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Diese Erfindung betrifft ein in einem
Wiederaufarbeitungsverfahren für abgebrannte Kernbrennstoffe anwendbares
Verfahren zum Rückgewinnen von radioaktivem Iod durch ein
Vakuum-Gefriertrocknungsverfahren aus einer Waschlösung, welche
dann beseitigt werden kann. Zur stabilen Lagerung kann das
rückgewonnene radioaktive Iod mineralisiert werden.
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In einem Wiederaufarbeitungsverfahren für abgebrannte
Kernbrennstoffe ist die Entfernung von radioaktivem Iod, das bei
dem Vorgang des Auflösens und Zerschneidens von abgebranntem
Brennstoff erzeugt wurde, besonders wichtig aufgrund der
hohen Toxizität des Iods, des hohen Iodgehalts in
Spaltprodukten und der hohen Kernspaltungsrate, die der Massenzahl der
beiden Hauptarten von radioaktiven Ioden eigen ist, 1% ¹²&sup9;I
mit einer langen Halbwertszeit (17x10&sup7; Jahre) und 2,09%
¹³¹I, mit einer kurzen Halbwertszeit (8 Tage). Wenn das Iod
in den der Lösungsmittelextraktion zugeführten Flüssigkeiten
verbleibt, um init dem Lösungsmittel zu reagieren, erzeugt es
eine chemische Verbindung, die sich der Entfernung
widersetzt, was zu einer Kontamination während des gesamten
Behandlungsverfahrens führt, und macht die Entfernung von
soviel Iod wie möglich, bevor es mit dem Lösungsmittel in
Berührung kommt, wichtig.
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In der Abgasphase, wäßrigen Phase oder organischen Phase
tritt Iod in I&sub2;, HI, HIO oder organischen Formen auf und
tritt als HIO&sub3; in dichten Nitratlösungen auf.
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Herkömmliche Verfahren zum Entfernen von Iod sind die
Entfernung durch Eintauchen in alkalische Lösungen wie Na&sub2;CO&sub3;
oder NaOH oder auch die Entfernung durch die Verwendung von
Silberzeolith, der mit Silber beladen ist, in einem
Zeolithkatalysator.
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In Verfahren, die alkalische Lösungen einsetzen, ist jedoch
die Entfernung von organischem Iod nicht möglich und es gibt
darüber hinaus keine Möglichkeit, Iod zurückzugewinnen und
zu behandeln, während es in Lösung gehalten wird.
Radioaktives Iod, welches nicht festgehalten werden kann, wird in die
Atmosphäre freigesetzt und die Anhäufung insbesondere von
¹²&sup9;I mit seiner langen Halbwertszeit wird zu einem Problem.
Beim Rückgewinnen von radioaktivem Iod ist es ferner
erforderlich, so wertvolle Absorptionsmittel wie Silberzeolith zu
verwenden. Zu diesem Zweck ist ein Verfahren, welches die
Suspension von radioaktivem Iod in einer Flüssigkeit
ermöglicht, erwünscht. Da es von größter Wichtigkeit ist, ¹²&sup9;I
mit langer Halbwertszeit über lange Zeiträume zu lagern, ist
ein Verfahren, welches die sichere Lagerung von radioaktiven
Materialien wie rückgewonnenem ¹²&sup9;I ermöglicht, erwünscht.
Zusätzlich sollte flüssiger Abfall, der radioaktive Iode
enthält, der in dem Wiederaufarbeitungsverfahren erzeugt
wurde, nicht zur Verdampfung von radioaktiven Ioden führen,
so daß es erforderlich ist, die Basizität zu kontrollieren.
Wenn dieser flüssige Abfall mit sauren flüssigen Abfällen
vermischt wird, besteht jedoch die Gefahr, daß radioaktives
Iod unwiederbringlich freigesetzt werden kann. Aus diesem
Grund besteht ein Bedarf für ein Verfahren, in dem
Flüssigkeit, die radioaktive Iode enthält, individuell behandelt
werden kann, ohne mit flüssigen Abfällen aus einem anderen
Verfahren vermischt zu werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Freisetzung
von radioaktivem Iod ¹²&sup9;I mit langer Halbwertszeit in die
Umwelt durch Konzentrieren von Flüssigkeiten, die
radioaktives Iod enthalten, durch ein
Vakuum-Gefriertrocknungsverfahren und Rückgewinnen des Iods als Iodverbindungen zu
verhindern.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die
stabile Langzeitlagerung von radioaktivem Iod durch
Mineralisieren der rückgewonnenen Iodverbindungen erreicht.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
radioaktives Iod zu behandeln, während es in Lösung gehalten
wird, und den Verbrauch eines Iod auffangenden Mittels wie
Silberzeolith zu verringern.
