DE4425902A1 - Verfahren und Einrichtung zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter eines Kernreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter und/oder eine Wasser enthaltende Rohrleitung eines Kernreak­ tors.

Das Wasser in einem derartigen Behälter, der z. B. ein Reak­ tordruckbehälter ist, kann radioaktive Elemente, wie z. B. ra­ dioaktives Kobalt, enthalten. Diese radioaktiven Elemente werden in Oxidschichten eingelagert, die sich auf den Innen­ oberflächen eines solchen Behälters bilden. Folglich ergeben sich Quellen radioaktiver Strahlung in den Oxidschichten, was aufwendige Schutzmaßnahmen bei möglichen Reparatur- und War­ tungsarbeiten am Behälter notwendig macht.

Aus der EP 0 257 465 B1 ist bekannt, daß der Einbau von ra­ dioaktivem Kobalt in die Oxidschichten verhindert werden kann, indem das Element Zink in das im Behälter befindliche Wasser eingebracht wird. Zink besetzt nämlich diejenigen Po­ sitionen in den Oxidschichten, die sonst vom radioaktiven Ko­ balt eingenommen werden würden. Durch die gezielte Einlage­ rung von Zink in die Oxidschichten wird verhindert, daß ra­ dioaktives Kobalt eingelagert wird. Daraus folgt, daß vor­ teilhafterweise in den Oxidschichten keine Quellen für radio­ aktive Strahlung entstehen können.

Das Element Zink kann in verschiedener chemischer Form in den Behälter eingebracht werden. In der EP 0 257 465 B1 wird die Zugabe von Zinksalz diskutiert. Dabei wird jedoch festge­ stellt, daß die Anionen, die mit dem Zinksalz in das Wasser, das sich im Behälter befindet, gelangen, für die Innenober­ fläche des Behälters schädlich sind. Die Anionen können näm­ lich korrosiv auf die Behälterinnenoberflächen einwirken.

In der EP 0 257 465 B1 wird daher vorgeschlagen, anstelle ei­ nes Zinksalzes Zinkoxid in das Wasser im Behälter einzubrin­ gen.

Die Löslichkeit von Zinkoxid ist sehr klein. Hierdurch be­ dingt, ist die Einspeisung von Zinkoxid kompliziert.

Es muß entweder mit einer Aufschlämmung und dadurch bedingt mit einer Feststoffdosierung des Zinkoxids gearbeitet werden, oder es müssen Zinkoxidpellets hergestellt werden. Die erste Variante hat zur Folge, daß eine konstante Zudosierung von Zinkoxid nicht möglich ist. Die zweite Variante ist technisch sehr aufwendig und in hohem Maße wartungs- und überwachungs­ bedürftig.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ei­ ne Einrichtung zum Einbringen von Zink in einen Wasser ent­ haltenden Behälter und/oder in eine Rohrleitung eines Kernre­ aktors anzugeben, die einerseits radioaktive Einlagerungen in die Oxidschichten des Behälters zuverlässig verhindern und andererseits keine Korrosion des Behältermaterials verursa­ chen.

Die Aufgabe, ein Verfahren zum Einbringen von Zink anzugeben, wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in einer Zinksalz-Lösung dort vorhandene Anionen mittels eines Ionenaustauschers gegen nicht korrosiv wirkende Anionen ausgetauscht werden und daß die verbleibende Zink enthaltende Lösung in den Behälter und/oder die Rohrleitung eingebracht wird.

Mit diesem Verfahren wird der Vorteil erzielt, daß die Oxid­ schichten mit einer Lösung in Kontakt gebracht werden, die Zink, insbesondere in Form von Zinkkationen, und keine schäd­ lichen Anionen enthält. Das Zink kann auch in Form von einer fein verteilten Zinkverbindung, z. B. Zinkhydroxid, in der Lösung enthalten sein.

