DE3323060C2

DE3323060C2 - Verfahren zur Fixierung von radioaktivem Krypton sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE3323060C2
Application number: DE3323060A
Authority: DE
Inventors: Eike Dr. 3000 Hannover Gelfort
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1986-03-20
Also published as: GB2142466B; BE899903A; GB2142466A; BR8403105A; JPS6021497A; FR2548818B1; GB8411357D0; FR2548818A1; US4579635A; DE3323060A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fixierung von radioaktivem Krypton durch Einbetten von Kryptonionen in aufgestäubtes Einbettungsmetall, indem zwischen einer das aufzustäubende Einbettungsmetall aufweisenden Zerstäubungselektrode und einer Einbettungselektrode ein Krypton-Plasma erzeugt wird, aus dem positive Kryptonionen mit hoher Geschwindigkeit auf die Zerstäubungselektrode zum Abstäuben von Einbettungsmetall gelenkt werden, das sich unter Einbettung von Kryptonionen auf der Einbettungselektrode ablagert. Um auf die Verwendung zusätzlicher Rohstoffe für das Einbettungsmetall verzichten zu können, wird aus einer Spaltproduktlösung zunächst radioaktives Einbettungsmetall unmittelbar auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden. Danach werden die mit dem radioaktiven Einbettungsmetall beladene Zerstäubungselektrode und die Einbettungselektrode in eine Atmosphäre aus radioaktivem Krypton gebracht. Durch Glimmentladung wird ein Kryptonplasma erzeugt und durch Anlegen einer hohen negativen Spannung an der radioaktiven Zerstäubungselektrode und einer geringen negativen Spannung an der Einbettungselektrode wird Einbettungsmetall von der Zerstäubungselektrode abgestäubt und auf der Einbettungselektrode unter Einschluß von Krypton abgelagert. Nach erfolgter Kryptonfixierung kann das erzeugte Produkt unmittelbar der Endlagerung zugeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Durch die DE-OS 31 02 636 sowie die Veröf^centlichung »KfK-Nachi-ichten«, Jahrgang 14, 2/82, S. 109—115, sind derartige Verfahren zur Fixierung von radioaktivem Krypton bekannt sowie auch solche Vorrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren. Im Ringraum zwischen einem Metall-Außenzylinder, der ate Einbettungselektrode geschaltet ist, und einem darin konzentrisch angeordneten Metall-Innenzylinder oder Metallstab, der als Zerstäubungselektrode geschaltet ist und aus einem Einbettungsmetall, beispielsweise Titan, besteht, befindet sich Kryptongas unter einem Druck von etwa 1,3 - 10~² mbar. In diesem Ringraum wird ein Glimmentladungsplasma erzeugt Am Innenzylinder liegt eine hohe negative Zerstäubungsspannung von 2 bis 4 kV und am Außenzylinder eine negative Einbettungsspannung von nur einigen hundert Volt an. Durch die hohe Zerstäubungsspannung werden positive Kryptonionen aus dem Entladungsplasma zur Zerstäubungselektrode hin mit hoh-tr Geschwindigkeit bewegt Beim Auftreffen auf die Zerstäubungselektrode werden Metallatome abgestäubt, die sich auf der Innenseite des Außenzylinders bzw. der Einbettungselektrode ablagern. Bei diesem Aufstäuben des Einbettungsmetalls auf die Einbettungselektrode wird ein großer Teil der Kryptonionen mit eingebettet Nach erfolgter Fixierung des radioaktiven Kryptons bzw. nach Verbrauch der Zerstäubungselektrode wird die Zylinderanordnung zu einem endlagerfähigen Produkt verschlossen. _

Ähnliche Verfahren und Vorrichtungen zur Fixierung von radioaktiven Gasen sind durch die DE-OS 28 09 965 und DE-OS 24 54 796 bekannt. Gpmäß der DE-OS 28 09 965 soll die Zerstäubungselektrode aus seltenen Erden und Übergangsmetallen bestehen. Nach der DE-OS 24 54 796 besteht die Zerstäubungselektrode aus einem Metall wie Nickel oder Kupfer; zusätzlich kann noch ein Gitter zwischen der Einbettungselektrode und der Zerstäubungselektrode angeordnet sein.

