(19)
(11) EP 0 057 866 A2

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
18.08.1982  Patentblatt  1982/33

(21) Anmeldenummer: 82100590.7

(22) Anmeldetag:  28.01.1982
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)3C23F 13/02, G21F 9/00, G21F 9/36
(84) Benannte Vertragsstaaten:
BE DE FR GB SE

(30) Priorität: 03.02.1981 DE 3103558

(71) Anmelder:
  • Nukem GmbH
    D-63434 Hanau (DE)
  • Deutsche Gesellschaft für Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
    D-30014 Hannover (DE)

(72) Erfinder:
  • Holtmann, Werner
    D-4904 Enger (DE)
  • Kroll, Hartmut, Dipl.Phys.
    D-6450 Hanau (DE)
  • Luthardt, Günther, Dipl.Chem.
    D-6458 Rodenbach (DE)
  • Portscher, Volker
    D-8751 Haibach (DE)

(74) Vertreter: Nowak, Gerhard (DE) 


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(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Vorrichtung zum Korrosionsschutz von radioaktive Stoffe enthaltenden Behältern


    (57) Es wird eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitiagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von bestrahlten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, beschrieben, die die Behälterkorrosion auch bei überraschendem Auftreten von Wasser vermeidet, zumindest aber verzögert und minimiert. Die Vorrichtung besteht aus Opferanoden (2) die mit den Behältern (1) über Verbindungen (3) leitend verbunden sind.


    Beschreibung


    [0001] Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von bestrahlten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen.

    [0002] Bestrahlte Brennelemente werden nach einer vorübergehenden Aufbewahrung in Wasserbecken entweder sofort oder nach einer weiteren Zwischenlagerung aufgearbeitet. Dabei werden die nuklearen Brenn- und Brutstoffe von den Spaltprodukten getrennt und wieder dem Brennstoffkreislauf zugeführt. Die Spaltprodukte werden nach bekannten Verfahren , meist unter Verwendung großer Mengen Wertstoffe, wie z. B. Blei und Kupfer, konditioniert und in geologischen Formationen wie Salzstöcken praktisch nicht mehr entnehmbar endgelagert.

    [0003] Darüberhinaus wird überlegt (Berichte des Kernforschungszentrums Karlsruhe KFK 2535 und 2650), bestrahlte Brennelemente in absehbarer Zeit nicht aufzuarbeiten, auf die in ihnen vorhandenen Brenn- und Brutstoffe zu verzichten und die Brennelemente - nach einer angemessenen Abklingzeit in dafür vorgesehenen Lagern - in Salzformationen endzulagern. Die Lagerzeiten der bestrahlten Brennelemente können also Hunderte von Jahren betragen.

    [0004] Wegen der unbestimmten Lagerdauer werden an derartige, für die Langzeit- und Endlagerung geeignete Behälter besondere Anforderungen gestellt. Erschwerend kommt hinzu, daß die Behälterlager schwer zugänglich sein müssen und folglich Überwachungsmöglichkeiten Grenzen gesetzt oder sogar auszuschließen sind.

    [0005] Es sind teilweise sehr aufwendige Konzepte bekannt, bestrahlte Brennelemente oder radioaktiven Abfall mittels Behältern aus Metall oder Beton in geologische Formationen wie z. B. in trockenen Salzstöcken zu lagern (Bericht des Kernforschungszentrums Karlsruhe KFK 3000).

    [0006] Die Verwendung von Beton ist jedoch problematisch, da Langzeiterfahrungen über Hunderte oder gegebenenfalls über Tausende von Jahren naturgemäß nicht vorliegen. Auch Metallbehälter, z. B. aus Stahl, Gußeisen, speziell Kugelgraphitguß, Blei, Kupfer oder anderen Werkstoffen, weisen Nachteile auf. Diese liegen u. a. teils in den Herstellungskosten, vor allem jedoch auf dem Korrosionsgebiet, da u. a. Wassereinbrüche, wenn auch wenig ein-: trittswahrscheinlich, mit in sicherheitstechnische Überlegungen einbezogen werden müssen.

    [0007] Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von bestrahlten. Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen zu schaffen, die die Behälterkorrosion bei überraschendem Auftreten von Wasser vermeidet, zumindest aber verzögert und minimiert.

    [0008] Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behälter über Verbindungen mit Opferanoden leitend verbunden sind.

    [0009] Anhand der schematischen Abbildung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft näher erläutert.

    [0010] In einer geologischen Formation (6), z. B. Salzstock, befinden sich Langzeitlagerbehälter (1), in denen radioaktives Material wie Abfälle und bestrahlte Brennelemente endgelagert werden. In der Nähe dieser Behälter (1) sind Opferanoden (2) angeordnet, wobei die Opferanoden mit den Behältern (1) durch Verbindungen(3) leitend verbunden sind. Dadurch ist ein anodischer Korrosionsschutz sichergestellt, der wirksam wird, wenn durch ein Ereignis Feuchtigkeit in die Lagerstätte gelangt. Der durch das Wasser gebildete Elektrolyt, beispielsweise eine Salzlösung, baut eine galvanische Kette auf. Dadurch löst sich die Opferanode (2) auf, und der als Kathode geschaltete Behälter (1) mit seinem radioaktiven Inventar bleibt geschützt.

