DE3817712C2 - Einrichtung zum Gießen von geschmolzenem radioaktiven Glas in einen Behälter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Gießen von geschmolzenem radioaktiven Glas in einen Behälter.

Kernbrennstoff wird aufbereitet, um Uran, Plutonium und die Spaltprodukte zu trennen, die in Brennelementen vorhanden sind, die sich eine Zeit lang in einem Reaktor befunden haben.

Ein als "Verglasung" bekanntes Verfahren ist ent­ wickelt worden, um eine bestimmte Anzahl radio­ aktiver Elemente (und insbesondere Spaltprodukte) innerhalb einer Glasmatrix einzuschließen.

Eine Glasfritte und Calcinate von Spaltprodukten werden gleichzeitig in einem Schmelztiegel eines Induktionsofens geschmolzen, um ein Glas zu er­ halten. Dieses Glas wird dann in einen Edelstahl­ behälter gegossen.

Dieses Verfahren ist vorgeschrieben, da es er­ möglicht, daß hochaktive Produkte über lange Zeiträume mit sehr hoher Sicherheit gelagert werden können.

Dieser ganze Verfahrensablauf wurde in großem Umfange verwendet, beschrieben und vorgeführt, insbesondere im Marcoule-Kernkraftzentrum (Ver­ glasungswerkstätten).

Im allgemeinen enthält die Einrichtung zwei Höhenlagen (Niveaus), die durch eine Platte ge­ trennt sind. Die obere Höhenlage enthält den Schmelztiegel in einem Ofen und die untere Höhen­ lage enthält den Behälter, der vertikal unterhalb eines Gießloches vom Schmelztiegel angeordnet ist. Eine Öffnung durch die Platte ermöglicht das Gießen.

Es ergeben sich folgende Probleme:

• - das geschmolzene Glas muß streng eingegrenzt sein, so daß keine Ausbreitung von Radioaktivi­ tät, insbesondere während des Gießens, auftritt;
• - Gase, Staub und Partikel, die abgegeben werden können, müssen sämtlich gesammelt werden; und
• - der Behälter muß die Möglichkeit haben, sich unter der Wirkung der ansteigenden Temperatur auszudehnen (ansteigende Temperatur zwischen dem leeren Behälter und dem mit sehr heißem Glas ge­ füllten Behälter).

Das erste Problem ist es ferner, zu vermeiden, daß irgendeine Verunreinigung (Verseuchung) nach außerhalb des Behälters gelangt.

Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1 befaßt sich die vorliegende Erfindung prinzipiell mit einer Einrichtung, die es ermöglicht, Glas in einen Behälter zu gießen, wobei gleichzeitig die drei oben genannten Probleme gelöst werden. Diese Probleme werden - entsprechend dem Kennzeichen des Anspruches 1 - durch eine Einrichtung gelöst, die eine statische (Material-) Dichtung zwischen den verschiedenen Teilen der Einrichtung enthält und die, wenn eine solche statische Dichtung nicht möglich ist, eine dynamische Begrenzung mittels eines Luftstromes (oder anderen Gasstromes) um das ge­ schmolzene Glas herum enthält, während es gegossen wird.

Ein anderes Kennzeichen der Erfindung besteht darin, daß aufgrund dieser dynamischen Begrenzung kein Kontakt zwischen dem oberen Ende des Behälters und dem Gießloch vorhanden ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung sei nachfol­ gend anhand eines Beispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Hierin zeigen

Fig. 1 einen Vertikalschnitt entlang der Gießachse der ganzen Ein­ richtung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch ein verformbares Führungsrohr, das - im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 3 (in der festgeklemmten Position) - in seiner ausgezoge­ nen Position gezeigt ist;

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch das verformbare Rohr in seiner zu­ sammengeschobenen Position (ein­ geklemmten Position);

Fig. 4 eine Halbansicht des Bodens vom verformbaren Führungsrohr;

Fig. 5 eine zugehörige Seitenansicht des verformbaren Führungsrohres (wobei Fig. 4 und 5 die Gelenk­ verbindung zeigt);

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch ein bewegliches Rohr;

Fig. 7 einen Vertikalschnitt zur Dar­ stellung des Systems für eine Verlagerung einer beweglichen Kuppel.