Das Zink, insbesondere die Zinkkationen, ist/sind in der Lösung vorteilhafterweise gut verteilt. Die Dosierung ist einfach und ist gut zu überwachen. Es werden alle Positionen in den Oxidschichten, die radioaktives Kobalt aufnehmen könnten, vom Zink erreicht und besetzt. Es kommt zu keiner Korrosion der Behälterwände.

Beispielsweise werden die vorhandenen Anionen mittels des Io­ nenaustauschers gegen Hydroxidionen ausgetauscht.

Die verbleibende Lösung kann dann Hydroxidionen und Zinkkationen, aber auch Zinkhydroxid enthalten, das sich aus diesen Ionen bildet. Nach dem Einbringen oder Dosieren in ei­ ne Rohrleitung und/oder einen Behälter liegt dieses Zinkhydroxid aufgrund der dort vorhandenen großen Flüssigkeitsmenge in einer Konzentration vor, die das Löslichkeitsprodukt von Zinkhydroxid unterschreitet. Die Dosierung der Lösung erfolgt im übrigen so kurzfristig nach der Bildung von Zinkhydroxid, daß dieses fein dispers verteilt bleibt und sich somit nicht absetzt und daß kein Zinkoxid durch Alterungsprozesse des Zinkhydroxids entstehen kann.

Die Zinksalz-Lösung kann als Stammlösung bezogen werden, oder es kann ein Zinksalz in einem Lösungsmittel, z. B. in Wasser, zur Bildung der Zinksalz-Lösung aufgelöst werden.

Die Zinksalz-Lösung kann beispielsweise eine Lösung eines or­ ganischen oder eines anorganischen Salzes sein. Durch einen geeigneten Ionenaustauscher können nämlich sowohl organische als auch anorganische Anionen ausgetauscht werden.

Der Ionenaustauscher kann ein Harz enthalten, das in Kugel­ form oder in Pulverform vorliegt. Dabei kann ein in Hydroxyl­ form vorliegendes Harz verwendet werden.

Beispielsweise wird die Zinksalzkonzentration vor dem Ionen­ austauscher möglichst niedrig gehalten. Es wird z. B. eine Konzentration 100 mg/l gewählt. Damit wird der Vorteil er­ zielt, daß im Ionenaustauscher so wenig Zinkhydroxid gebildet wird, daß dieses Zinkhydroxid in Lösung bleiben kann. Bei zu hoher Zinksalzkonzentration würde nämlich so viel Zinkhy­ droxid gebildet werden, daß dieses im Ionenaustauscher aus­ fallen würde und entsorgt werden müßte.

Das Zink des Zinksalzes hat beispielsweise eine natürliche Isotopenzusammensetzung. Nach einem anderen Beispiel ist das Zink des Zinksalzes an Zink 64 abgereichert. Damit wird der Vorteil erzielt, daß die Wahrscheinlichkeit, daß Quellen ra­ dioaktiver Strahlung in den Oxidschichten des Behälters vor­ handen sind, weiter verringert wird.

Ein Zink 64 Atom kann nämlich durch das Einfangen eines Neu­ trons zum radioaktiven Zinkisotop Zink 65 werden. Es könnte folglich, wenn auch mit geringer Wahrscheinlichkeit, an eini­ gen Positionen in den Oxidschichten statt dem radioaktiven Kobalt 60 das radioaktive Zink 65 eingebaut werden. Zink 65 hat jedoch eine deutlich kleinere Halbwertszeit als Kobalt 60, so daß im Einbau von Zink 65 ein Vorteil gegenüber Kobalt 60 zu erkennen ist. Darüber hinaus ist dann, wenn das Zink des Zinksalzes an Zink 64 abgereichert ist, die Menge des möglicherweise vorhandenen Zink 65 im Vergleich zur Menge des Kobalt 60 klein.

Die zweite Aufgabe, eine Einrichtung zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter und/oder eine Wasser enthaltende Rohrleitung eines Kernreaktors anzugeben, wird gemäß der Erfindung gelöst, durch einen Ansetzbehälter mit Öffnungen für Zinksalz und ein Lösungsmittel oder für eine Zinksalz-Lösung, durch eine Zuleitung, durch die der Ansetz­ behälter mit dem Behälter und/oder mit der Rohrleitung verbunden ist, und durch einen in der Zuleitung angeordneten Ionenaustauscher zum Entfernen von Anionen.

