G 21 F 9/28

Transkript

1 SVERIGE [B] (11) UTLÄGGNINGSSKRIFT (19) SE (51) Internationell klass G 21 F 9/28 {44) Ansökan utlagd och utlägg Publicerings ningsskriften publicerad nummer (41) Ansökan allmänt tillgänglig (22) Patentansökan inkom PATENT-OCH (30) Prioritetsuppgifter REGISTRERINGSVERKET (32) Datum (33] Land (31) Nr Sifliorna inom parentes anger internationell idenliftonrujskod. INID-kod Bokstav mom klämmer ancj<?r interna» '»nell dokumentkod. (71)Sökande: AB ASEA-AT0M, VÄSTERfiS, SE (72)Uppfinnare: K Hannerz, VästerSs, SE och W S Fyfe, London Ontario, CA (74)0mbud: Mjörne (54)8enäraning: Sätt att anbringa en kropp innehållande radioaktivt material i berggrund för långtidsförvaring Vid den upparbetningsteknik av i kärnreaktorer använt bränsle som nu användes erhålles det högaktiva avfallet i en starkt salpetersur lösning. Se dominerande radioaktiva ämnena i avfallet under de första seklen är strontium-90 och cesiuo-l57. Avfallet innehåller bl a också mindre mängder uran och plutonium 5 samt transuraner, vilka är avsevärt mer långlivade än strontium-90 och cesium I fackkretsar är man överens om att det är en fördel att efter en lämplig svalningeperiod överföra det flytande högaktiva avfallet i fast form. Kan eftersträvar därvid en fast produkt med god kemisk resistens. Sen skall bl a vara s& stabil som möjligt mot utlakning av inneslutet radioaktivt material i 10 vatten. Bland material, som föreslagits koma till användning vid inneslutningen kan nämnas glas såsoa borosilikatglas och fosfatglas, kvarts, titandioxid, vissa zeoliter och andra i naturen förekommande mineral. Vid en känd metod att innesluta det högaktiva avfallet i glas indunstas och kalcineras avfallet samt försattes det med tillsatser som vid upphettning till C åstadkommer en glassmälta. Smältan fylls på täta stålbehållare, som överföres till en kyld och övervakad förvaringsanläggning. Kalcinering av högaktivt avfall kan utföras vid en temperatur av storleksordningen C och leder till att avfallsprodukterna överföres i oxider. Enligt en annan föreslagen metod för inneslutning blandas vid upparbetningen

2 av kärnbränslet avskilt avfall med långtidsstabila keramiska material och sintras blandningen genan isostatisk högtryckspreasning till helt täta kroppar med kristallin struktur. Enligt en ytterligare föreslagen metod inneslutas i en kärnreaktor utbrända 5 bränsleetavar direkt, dvs utan upparbetiling, i tätpresaade höghållfasta kroppar av keramiskt material med användning av isostatisk högtryckspressning. Sen föreliggande uppfinningen grundar sig på insikten att ett material, såsom t ex magnesiumoxid, med förmåga att reagera ned vatten under volymökning och under bildning av en plastiskt defonaerbar reaktionsprodukt kan utnyttjas för 10 att skydda en kropp innehållande radioaktivt material mot inverkan av vatten och därav orsakad utlakning vid långtidsförvaring av kroppen i berggrund. Enligt uppfinningen omges kroppen då den anbringas för långtidsförvaring med en r- massa av det materialet. Om masaans yttre delar p grund av sprickor i berggrunden kommer i kontakt med vatten sväller dessa delar så att ett tätt yt- 15 skikt erhålles som skyddar massans inre delar, där kroppen av radioaktivt material är belägen, mot kontakt med vatten. Bsaktionsprodukten tränger vid det föredragna utnyttjandet av uppfinningen även in i och täpper till sprickor i berggrunden, så att vattentillförseln till förvaringsutrymmet effektivt avstängas. 20 jrårmare bestämt avser den föreliggande uppfinningen ett sätt att anbringa en kropp innehållande radioaktivt material, Bärskilt i kärareaktörer förbrukat bränsle eller vid kärnbränaleupparbetning avskilt högaktivt avfall, i berggrund it* för långtidsförvaring av kroppen, kännetecknat därav, att mellan kroppen och berggrunden anordnas en massa med för vatteninträngning erforderlig porös struk- 25 tur av ett material med förmåga att reagera med vatten under volymökning och ^ under bildning av en plastiskt deformerbar reaktionsprodukt, varigenom vid vatteninträngning i massans yttre delar bildad reaktionsprodukt genom tätning av massans ytterdelar och företrädesvis även genom inträngning i eventuellt förekosnande sprickor i berggrunden kan skydda massans inre delar och där an-. 30 bringad kropp innehållande radioaktivt material frän kontakt med vatten. Kroppen innehållande radioaktivt material kan bl & bestå av en behållare innehållande en eller flera i en kärnreaktor utbrända bränslestavar, av en glassmälta av tidigare beskrivet elag innehållande högaktivt avfall eller av en av en blandning av högaktivt avfall och ett keramiskt material sintrad kropp av tidigare 55 angivet slag. Kroppen behöver inte bestå av en enda sammanhängande enhet. Sen kan också bestå av flera intill varandra anordnade separata, mindre kroppar.