Die erfindungsgemäße Einrichtung dient dazu, geschmolzenes Glas zwischen zwei übereinander an­ geordneten Zellen zu überführen, die durch eine Betonplatte voneinander getrennt sind. Die obere oder Schmelzzelle 1 enthält einen Schmelztiegel 2, während die untere oder Gießzelle 3 einen Behälter 4 enthält, in den geschmolzenes radioaktives Glas aus dem Schmelztiegel von der einen Zelle in die andere durch die horizontale Betonplatte 5 mit der Öffnung 6 gegossen werden soll. Der Schmelz­ tiegel 2, die Öffnung 6 und der Behälter 4 sind um eine vertikale Achse 7, die als Gießachse be­ zeichnet wird, zusammengeordnet.

Das radioaktive Glas ist in einem flüssigen Zu­ stand im Schmelztiegel 2, und es wird in diesem Schmelztiegel durch einen Stopfen aus festem Glas gehalten, der die Mündung 8 dieses Schmelztiegels verschließt. Ein Induktor 9 ist um diese Mündung herum angeordnet und dient dazu, im gewünschten Moment das den Stopfen bildende feste Glas zu erweichen, damit das im Schmelztiegel enthaltene geschmolzene Glas durch die genannte Mündung herausfließen kann. Der Induktor 9 ist über - nicht gezeigte - Anschlußverbindungen mit einer Quelle geeigneter Energie (z. B. elektrischer Energie) verbunden, wodurch dieser Induktor und das feste Glas erhitzt werden können.

Eine Isoliermatte 10 isoliert den Schmelztiegel von der Betonplatte 5.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist unterhalb der Betonplatte um die dadurch vorgesehene Öffnung 6 angeordnet, und sie wird durch folgende in Abwärtsrichtung aufeinanderfolgende Merkmale gebildet:

• - ein verformbares Führungsrohr 11,
• - ein bewegliches Rohr 12 und
• - eine bewegliche Kuppel (Gewölbe) 13.

Diese verschiedenen Bestandteile der erfindungs­ gemäßen Einrichtung werden unten in größerem Detail beschrieben.

Das verformbare Führungsrohr ist insbesondere in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht.

Dieses verformbare Führungsrohr wird durch zwei ineinander eindringende Gehäuse gebildet, die ineinander gleitbeweglich sind, wobei das untere Gehäuse in das obere Gehäuse eindringt.

Sowohl das obere Gehäuse 14 als auch das untere Gehäuse 15 werden durch eine Innenwand 20 bzw. 21, durch eine Endwand 18 bzw. 19 und eine Außen­ wand 16 bzw. 17 gebildet, die beispielsweise in Form eines vertikalachsigen Zylinders sein können.

Die Innenwände 20 und 21 sind kegelstumpfförmig, wobei beide Gehäuse vorzugsweise denselben Öff­ nungswinkel besitzen und der Scheitelpunkt (Schnitt­ punkt) sich unterhalb des verformbaren Führungs­ rohres befindet.

Beide Gehäuse sind offen: das obere Gehäuse weist mit seiner Öffnung nach unten, und das untere Ge­ häuse weist mit seiner Öffnung aufwärts.

Wie oben erwähnt worden ist, sind die Größen und Anordnungen dieser Gehäuse derart, daß sie ineinander eindringen können.

Die Endwand 18 des oberen Gehäuses ist an der Unterseite der Betonplatte befestigt.

Die Endwand 19 des unteren Gehäuses besitzt eine Unterseite (Bodenseite) 22 in Form eines Teiles einer Kugel.

Die beiden Gehäuse sind durch einen Metallbalg 23 miteinander verbunden, der an die gegenüberliegen­ den Endwände dieser Gehäuse angeschweißt ist.

Eine Gelenkverbindung enthält Stangen 24, 25 und 26 (vgl. Fig. 4 und 5), die dazu dienen, die Ge­ häuse gegeneinander zu bewegen. Durch Ziehen an der Stange 26 (Pfeil 27) werden die Stangen 24 und 25 aufeinander zubewegt, wodurch sich die Höhe (Pfeil 28) des verformbaren Führungsrohres entlang der Achse 7-7 verringert und wodurch gleichzeitig der Metallbalg zusammengepreßt wird. Die Stange 24 ist durch eine Ankerschraube 29 befestigt. Die Stange 25 ist an der äußeren zylindrischen Wand des unteren Gehäuses um einen Zapfen 30 befestigt. Alle drei Stangen sind mit­ einander durch einen Zapfen 31 verbunden.