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Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist,
die irrtümliche Freisetzung von radioaktiven Ioden zu
vermeiden durch getrennte Verarbeitung nur von Flüssigkeiten,
die radioaktives Iod enthalten, ohne das Vermischen mit
Abfallflüssigkeiten aus anderen Verfahren zuzulassen.
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Schließlich ist eine letzte Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die Verdampfung von radioaktivem Iod aus Flüssigkeiten
zu vermeiden. Dies kann erreicht werden durch Zugabe von
Silber- und Kupferionen zu Flüssigkeiten, die radioaktives
Iod enthalten, was zu der Ausfällung von radioaktiven
Iodverbindungen und Additiven führt, und Abtrennen des
radioaktiven Iods von der Lösung.
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Um diese Aufgaben zu lösen, ist die vorliegende Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß in einem
Wiederaufarbeitungsverfahren für abgebrannte Brennstoffe erzeugtes Abgas gewaschen
wird, wonach die gereinigte Waschlösung allein oder mit der
Zugabe eines Additivs gefällt wird, gefolgt von
Gefriertrocknen der radioaktives Iod enthaltenden Abfallösung durch
ein Vakuum-Gefriertrocknungsverfahren und Rückgewinnen des
radioaktiven Iods als Iodverbindung. Das Waschen des Abgases
wird durch Verwendung von Natriumhydroxidlösung ausgeführt
und Kupfer- und Silberionen werden als Additiv in dem
Ausfällungsverfahren zugegeben. Ferner ist die Erfindung
gekennzeichnet durch Verfestigen und Mineralisieren der das
rückgewonnene radioaktive Iod enthaltenden Iodverbindung
durch eine Hochdruckpresse oder dergleichen, direkt oder
nach dem Einstellen der Verbindung auf eine Zusainmensetzung
eines natürlich vorkommenden iodhaltigen Minerals.
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Eine Ausführungsform der Erfindung wird nun mit Bezugnahme
auf die einzige Figur der beigefügten Abbildung beschrieben,
welche ein Flußdiagramm ist, das das Verfahren der
Rückgewinnung von radioaktivem Iod durch das
Vakuum-Gefriertrocknungsverfahren ebenso wie das Verfahren zur Lagerung
des Produkts erläutert.
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Die Figur veranschaulicht ein Beispiel des Verfahrensflusses
im Fall, daß das Iodrückgewinnungs- und Lagerungsverfahren
der Erfindung auf die Wiederaufarbeitung von abgebranntem
Kernbrennstoff angewendet wird. In der Figur ist (1) ein
Zerschneidungsschritt, (2) ein Auflösungsschritt, (3) Abgas,
(4) eine Waschlösung wie etwa eine Natriumhydroxidlösung,
(5) Schritte in dem Abgaswaschverfahren, (6) die Waschlösung
nach der Beendigung der Abgaswäsche, (7) Additive, (8) ein
Ausfällungsschritt, (9) ein Vakuum-Gefriertrocknungsschritt,
(10) ein Iodverbindungs-Rückgewinnungsschritt, (11) ein
Lagerungsschritt, (12) ein Bestandteil-Herstellungsschritt,
(13) ein Mineralisierungsschritt, (14) ein
Endlagerungsschritt, (15) ein Wasser- und
Salpetersäure-Behandlungsschritt, (16) ein Wiederverwendungsschritt, (17) ein
Beseitigungsschritt, (18) gewaschenes Abgas, (19) ein
Radioaktivitätsbindungsschritt und (20) ein Beseitigungsschritt.
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In der Figur wird abgebrannter Brennstoff in Schritt (1) in
einer Wiederaufarbeitungsanlage zerschnitten. Abgas, welches
die radioaktiven Iode ¹²&sup9;I mit langer Halbwertszeit und ¹³¹I
mit kurzer Halbwertszeit enthält, welches in dein Auf
lösungsschritt (2) erzeugt wurde, wird in dem Abgaswaschschritt (5)
durch die Waschlösung (4) wie etwa Natriumhydroxid gewaschen
und in der gereinigten Abgaswaschlösung (6) durch die
Erzeugung von radioaktiven Ioden NaI, NaIO&sub3; rückgewonnen.
Unterdessen wird das gereinigte Abgas (18), welches radioaktive
Iode enthält, die nicht in der Waschlösung (6) rückgewonnen
wurden, in die Umwelt beim Beseitigungsschritt (20)
freigesetzt, nachdem die Iode in Schritt (19) durch eine
radioaktives
Iod bindende Substanz wie Silberzeolith entfernt
worden sind.
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Die Lösung in dem Auflösungsschritt (2) wird in einem
Lösungsmittel-Extraktionsverfahren behandelt.