Nachteilig ist, daß bei den bekannten Verfahren und bei den bekannten Vorrichtungen zusätzliche, meist teure metallische Rohstoffe für die Zerstäubungselektrode verbraucht werden müssen, die in die Endlagerstätten gehen und zusätzliches Endlagervolumen bilden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Verfahren zur Fixierung von radioaktivem Krypton gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, daß auf die Verwendung zusätzlicher Rohstoffe für das Einbettungsmetall in der Zerstäubungselektrode verzichtet werden kann. Außerdem soll eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des An-Spruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Anspruch 7 angegeben.

Das Verfahren sieht vor, anstelle einer fertigen Zerstäubungselektrode aus zusätzlichem, nicht radioaktivem Einbettungsmetall eine Zerstäubungselektrode durch elektro-chemisches Abscheiden eines radioaktiven Einbettungsmetalls aus einer Spaltproduktlösung unmittelbar zu gewinnen, wobei als Elektrodenträger-

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material ein preiswertes Metall geringer Menge ver- Inder Fig. 1 ist der Behälter 2 zu Beginn des Eiektrowendet werden kann. Das Krypton wird somit mit Hilfe lysevorgangs gezeigt. Es hat sich schon eine dünne Eindes radioaktiven Einbettungsmetalls durch Erzeugung bettungsmetallschicht 16 auf dem Innenzylinder gebileines Kryptonplasmas durch Aufstäuben des radioakti- det Die F i g. 2 zeigt den Endzustand, in dem die Einbetven Einbettungsmetalls auf die Einbettungselektrode im 5 tungsmetall-Beschichtung 16 voll ausgebildet ist.
Einbettungsmetall fixiert D'^le F i g. 3 und 4 zeigen nun die gleiche Vorrichtung Dadurch können auf einfache und nutzbringende Art als Zerstäubungsvorrichtung, wobei der Ausgangszu- und Weise aus der Spaltprodukt-Aufarbeitung gewon- stand der Vorrichtung der üustand gemäß Fig.2 ist. nene radioaktive Metalle als Einbettungsmetalle unmit- Die Innenzylinderbeschichtung 16 aus dem Einbettelbar genutzt werden. Durch Nutzung dieser radioakti- io tungsmetall wird als Zerstäubungselektrode geschaltet, ven Metalle für die Kryptonfixierung kann aufwendiges An dieser Zerstäubungselektrode liegt eine negative und kostspieliges Endlagervolumen eingespart werden. Spannung von 2 bis 3 kV an. Der Außenzylinder 4 ist als zum eirren, weil die radioaktiven Einbettungsmetalle Einbettungselektrode geschaltet An ihm liegt eine nenicht mehr gesondert einer Endlagerung zugeführt zu gative Einbettungsspannung von nur einigen hundert werden brauchen und zum anderen, weil zusätzliche 15 Volt an. Im Ringraum 8 zwischen dem Außenzylinder 4 Rohstoffe für die Zerstäubungselektrode nicht mehr und der Zerstäubungselektrode 16 wird jetzt eine Krypnotwendig sind und daher auch nicht mehr in die Endla- tonatmosphäre 18 aufgebaut bei einem Kryptondruc'c gerstätten gehen. ' ^von etwa l,3xlO-²mbar. Zur Erzeugung eines Kryp-Die Vorrichtung wird vorteilhafterweise so ausge- tonplasmas brennt im Ringraum 8 eine Glimmentlaführt daß sie nach Fixierung des Kryptons bzw. Ver- 20 dung, für die nähere konstruktive Einzelheiten nicht brauchs des Eihbettungsmetalls unmittelbar als Endla- dargestellt sind, da eine solche Glimmentladung in einer gerbehälier dienen kann. Zylinderanordnung der vorliegenden Art Stand der