Es ist nur eine Gelenkverbindung veranschaulicht; es ist aber notwendig, wenigstens zwei Gelenk­ verbindungen zu verwenden, um zu verhindern, daß die beiden Teile des Führungsrohres relativ zu­ einander gekippt werden. Es wird vorgezogen, vier Gelenkverbindungen zu verwenden. Die beiden zy­ lindrischen, vertikalen Außenwände der Gehäuse bewegen sich relativ zueinander, ohne daß sie miteinander in Berührung kommen, und sie schützen den Balg gegenüber Risiken äußerer Stöße.

Das bewegliche Rohr ist in Fig. 6 ver­ anschaulicht.

Diese bewegliche Rohr wird gebildet durch einen geschlossenen Raum 32, der im wesentlichen durch eine Außenwand 35, eine obere Wand 34 und eine Innenwand 33 in Form eines Zylinders gebildet ist, dessen Durchmesser vorzugsweise derselbe ist wie der kleinste Durchmesser der Kegelstümpfe, die die Innenwände der Gehäuse 14 und 15 bilden. Die Innenwand 33 des geschlossenen Raumes erstreckt sich nach unten, so daß sie in der Lage ist, in den Hals des Behälters 4 einzudringen. Die Außen­ seite 36 der oberen Wand 34 des Raumes 32 ist in Form einer kegelstumpfförmigen Oberfläche, die sich ringförmig symmetrisch um die Gießachse erstreckt, so daß sie durch ein Zusammenwirken mit der sphärischen Unterseite 22 des Gehäuses 15 eine Dichtung zwischen diesem Gehäuse 15 und dem be­ weglichen Rohr 12 schafft.

Die Außenwand 35 des Raumes 32 trägt ein Rohr 37, das über einen Filter mit einem Absaugsystem (nicht dargestellt) verbunden ist. Diese Filter- und Absaugsystem dient dazu, den Druck innerhalb des Raumes 32 zu reduzieren.

Die Innenwand 33 des Raumes 32 enthält eine Viel­ zahl von Löchern 38. Unter der Wirkung des Absaug­ systemes dienen diese Löcher dazu, einen Luft- oder Gasstrom aus dem Volumen innerhalb der Innen­ wand 33 und innerhalb des Raumes 32 herzustellen bzw. eine Zirkulation zwischen diesen Räumen herzustellen.

Vorzugsweise ist ein Inspektionsrohr 39 vorge­ sehen, das durch die Außenwand 35 und die Innen­ wand 33 des gehäuseartigen, geschlossenen Raumes 32 hindurchgeht und es mit Hilfe einer geeigneten, herkömmlichen optischen Einrichtung ermöglicht, das Gießen des Glases zu beobachten. Das In­ spektionsrohr 39 kann mit Hilfe einer Glasplatte 40 verschlossen sein, die transparent und vorzugs­ weise aus einem Ceriumglas hergestellt ist, das in der Lage ist, der vom radioaktiven Glas aus­ gehenden Strahlung zu widerstehen.

Dieses bewegliche Rohr wird vorteilhafterweise durch Verwendung einer beweglichen Kuppel 13, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, an seinen Platz gebracht und dort gehalten.

Diese bewegliche Kuppel wird im wesentlichen ge­ bildet durch zwei übereinander angeordnete Ring­ kammern 41 und 42.

Die Ringkammer 41 ist dazu bestimmt, eine Wasser­ strömung aufzunehmen, um diese Kuppel zu kühlen.

Die Ringkammer 42 besitzt in ihrer Frontseite (d. h. in ihrer Seite, die am nächsten an der Gießachse liegt) Öffnungen 43. Sie enthält außer­ dem ein Rohr 44, das es ermöglicht, Luft in diese Kammer einzublasen.

Die bewegliche Kuppel kann für den Zweck ver­ lagert werden, sie an ihren Platz zu bewegen oder sie von dort wegzubewegen, und zwar mit Hilfe einer Einrichtung, die Räder 45 enthält, welche auf Schienen 46 laufen, die unter der Betonplatte 5 befestigt sind.

Die Installation der verschiedenen Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung und die Betriebs­ weise dieser Einrichtung werden nachfolgend kurz beschrieben.

Es sei angenommen, daß der ganze obere Teil der Einrichtung, nämlich der Schmelztiegel 2, die Isoliermatte 10 und der Induktor 9, sich an seinem Platz befindet und daß das verformbare Führungsrohr 11 unter der Betonplatte 5 befestigt worden ist.