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Die reine Abgaswaschlösung (6), welche radioaktive Iode
enthält, durchläuft den Waschlösungs-Ausfällungsschritt (8)
durch Zugabe von Kupfer- und Silberadditiven (7) soweit
erforderlich, und radioaktive Iode werden aus der Lösung durch
Bildung von solchen Niederschlägen wie Kupferiodid oder
Silberiodid abgetrennt. Es wird darauf hingewiesen, daß diese
Behandlung weggelassen werden kann, da die Verbindung aus Na
und Iod beinahe keine Zersetzung durch eine
Niedertemperatur-Behandlung (unten) erleidet.
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Dann, wenn entweder gereinigte Waschlösung (6), die
radioaktives Iod enthält, oder Flüssigkeiten, die Niederschlag
enthalten, welcher nach dem Absetzen der Waschlösung
zurückbleibt, durch Gefriertrocknen in dem
Vakuum-Gefriertrocknungsschritt (9) behandelt werden, sublimieren Wasser
und Nitrate und werden abgetrennt und radioaktives Iod (10)
wird als Iodverbindungen (NaI, NaIO&sub3;, CuI, AgI, usw.) in
Form eines Rückstands zurückgewonnen. Unter diesen
Bedingungen wird das Gefrieren weggelassen, aber es findet keine
Verdampfung statt, da die Rückgewinnung in Form von
Iodverbindungen ausgeführt wird.
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Sofern erforderlich wird durch Zugabe von geeigneten
Verbindungen zu den rückgewonnenen Iodverbindungen, die
radioaktives Iod enthalten, entweder direkt oder nachdem sie
zeitweilig in dem Lagerungsschritt (11) gelagert worden sind,
bewirkt, daß sie die gleiche Zusammensetzung wie natürliche,
stabile iodhaltige Mineralien (z. B. Chilesalpeter,
Dictzeir, Jodyrit und Mitertit) haben. Nach der Einstellung
der Bestandteile in Schritt (12) oder ohne eine solche
Einstellung wird die Mineralisierung durch eine Hochdruckpresse
oder dergleichen im Mineralisierungsschritt (13)
durchgeführt und die Ergebnisse davon werden als Mineral in Schritt
(14) endgelagert. Die Lagerung ist somit in einem stabilen
mineralischen Zustand möglich.
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Unterdessen wird die Sublimierung im
Vakuum-Gefriertrocknungsschritt (9) durchgeführt und Wasser und
Salpetersäure, die aufgefangen und im Wasser- und
Salpetersäurebehandlungsschritt (15) rückgewonnen wurden, welche beinahe
kein radioaktives Iod enthalten, werden erneut in Schritt
(l6) verwendet oder in Schritt (17) freigesetzt.
Die folgenden Vorteile werden gemäß der vorliegenden
Erfindung erhalten.
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(i) Beim Verarbeiten von Flüssigkeiten, die radioaktive
Iode enthalten, durch ein
Vakuum-Gefriertrocknungsverfahren werden die radioaktiven Iode nicht
verdampft. Deshalb ist es möglich, die Freisetzung von
radioaktivem Iod ¹²&sup9;I in die Umwelt zu verhindern.
Aufgrund seiner langen Halbwertszeit würde eine
solche Freisetzung von radioaktivem Iod in die Umwelt
Probleme verursachen.
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(ii) Beim Behandeln von Flüssigkeiten, die radioaktive
Iode enthalten, durch Vakuum-Gefriertrocknen wird
radioaktives Iod nicht verdampft. Dies macht es
möglich, den Verbrauch von Auffangmitteln wie
Silberzeolith zu verringern, die verwendet werden, um
verdampftes radioaktives Iod aufzufangen.
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(iii) Durch individuelles Behandeln von Flüssigkeiten, die
radioaktive Iode enthalten, ohne zuzulassen, daß sie
mit Abfallflüssigkeiten vermischt werden, die frei
sind von radioaktivem Iod, welches in einem
Wiederaufarbeitungsverfahren erzeugt wurde, ist es
möglich, die Basizität jederzeit beizubehalten, so daß
sich keine Gelegenheit ergibt, die Verdampfung von
radioaktivem Iod irrtümlich zu verursachen.
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(iv) Es ist möglich, radioaktives Iod ¹²&sup9;I mit langer
Halbwertszeit sicher während eines ausgedehnten
Zeitraumes zu lagern, indem rückgewonnenes
radioaktives Iod in stabilen Mineralien für einen langen
Zeitraum eingesiegelt wird.
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Es ist möglich, die Verdampfung von radioaktivem Iod
zu verhindern und dieses durch Zugabe von
Silberionen, Kupferionen oder dergleichen zu der
Flüssigkeit, die das radioaktive Iod enthält, durch
Herbeiführung der Fällung der Verbindungen aus Additiv und
radioaktivem Iod, und durch Abtrennen des
radioaktiven Iods aus der Lösung zurückzugewinnen.