3 Volymökningen hos materialet i massan omkring kroppen av radioaktivt material hör vara större än den för volymökningen tillgängliga volymen hos porerna i massan. Därigenom säkerställes bildning av ett tätt yttre skikt, som hindrar vidare inträngning av vatten till massans inre delar. I vissa fall kan det vara svårt att få massan att effektivt anligga mot bergväggen. I sådana fall bör volymökningen hos materialet vara avsevärt större än volymen hos porerna i massan så att reaktionsprodukten av materialet och inträngt vatten även kan utfylla hålrum mellan massan och bergväggen och tränga in i sprickor i bergväggen. För att åstadkomma en volymökning hos materialet som är stor i förhållande till volymen hos porerna i massan och eventuellt förekommande hålrum mellan massan och bergväggar bör massan vara så tät som möjligt, helst ha en täthet av minst 60 $ av den teoretiska men ändå medge vatteninträngning. För att en tillfredsställande vatteninträngning skall erhållas bör massan ha en porös struktur med sammanhängande porositet. Massan kan t ex med fördel bestå av förformade kroppar såsom av tegelstensform, av en enda prefabricerad kallpressad tjockväggig behållare med ett eller flera utrymmen där kroppen eller kropparna av radioaktivt material kan anbringas. Massan kan vidare, appliceras på platsen som ett löst pulver och ges tillräcklig täthet där bl a med hjälp av vibreringsanordningar. Det,kan i vissa fall vara lämpligt att innesluta massan med kroppen innehållande radioaktivt material i en behållare av t ex stål innan aggregat anordnas i bergutrymmet. Om behållaren skulle bli otät på grund av korrosion och vatten som följd därav skulle tränga in till massan sväller därvid materialet i massan i området för inträneningen och ger tätninc där, så att innanför belägna de-- lar av massan skyddas. Aven i detta fall kan sprickor i bergväggen täppas till genom att materialet i massan efter reaktion med vatten tränger ut genom otätheter i behållaren och in_i sprickor i bergväggen. < Som ett exempel på lämpligt material med förmåga att reagera med vatten under volymökning och under bildning av en plastiskt deformerbar reaktionsprodukt kan i första hand nämnas magnesiumoxid. Magnesiumoxiden bildar vid reaktion med vatten magneeiumhydroxid under en volymökning av omkring 120 % Dessutom bildar magnesiumhydroxiden med kiselsyrahaltigt vatten under ytterligare volym» ökning vattenolösliga silikater i form av serpentin och talk. Denna reaktion hos magnesiumhdroxiden medför en förhöjd skyddseffekt. Som exempel på andra lämpliga material för massan kan nämnas mineral innehållande magnesiumsilikatezna olivin och enstatit, som under vattenupptagning och volymökning kan övergå i serpentin och talk, vidare olivin som under vattenupptagning och volymökning kan övergå i en blandning av serpentin och brucit, vidare aluminiumoxid som under vattenupptagning och volymökning kan övergå i olösliga hydroxider såsom diaspor, böhmit ooh gibbsit och vidare anhydrit, som under