Mit dieser Einrichtung wird der Vorteil erzielt, daß außer­ halb des Behälters oder der Rohrleitung, in denen die Zink­ atome Positionen einnehmen sollen, die sonst von Kobalt-60-Atomen eingenommen werden würden, eine Lösung bereitgestellt werden kann, die Zink, aber keine störenden, korrosiv wirken­ den Anionen enthält. Nur diese Lösung gelangt in den Behälter oder die Rohrleitung des Kernreaktors, so daß einerseits eine konstante benötigte Zinkkonzentration eingestellt werden und andererseits keine Korrosion durch Anionen erfolgen kann.

Im Ansetzbehälter ist beispielsweise ein Rührer oder eine Rührvorrichtung vorhanden. Dadurch wird die Bildung einer Zinksalzlösung erleichtert.

Mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter oder in eine Rohrleitung eines Kernreaktors wird insbesondere der Vorteil erzielt, daß das Einbringen und Überwachen des Zinks vereinfacht wird.

Die Einrichtung und das Verfahren nach der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine Variante der Einrichtung, bei der die Zinksalz-Lösung in einem Ansetzbehälter in der benötigten Konzentration bereitgestellt wird.

Fig. 2 zeigt eine Variante, bei der die Zinksalz-Lösung im Ansetzbehälter eine relativ hohe Konzentration hat und erst vor dem Ionenaustauscher verdünnt wird.

Fig. 1 zeigt einen Teil eines Behälters 1, der auch eine Rohrleitung sein kann und zu einem Kernreaktor gehört. In den Behälter 1 mündet eine Dosierleitung 2, durch die Zink in den Behälter 1 gelangen kann. Vor der Einmündung befindet sich ein Rückschlagventil 2a. Das Zink wird im Behälter 1 in Oxid­ schichten eingebaut und verhindert dadurch den Einbau von ra­ dioaktivem Kobalt 60. Zur Bereitstellung des benötigten Zinks ist ein Ansetzbehälter 3 vorhanden. Dieser Ansetzbehälter 3 hat eine Öffnung 4, durch die ein Zinksalz oder eine Zink­ salz-Stammlösung eingebracht werden können. Es kann auch ein Gemisch verschiedener Zinksalze verwendet werden. Außerdem weist der Ansetzbehälter 3 eine Öffnung 5 zum Einspeisen ei­ nes Lösungsmittels bzw. Verdünnungsmittels auf. Das Lösungs­ mittel oder Verdünnungsmittel ist beispielsweise Deionat. Im Ansetzbehälter 3 befindet sich eine Rührvorrichtung 6, die durch einen Motor angetrieben ist. Mit der Rührvorrichtung 6 wird sichergestellt, daß das gesamte Zinksalz im Lösungsmit­ tel gelöst wird und daß das gelöste Zinksalz oder die Zink­ salz-Stammlösung homogen durchmischt wird. Vom Ansetzbehälter 3 geht eine Leitung 7 für die gebildete Zinksalzlösung aus. Diese Leitung 7 enthält eine Dosierpumpe 8 und mündet in ei­ nen Ionenaustauscher 9, der zum Austauschen von Anionen der Zinksalz-Lösung gegen nicht korrosiv wirkende Anionen, z. B. Hydroxidionen, geeignet ist. Vom Ionenaustauscher 9 geht die Dosierleitung 2 aus. Die in der Dosierleitung 2 strömende Lö­ sung enthält keine korrosiv wirkenden Anionen mehr, sondern nur noch Zink, insbesondere Zinkkationen, die im Behälter 1 benötigt werden. Die störenden Anionen werden im Ionenaustauscher 9 zurückgehalten.

Vor der Dosierpumpe 8 an der Leitung 7, sowie an der Dosier­ leitung 2 können verschließbare Probenahmestellen 13, 14 an­ geordnet sein. Dort können Proben der jeweiligen Lösung ge­ wonnen werden.