Durch Betätigung der beschriebenen Gelenkverbin­ dung (24, 25, 26, 27) wird dieses verformbare Führungsrohr in seine Position mit der geringsten Höhe - gemäß Fig. 3 - gebracht. Dann wird die be­ wegliche Kuppel 13, die das bewegliche Rohr 12 trägt, an ihren Platz unterhalb des verformbaren Führungsrohres 11 gefahren, und durch Betätigung der genannten Gelenkverbindung wird das verform­ bare Führungsrohr in seine Position mit der maxi­ malen Höhe eingestellt, d. h. die äußere Unterseite 22 dieses Führungsrohres wird in Dichtungskontakt mit der oberen Außenseite des beweglichen Rohres gebracht.

Der Behälter 4 wird dann auf einem Wagen oder der­ gleichen an seinen Platz gefahren und mit Hilfe einer Hubvorrichtung auf dem Wagen in seine Posi­ tion bewegt. Wenn er sich in seiner Position be­ findet, dann umgibt der Hals 47 dieses Behälters den sich nach unten erstreckenden Zylinder, der durch die Innenwand 33 des Raumes 32 gebildet ist.

Es kann festgestellt werden, daß aufgrund der Iso­ liermatte und aufgrund der Anordnungen, die für das verformbare Führungsrohr und das bewegliche Rohr verwendet werden, eine vollkommene Abdichtung zwischen dem Schmelztiegel und dem Boden (Unter­ seite) des beweglichen Rohres geschaffen ist.

Weiterhin wird aufgrund des an den Raum 32 ange­ schlossenen Absaugsystems und des Lufteinlaßrohres 44, das an die Ringkammer 42 der beweglichen Kuppel angeschlossen ist, eine Gas- oder Luft­ strömung bzw. -zirkulation in dem Volumen er­ richtet, das sich innerhalb der Innenwand 33 be­ findet.

Claims (3)

1. Einrichtung zum Gießen von geschmolzenem radio­ aktiven Glas aus einem Schmelztiegel (2), der sich innerhalb einer oberen Zelle (1) befindet, in einen Behälter (4), der sich unterhalb dieses Schmelztiegels in einer unteren Zelle (3) befindet, wobei das radioaktive Glas verti­ kal nach unten entlang einer Gießachse durch eine Öffnung fließt, die in einer Betonplatte (5) vorgesehen ist, die die beiden Zellen von­ einander trennt,
gekennzeichnet durch die nach unten aufeinan­ der folgenden Teile:

• - ein verformbares Führungsrohr (11) ist durch zwei gleitbeweglich ineinander angeordnete Gehäuse (14, 15) gebildet, deren Innenwände (20, 21) eine kegelstumpfförmige Form be­ sitzen, deren Scheitelpunkt sich unterhalb dieses Führungsrohres befindet, wobei das obere Gehäuse (14) unterhalb der Betonplatte befestigt ist, das untere Gehäuse (15) eine Kugelkalottenform aufweist und beide Gehäuse durch einen Metallbalg (23) miteinander ver­ bunden sind; und
• - ein bewegliches Rohr (12) ist durch einen gehäuseartigen,geschlossenen Raum (32) ge­ bildet, dessen Innenwand sich so weit nach unten erstreckt, daß sie in den Hals des Behälters (4) eintreten kann, und dessen obere Außenseite (36) in Form einer kegel­ stumpfförmigen Oberfläche ausgebildet ist, die in der Lage ist, mit der kugelkalotten­ förmigen Unterseite (22) des unteren Gehäuses (15) zusammenzuwirken, wobei die Innenwand des Raumes von Löchern (38) perforiert ist und wobei die Außenseite des Raumes ein Anschlußrohr (37) enthält, das mit einem Absaugsystem verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das bewegliche Rohr (12) von einer beweglichen Kuppel (13) getragen wird, die im wesentlichen durch zwei übereinander angeordnete Ringkammern (41, 42) gebildet ist, wobei eine dieser Kammern für die Aufnahme von Kühlwasser bestimmt und die andere Kammer in ihrer Frontseite mit Löchern (43) versehen ist sowie ein Rohr (44) für die Zuführung von Luft aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Raum (32) des beweglichen Rohres (12) ein Inspektionsrohr (39) enthält, das es ermöglicht, das Gießen des Glases im Raum innerhalb des beweglichen Rohres zu beobachten.