Die Vorrichtung dient im ersten Verfahrensrehritt als Technik ist

Elektrolysebehälter zur Aufnahme der Spaltproduktlö- Durch die hohe negative Zerstäubungsspannung von sung als Elektrolyten. Der Außen- und Innenzylinder 25 2 bis 3 kV werden positive Kryptonionen aus dem Entlasind in diesem Verfahrensschritt als Elektrolyseelektro- dungsplasma zur Zerstäubungselektrode 16 hin beden geschaltet Nach Beendigung der elektrochemi- schleunigt, auf der die Kryptonionen mit großer Ge- \; sehen Abscheidung des Einbettungsmetalls auf der zen- schwindigkeit auftreffen und das Einbettungsmetall allis tralen Zerstäubungselektrode dient die erfindungsge- mählich abstäuben. Das abgestäubte Metall wird auf der K mäße Vorrichtung in den weiteren Verfahrensschritten 30 Innenseite der Einbettungselektrode bzw. des Außenzy- |ϊ zur Aufnahme der Kryptonatmosphäre, zur Erzeugung linders 4 aufgefangen. Ein großer Teil der auf der Einfjj eines Kryptonentladungsplasmas und zur Durchfüh- bettuogselektrode auftreffenden Kryptonionen wird in £ä rung des Kryptonfixiervorgangs. der aufwachsenden Schicht 19 aus dem radioaktiven % Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Zeich- Einbettungsmetall eingebettet, und zwar in Form von % nung, die ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä- 35 winzigen Bläschen 20, wie dies in der F i g. 4 schematisch ig ßen Vorrichtung zeigt, näher erläutert werden. dargestellt ist Nach erfolgter Fixierung des Kryptons % Es zeigt auf der Einbettungselektrode 4 ist der größte Teil des j§ F i g. 1 ein Elektrolysegerät zu Beginn der elektrolyti- Einbettungsmetalls 16 der Zerstäubungselektrode ver- fl sehen Abscheidung von radioaktivem Metall aus einer braucht, wie dies ebenfalls der F i g. 4 in schsmatiicher S Spaltproduktlösung auf einer Innenzylinder-Elektrode 40 Darstellung entnehmbar ist.

»"■ zur Bildung einer Zerstäubungselektrode, Bei dieser Krypton-Fixierung durch Glimmentladung

E| F i g. 2 die Vorrichtung nach F i g. 1 nach erfolgter und Metallzerstäubung werden Konzentrationen bis

fi elektrolytischer Abscheidung des Metalls, 200 Normliter Krypton pro Liter Einbettungsmetall er-

Ij F i g. 3 die Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2 als reicht.

f! Zerstäubungsvorrichtung zur Fixierung von Krypton zu 45 Es sei darauf hingewiesen, daß Molybdän nach einer

ii Beginn der Einbettung des Kryptons im Einbettungsme- Lagerzeit von etwa drei Jahren nicht mehr radioaktiv

Β; tallauf einer Außenzyiinder-Einbettungselektrode, ist. In dieser Zeit zerfallen die radioaktiven Isotope des

f. F i g. 4 die Vorrichtung nach F i g. 3 nach erfolgter Molybdäns in stabile Formen. Nach dem zur Zeit gülti-

jf Zerstäubung mit Kryptonfixierung und gen Konzept sollen Brennelemente erst nach einer La-

y F i g. 5 die Vorrichtung nach F i g. 4 im senkrechten 50 gerzeit von etwa sieben Jahren der Wiederaufarbeitung

P Schnitt, komplettiert durch eine Kühleinrichtung und zugeführt werden. In diesem Falle wäre somit das aus

j§ Deckel zur Endlagerung. der Spaltproduktlösung abgeschiedene Molybdän nicht

ψ. Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung in Form eines mehr radioaktiv.