Der Ansetzbehälter 3 weist eine verschließbare Entlüftungs­ leitung 15 und eine verschließbare Leitung 16 zum Entleeren auf. An die Leitung 7 können ein Temperatursensor 17 und/oder ein Drucksensor 18 angeschlossen sein. Außerdem kann eine verschließbare Leitung 19 zum Entleeren der Leitung 7 vorhan­ den sein.

Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, die die Bestandteile der Ein­ richtung nach Fig. 1 und zusätzliche Bauteile aufweist.

Da die Einrichtung nach Fig. 1 einen sehr großen Ansetzbe­ hälter 3 benötigt oder das Bereithalten von Austausch-Ansetz­ behältern erforderlich macht, sieht die Einrichtung nach Fig. 2 vor, daß im Ansetzbehälter 3 eine Zinksalz-Lösung mit einer relativ hohen Konzentration bereitgehalten wird. Diese Lösung wird dann bei Bedarf verdünnt. Man kommt folglich mit einem relativ kleinen Ansetzbehälter 3 aus. Zum Verdünnen mündet in die Leitung 7 vor der Dosierpumpe 8 eine Deionatzu­ leitung 20 ein. Vor der Einmündung befinden sich Armaturen 21 und 22 in der Leitung 7 und in der Deionatleitung 20 zum Steuern der Verdünnung. Vor der Armatur 21 zweigt von der Leitung 7 eine Rückleitung 10 ab, die in den Ansetzbehälter 3 einmündet. Nicht benötigte Zinksalz-Lösung wird über diese Rückleitung 10, die eine Armatur 11 enthält, in den Ansetzbe­ hälter 3 zurückgespeist. Zum Transport der Zinksalz-Lösung ist in der Leitung 7 vor der Abzweigung der Rückleitung 10 eine Umwälzpumpe 12 angeordnet. Die Leitung 19 zum Entleeren der Leitung 7 geht mit zwei Zweigen von Orten vor und hinter der Umwälzpumpe 12 aus.

Mit der gezeigten Einrichtung kann eine Lösung bereitgestellt und in einem Behälter 1 dosiert werdend die gleichmäßig verteiltes Zink, aber keine störenden Anionen enthält.

Claims (10)

1. Verfahren zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter (1) und/oder eine Wasser enthaltende Rohrleitung eines Kernreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Zinksalz-Lösung dort vorhandene Anionen mittels eines Ionenaustauschers (9) gegen nicht korrosiv wirkende Anionen ausgetauscht werden und daß die verbleibende Zink enthaltende Lösung in den Behälter (1) und/oder die Rohrleitung eingebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorhandenen Anionen mittels des Ionenaustauschers (9) gegen Hydroxidionen ausgetauscht werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zinksalz-Lösung eine Lösung eines organischen oder eines anorganischen Salzes ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher (9) ein Harz enthält, das in Kugelform oder in Pulverform vorliegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauscher (9) ein Harz enthält, das in Hydroxylform vorliegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Zinksalzlösung klein ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zink der Zinksalz-Lösung eine natürliche Isotopenzusammensetzung hat.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zink der Zinksalz-Lösung an Zink 64 abgereichert ist.

9. Einrichtung zum Einbringen von Zink in einen Wasser enthaltenden Behälter (1) und/oder eine Wasser enthaltende Rohrleitung eines Kernreaktors, gekennzeichnet durch einen Ansetzbehälter (3) mit Öffnungen (4, 5) für Zinksalz und ein Lösungsmittel oder für eine Zinksalz-Lösung, durch eine Zuleitung (7-2), durch die der Ansetzbehälter (3) mit dem Behälter (1) verbunden ist, und durch einen in der Zuleitung (7-2) angeordneten Ionenaustauscher (9) zum Entfernen von Anionen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Ansetzbehälter (3) ein Rührer oder eine Rührvorrichtung (6) vorhanden sind.