbohrung. Zusatzabschirmungen können dadurch weitgehendst entfallen.
  • Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind im fol­genden anhand der Figur näher erläutert, wobei die Figur schematisch einen Querschnitt durch die Behälteranordnung zeigt.
  • In der Figur ist die Kokille 1 mit dem hochradioaktiven Inhalt dargestellt, der aus verglasten Spaltprodukten aus der Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente von Kernreakto­ren oder aus abgebrannten Brennelementen selbst bestehen kann. Die Kokille 1 weist an ihrer Oberseite zum Greifen den bekannten Pilzkopf 2 auf. Sie ist in den eigentlichen längs­zylindrischen Lagerbehälter 3 eingebracht, dessen rohrförmige Wandung 4 aus den beiden Schichten bzw. Rohren 5 und 6 zu­sammengesetzt ist. Das Außenrohr 5 ist gegenüber den Deckel- und Bodenstopfen 9, 10 relative dünnwandig ausgebildet, d.h. mit wenig Abschirmwirkung gegenüber der Strahlung aus der Kokille 1. Es ist an seinen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen 7 und 8 mittels der dicht eingesetzten, z.B. einge­schweißten oder eingeschrumpften Deckel- und Bodenstopfen 9 und 10 verschlossen, deren Dicke ein mehrfaches der Wand­stärke des Außenrohres 5 beträgt und die - in axialer Rich­tung gesehen - die Strahlung aus der Kokille in Längsrichtung des Endlagerbehälters 3 abschirmen. Die Stopfen 9 und 10 bestehen aus normalem Baustahl, dessen Korrosionstraten unter Endlagerbedingungen bekannt sind und dessen Korrosionsverhal­ten daher kalkulierbar ist.
  • In das Außenrohr 5 ist nun zwischen den Stirnseiten 11 und 12 der Stopfen 9 und 10 das Innenrohr 6 dicht eingesetzt, z.B. eingeschrumpft bzw. mittels Engspaltschweißung verbunden. Das Innenrohr 6 sitzt kraftschlüssig zwischen den Stopfen und bildet damit eine durchgehende, die Wandung 4 verstärkende Stützverbindung zwischen dem Deckelstopfen 9 und dem Boden­stopfen 10. Da das Innenrohr 6 aus hochfestem Werkstoff, vorzugsweise aus Werkzeugstahl besteht, wird somit die axiale Tragfähigkeit des Endlagerbehälters 3 trotz geringer Wand­stärke und kalkulierbarer Korrosionsrate des relativ weichen Materiales für das Außenrohr 5 erheblich erhöht. Damit erhöht sich auch die Zahl der aus Festigkeitsgründen in einem Bohr­loch aufeinander stapelbaren Endlagerbehälter 3.
  • Eine besonders günstige Transportverpackung für den Endlager­behälter 3 bildet das dickwandige Transportrohr 13, das Ab­schirmwirkung besitzt und in welches der Behälter 3 einge­setzt wird. Die Verriegelung des Behälters 3 im Transportrohr 13 erfolgt mittels der Sicherungsbolzen 14 und 15, die radial oder tangential einschiebbar sind und zur Entladung wieder gelöst werden können. Die stirnseitigen Öffnungen 16 und 17 des Rohres 13 sind mittels der Endstücke 18 und 19 ver­schlossen, die ihrerseits als Stoßdämpfer beim Behälterfall wirken und die ebenfalls zusätzliche Abschirmwirkung besitzen können. Die Endstücke 18 und 19 können dabei größeren Außen­durchmesser als das Transportrohr 13 aufweisen.
    • Bezugszeichenliste:
    • 1 Kokille
    • 2 Pilzkopf
    • 3 Endlagerbehälter
    • 4 Wandung
    • 5 Außenrohr
    • 6 Innenrohr
    • 7 oberes Ende
    • 8 unteres Ende
    • 9 Deckelstopfen
    • 10 Bodenstopfen
    • 11 Stirnseite
    • 12 Stirnseite
    • 13 Transportrohr
    • 14 Sicherungsbolzen
    • 15 Sicherungsbolzen
    • 16 stirnseitige Öffnung
    • 17 stirnseitige Öffnung
    • 18 Endstück
    • 19 Endstück

Claims (6)

1. Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren, mit hochradioaktiven, z.B. in Glas einge­schmolzenen Abfällen oder abgebrannten Brennelementen von Kernreaktoren gefüllten und dichtverschlossenen Kokillen mit einer Wandung aus mehreren Schichten, dadurch gekenn­zeichnet, daß die äußere Schicht aus einem relativ dünn­wandigen Außenrohr (5) mit in dieses an den axialen oberen und unteren Enden bzw. Öffnungen (7, 8) eingesetztem Deckel- bzw. Bodenstopfen (9, 10) besteht, deren Dicke ein mehrfaches der Wandstärke des Außenrohres (5) beträgt und daß in das Außenrohr (5) zwischen Deckel- und Bodenstopfen (9, 10) ein an jenes eng anliegendes und aus im Verhältnis zum Außenrohr (5) hochfestem Werkstoff gefertigtes Innen­rohr (6) eingesetzt ist, welches eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Deckel- und Bodenstopfen (9, 10) her­stellt.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenrohr (5), Deckelstopfen (9) und Bodenstopfen (10) aus Baustahl mit vorbestimmbarer Korrosionsrate, das Innenrohr (6) hingegen aus hochfestem Werkzeugstahl besteht.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­zeichnet, daß Innen- (6) und Außenrohr (5) durch Auf­schrumpfen miteinander verbunden sind.
4. Behälteraggregat zum Transport eines Lagerbehälters nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dieser herausnehmbar in ein als Abschirmung gegen seine Strahlung ausgebildetes Transportrohr (13) eingesetzt ist, dessen offene Enden bzw. stirnseitige Öffnungen (16, 17) axial mittels als Stoßdämpfer ausgebildeten Endstücken (18, 19) verschlossen sind.
5. Behälteraggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbehälter (3) in dem Transportrohr (13) mittels tangential oder radial einschieb- und wieder lösbarer Sicherungsbolzen (14, 15) fixiert ist.
6. Behälteraggregat nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstücke (18, 19) größeren Durch­messer als das Transportrohr (13) aufweisen.
EP19870103768 1986-04-01 1987-03-16 Längszylindrischer Behälter für die Endlagerung von einer oder mehreren mit hochradioaktiven Abfällen gefüllten Kokillen Expired - Lifetime EP0244599B1 (de)

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