4 ' vattenupptagning och volymökning kan övergå i gips. Se exemplifierade ämnena kan användas var för sig eller två eller flera i blandning. Volymökningen hos de exemplifierade materialen ligger i samtliga fall över 35 Set är önskvärt att volymökningen vid tillämpning av den föreliggande uppfinningen ligger vid 5 minst 25 % Kassan anbringas omkring kroppen med sadloakt ivt material lämpligen i en godstjocklek av minst 1 dm och företrädesvis i en godatjooklek av flera dm. Uppfinningen Skall förklaras närmare genom beskrivning av ett utföringaexesnpel under hänvisning till bifogade ritning, som i snitt tvärsigenom massan achema- <~10 tiskt illustrerar anbringande av en kropp Innehållande radioaktivt material.! ett bergutrymme. Bergutrymmet har i det exemplifierade fallet ett väsentligen kvadratiskt tvärsnitt med sidoväggarna 1 och 2, bottenväggen 3, takväggen 4, och en icke synlig bakvägg. Kroppen innehållande radioaktivt material består av en cylindrisk stål- 15 behållare 5 med i en kärnreaktor utbrända bränslestavar 6. Materialet ned förmåga att undergå volymökning vid vattenupptagning består av oagnesiumoxid i form av sintrade stenar 7 med en magnesiumoxidhalt av 99 viktsprocent och med en täthet av 80 it av den för magnftsiuaoxid teoretiska. Stenar av denna typ användes ofta söm basisk ugnsinfodring i ugnar. Stenarna 7 är staplade tätpackat intill 20 varandra och intill bergväggarna och behållaren 5 i hela utrymmet. Någon utfyllnad mellan stenarna erfordras inte, men om så önskas kan en tjock gröt av magnesiumoxid och vatten anbringas mellan dem och i eventuella utxynmen där fullständig utfyllnad ej kan åstadkommas med stenarna. I t ex ojämnheterna B och 9 i bergväggen 1 kan det vara lämpligt att anbringa gröt av magnesiumoxid. Gods- 25 tjockleken hos magnesiumoxiden mellan bergväggar och kroppen 5 uppgår överallt till minst 1 m. Utrymmet kan på framsidan tillslutas med kilfozmade block av it granit som bygges upp till en framvägg ned god anliggnlng hos mot varandra vända ytor av blocken. I eventuella hålrum omkring och i en sådan vägg kan näranda gröt av magnesiumoxid anbringas. Vid bildning av sprickor 10 och 11 i bergväg. 30 garna kan vatten tränga in till de yttre delarna av den av magnesiumoxldatnnarna bestående massan omkring kroppen med radioaktivt material. Ha&ieBiumoxiden reagerar" därvid med vattnet under bildning av magnesiumhydroxid. Hagnesiumhydroxiden tätar därvid på grund av volymökningen till det område där vatteninträngning förekommit, så att massans inre delar förblir helt torra. Dessutom tränger aag- 35 nesiumhydroxiden. in i sprickorna 10 och 11 så att dessa täppas till. Vid kontakt med kiselsyrahaltigt vatten, som utifrån kan tillföras sprickorna reagerar det yttre skiktet av magnesiumhydroxiden i sprickonia med sådant vatten under bildning av olösliga magnesiumoilikat såsom serpentin och talk. Bildningen av de olösliga ailikateraa medför en förhöjd skyddsverkan.

5 PATENTgRA.7 1. Sätt att anbringa en kropp Innehållande radioaktivt material, särskilt i kärare aktörer förbrakat bränale eller vid kärnbränsleupparbetning avskilt högaktivt avfall, i berggrund för långtidsförvaring av kroppen, känne- tecknat därav, att mellan kroppen och berggrunden anordnas en massa med för vattenlatrttngn t ng erforderlig porös struktur av att material med förmåga att reagera med vatten under volymökning och under bildning av en plastiskt deformerbar reaktionsprodukt, varigenom vid vatteninträngning i massans yttre delar bildad reaktionsprodukt genom tätning av massans yttre delar och företrädesvis även genom inträngling i eventuellt förekommande sprickor i berggrunden kan skydda massans Inre delar ooh där anbringad kropp innehållande radioaktivt material från kontakt ned vatten. 2. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialets volymökning vid reaktion med vatten Sx större äa den för volymökningen tillgängliga volymen hos porerna i massan. 3. Sätt enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat därav, att materialet åtminstone till huvudsaklig del består av magnesiumoxid. ANFÖRDA PUBLIKATIONER:

6