    [0011] Als Opferanoden können Metalle mit entsprechenden elektrochemischen Eigenschaften unter Berücksichtigung des jeweiligen Materials der Behälter (1) verwendet werden. Es ist dabei besonders günstig, wenn die Potentialdifferenz 'zwischen dem Behälter (1) und der Opferanode (2) zwischen 50 und1000 mV beträgt, da die Auflösung der Opferanode, als Maß für den Korrosionsschutz, vorteilhaft beeinflußt wird. Besonders vorteilhaft ist es, als Opferanode (2) wegen seines elektrochemischen Verhaltens und wegen seiner Verfügbarkeit Zink oder zinkhaltige Formkörper zu verwenden. Die Formkörper können beispielsweise aus Zink und Blei bestehen und vorteilhafterweise pulvermetallurgisch durch Pressen hergestellt sein, da so Potentialverschie-bungen, die durch Legierungsbestandteile möglicherweise auftreten könnten, vermieden werden. Durch pulvermetallurgisch hergestellte Opferanoden kann die Auflösungsgeschwindigkeit günstig beieinflußt werden.

    [0012] Die Opferanoden (2) sind normalerweise in kompakter Geometrie gestaltet. Fallweise sind aber auch andere Geometrien möglich. U. a. können Opferanoden in manchen Fällen auch in Wannen bzw. Überbehältern, die die Behälter (1) aufnehmen, untergebracht oder eingelassen sein.

    [0013] Als Material für die leitenden Verbindungen (3) kann mit dem Behälter (1)artgleiches Material verwendet werden.

    [0014] Es ist aber auch möglich, Graphit als Leitermaterial einzusetzen, das nur zur Ableitung der bei der elektrochemischen Reaktion entstehenden Elektronen dient. Bei der Verwendung mehrerer Opferanoden (2) sind diese zweckmäßigerweise untereinander durch leitende Verbindungen(7) verbunden.

    [0015] Es ist besonders günstig, wenn zusätzlich in räumlicher Nähe zu den Behältern (1) und den Opferanoden (2) ein Materialvorrat (4), der ein gegenüber dem Material des Behälters (1) edleres Potential aufweist, angeordnet. ist. Als Materialvorrat (4), der im Normalzustand nicht mit den Behältern (1) in leitender Verbindung steht, können z. B. Kupfersalze verwendet werden. Im Falle des Eindringens von Elektrolyten in das Lager werden nach einer gewissen Zeit auch z. B. Kupferionen aus dem Materialvorrat (4) in Lösung gehen. Im Austausch gegen beispielsweise Eisenionen des Behälters (1) können sich diese Kupferionen auf dem Behälter (1) niederschlagen und einen Überzug bilden, der zum Korrosionsschutz beitragen kann.

    [0016] Aus Kosten- und-Verfügbarkeitsgründen ist es vorteilhaft, wenn der Matcrialvorrat (4)'aus Kupfersulfat besteht.

    [0017] Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn der Materialvorrat (4) von einer metallischen Umhüllung (5) umgeben ist, die ihrerseits unedler als der Behälter (1) und als der Materialvorrat (4), jedoch gleich edel oder edler als die Opferanode (2) ist. Dadurch kann sich beim Eindringen von Elektrolyt in das Lager zunächst die Opferanode (2) und dann erst die Umhüllung (5) auflösen, ehe sich der Materialvorrat (4) auflöst. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher korrosionsvermindernder Überzug auf dem Behälter (1), herrührend vom Materialvorrat (4) erzeugt.

    [0018] Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt auf überraschende Weise eine langzeitig wirksame Korrosionsverzögerung am Behälter (1) dar und trägt somit bei, daß bis zum Abklingen der Radioaktivität des Behälterinventars auch im ungünstigsten - an sich normalerweise nicht zu erwartenden - Schadensfall der Abschluß von der Biosphäre sichergestellt ist.


    Ansprüche

    1. Vorrichtung zum Korrosionsschutz von Behältern für die Langzeitlagerung von radioaktiven Stoffen, insbesondere von bestrahlten Brennelementen, in geeigneten geologischen Formationen, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (1) über Verbindungen (3) mit Opferanoden (2) leitend verbunden sind.
     
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die'Potentialdifferenz zwischen dem Behälter (1) und der Opferanode (2) zwischen 50 und 1000 mV beträgt.
     
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Opferanode (2) Zink oder zinkhaltige Formkörper verwendet werden.
     
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in räumlicher Nähe zu den Behältern (1) und der Opferanode (2) ein Materialvorrat (4), der ein gegenüber dem Material des Behälters (1) edleres Potential ausweist, angeordnet ist.
     
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat (4) aus Kupfersulfat besteht.
     
    6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialvorrat (4) von einer metallischen Umhüllung (5) umgeben ist, die ihrerseits unedler als der Behälter (1) und als der Materialvorrat (4) ist, jedoch gleich edel oder edler als die Opferanode (2) ist.
     




    Zeichnung