I Behälters 2 mit einem Außenzylinder 4 und einem In- Die be; der Krypton-Fixierung durch Glimmentlaifj nenzylinder 6, zwischen denen ein Ringraum 8 gebildet 55 dung und Metallzerstäubung aufgewandte elektrische jft ist. Außen- und Innenzylinder sind als Elektroden ge- Leistung kann, falls rrforderlich, durch Wasserkühlung I' schaltet. der Zylinderelektroden, insbesondere der Außenzylin- Ϊ; Der Behälter weist einen Boden 10 auf und ist mit derelektrode 4, abgeführt werden, wie dies in der Fig. 5 h Hilfe eines Deckels 12 verschließbar (Fig. 5). schematisch dargestellt ist, in der der Außenzylinder 4 'ϊ In den Fig. 1 und 2 ist der Behälter 2 als Elektrolyse- 60 von einer Wasserkühlung 22 umgeben ist.
l· gerät eingesetzt, in dessen Ringraum 8 als Elektrolyt Die F i g. 5 zeigt die Vorrichtung bzw. den Behälter 2 ', eine Spaltproduktlösung 14 eingefüllt ist, aus der durch nach Beendigung der Kryptonfixierung. Der Behälter Anlegen einer Spannung (Innenzylinder negativ und kann dann unmittelbar der Endlagerung zugeführt wer-Außenzylinder positiv) radioaktive Einbettungsmetalle den, nachdem der Zylinderdeckel 12 aufgebracht worauf der Innenzylinder-Elektrode 6 abgeschieden wer- 65 den ist, beispielsweise durch Anschweißen.

den, bis eine ausreichend starke Einbettungsmetallbe-

schichtung 16 erreicht ist (F i g. 2). Der Außen- und In- Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

nenzylinder bestehen beispielsweise aus Stahl.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fixierung von radioaktivem Krypton in wenigstens ein aufgestäubtes Einbettungsmetall, indem zwischen einer das aufzustäubende Einbettungsmetall aufweisenden Zerstäubungselektrode und einer Einbettungselektrode ein Krypton-Plasma erzeugt wird, aus dem positive Kryptonionen mit hoher Geschwindigkeit auf die Zerstäubungselektrode zum Abstäuben von Einbettungsmetall gelenkt werden, das sich unter Einbettung von Kryptonionen auf der Einbettungselektrode ablagert, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerstäubungselektrode und die Einbettungselektrode zunächst in eine Spaltproduktlösung eingebracht werden, und daß dann radioaktives Einbettungsmetall unmittelbar auf der Zerstäubungselektrode elektrochemisch abgeschieden wird.

2. Verfahre» nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbetiungsmetaii radioaktives Palladium aus der Spaltproduktlösung auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbettungsmetall radioaktives Molybdän aus der Spaltproduktlösung auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbettungsmetalle radioaktives Palladium und radioaktives Molybdän aus der Spaltproduktlösun.= auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden werden.

5. Verfahren nach Anspruch Ί oder einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbettungsmetalle radioaktives Zirkonium, Niob, Technetium, Ruthenium oder Rhodium oder eine beliebige Kombination dieser Metalle mit oder ohne radioaktivem Palladium und/oder radioaktivem Molybdän auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbettungsmetalle zusätzlich oder allein radioaktive Metallegierungen auf der Zerstäubungselektrode abgeschieden werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Metallaußenzylinder (4) als Einbettungselektrode, einem darin konzentrisch angeordneten Metallinnenzylinder (6) als Zerstäubungselektrode sowie wenigstens einer geerdeten Stirnelektrode (tO), wobei zwischen Metallaußen- und Metallinnenzylinder ein Ringraum (8) zur Aufnahme des radioaktiven Kryptons und des Kryptonplasmas gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallaußenzylinder (4), der Metallinnenzylinder (6) und die Stirnelektroden (10) als ringzylindrischer Elektrolyse-Behälter (2) zur Aufnahme der Spaltproduktlösung (14) als Elektrolyt gebildet sind und daß der Metallaußenzylinder (4) als positive Elektrolyse-Elektrode und der Metallinnenzylinder (6) als negative Elektrolyse-Elektrode schaltbar sind zur Beschichtung des Metallinnenzylinders mit wenigstens einem radioaktiven Einbettungsmetall und/oder wenigstens einer radioaktiven Einbettungsmetallegierung aus der Spaltproduktlösung.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallaußen- und Metallinnenzylinder aus Stahl oder einem anderen endlagergeeigneten Metall oder einer endlagergeeigneten Metalllegierung bestehen.