專利名稱:用于廢棄物儲存的封裝箱的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種廢棄物儲存箱，其是適合于超長安全終極處理，具有一濕氣無法滲透、抗腐蝕石墨母體以及至少一廢棄物隔室，其乃是被嵌入至基體之中。再者，本發(fā)明特別是有關(guān)于一種制造廢棄物儲存箱的方法。
背景技術(shù)：
會發(fā)出放射性輻射線的廢棄物含有分裂及衰變產(chǎn)物。本發(fā)明是特別適合于具有高程度放射性廢棄物(亦即所謂的高程度廢棄物(High Level Waste7HLff))的終極處理。此種廢棄物是累積了廢核燃料組件的再處理。此外，未被再處理的廢核燃料組件是被分類為高程度廢棄物(HLW)。
光是在歐洲，目前約有8000立方米的高程度廢棄物(HLW)，來自于在中間儲存設 施中的再處理工廠。每一年，約有280立方米的高程度廢棄物被增加。對于此種高程度廢棄物(HLW)的所有目前可得的材料與程序到目前為止并不適合于終極的處置。
來自于一輕水反應爐的廢核燃料組件的再處理是每一年累積。在核燃料再處理之后，廢棄物是以一液體的形式存在，并且經(jīng)常是通過鍛燒而被轉(zhuǎn)換成一固體形式。不幸的是，衰變熱量及單一放射性核素的半衰期是以數(shù)十進制而彼此不同。
對于高程度廢棄物(HLW)的調(diào)理與儲存，一系列的方法已被發(fā)展去符合一終極處置地點的要件。
為了確保高程度廢棄物(HLW)的安全超長終極處置，關(guān)于容器的腐蝕抵抗能力是高度需求于封裝箱的上，如此一來，由幅(radiolysis)所引起的濕氣穿透以及導致的腐蝕能被大幅地排除，盡管有放射性輻射與高于100° C的溫度。再者，通過擴散程序的放射性核素的流動性是被要求盡可能的低。
目前，用于制造含有HLW的玻璃塊的方法是最被發(fā)展。出現(xiàn)于再處理設施的高程度廢棄物(HLW)是較佳地被熔化于高硼硅玻璃之中，以及所產(chǎn)生的玻璃塊是被引入至不銹鋼容器之中，并且因此代表著廢棄物封裝箱。
HLW塊的玻璃化是已經(jīng)以生產(chǎn)規(guī)模被實現(xiàn)。對此，在法國的生產(chǎn)設施是被建立，而從1970年運作至今。
外鋼容器是對于物理放射性核種的腐蝕保護層以及擴散阻礙物。容器的腐蝕抵抗力特別是取決于容器的形式，濕氣帽(moisture hat)是存在的，以及關(guān)聯(lián)的幅(radiolysis)是處于超過100° C的溫度。
由一外金屬容器圍繞的所有含HLW零件的缺點是金屬容器的有限的腐蝕抵抗力。此是由于到目前為止可用于制造容器的金屬材料具有至多大約10，000年的腐蝕抵抗力的一預期的最大值。因此，超過此時期的放射性廢棄物的一安全冢無法被保證。此外，來自于已知封裝箱的衰變熱是被低熱傳導率所阻礙。
包含小HLW粒子的涂布的方法并不是成功的。此是由于加重的生產(chǎn)狀況在熱巢室運作過程中于燒結(jié)廢物粒子的涂布之中于紊亂流化床工廠中與對于運載氣體(高至20m3/小時)的一高需求有關(guān)，由困難與費力的粒子調(diào)節(jié)所跟隨。一進一步的原因是運載氣體的
昂貴的處置。
在德國，其是欲埋葬裝載有HLW的封裝箱于鹽巖鉆孔或洞穴之中，并且是欲在以鹽材料或鹽凝結(jié)物的埋葬后密封相同的封裝箱。然而，在此種概念上的一同意協(xié)議至今未被發(fā)現(xiàn)。再一次地，在德國的潛在處置地點的一評估是自從2002年被施行。
根據(jù)習知技術(shù)的鋼容器具有避免鋼容器腐蝕的功能以及防止來自于含HLW零件(例如，玻璃塊)的物理放射性核種的擴散的功能。
由于外鋼容器的腐蝕抵抗力是被限制于至多10，000年，超過此時期的物理放射性核種的一安全包含無法被保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基本上采用如下所詳述的特征以為了要解決上述的問題。
因此，本發(fā)明的目的是要提供用于廢棄物儲存的封裝箱，其可允許此種廢棄物的一安全超長終極的處置以及能被符合成本效益地制造。
此目的是由申請專利范圍的議題所解決。
根據(jù)本發(fā)明的封裝箱包括一母體以及嵌入至該母體中的多個廢棄物隔間。所述多個廢棄物隔間較佳地包括含有廢棄物的復合壓擠的組件(例如，桿)，其是由一金屬殼所無縫圍繞。因此，所述多個廢棄物隔間較佳地具有位于一金屬殼中的多個廢棄物產(chǎn)品。所述多個廢棄物產(chǎn)品能以一捆扎物被混合，其較佳地是玻璃。該母體包括石墨及玻璃做為無機捆扎物。
廢棄物產(chǎn)品能較佳地被選自于廢核燃料組件。
在此說明書中使用術(shù)語“廢棄物產(chǎn)品”意味著廢棄物經(jīng)常是數(shù)個產(chǎn)品的一混合物。根據(jù)本發(fā)明，該術(shù)語亦涵蓋了由一單一組件所構(gòu)成的產(chǎn)品。
封裝箱是由一反逆形態(tài)(反逆設計)所賦予特征。對比于已知的封裝箱，根據(jù)本發(fā)明的廢棄物封裝箱的多個廢棄物隔間是嵌入至一抗腐蝕、濕氣無法滲透的玻璃石墨母體(impermeable Graphite-Glass-Matrix, IGG-Matrix)之中。在這方面，重要的是，夕卜鋼容器的功能是通過多個廢棄物產(chǎn)品的金屬殼所變換至內(nèi)封裝區(qū)域之中，因此為“反逆設計”。
防止物理放射性核種的腐蝕及擴散的必要條件彼此分開于根據(jù)本發(fā)明的封裝箱之中。IGG-Matrix較佳地是無氣孔的以及具有一高密度，其是接近理論密度，并且因此是濕氣無法滲透以及抗腐蝕的。內(nèi)金屬殼作用如同一擴散阻礙物。
由于在一方面IGG-Matrix的高腐蝕抵抗力以及在另一方面于封裝箱的內(nèi)部區(qū)域中的嵌入廢棄物的完整無缺的金屬殼，從封裝箱進入生物圈中的物理放射性核種的任何釋放是被防止于一超長的時間(超過I百萬年)。
根據(jù)本發(fā)明，具有玻璃做為無機捆扎物的一無法滲透與抗腐蝕的石墨母體已被發(fā)展用于廢棄物的整合。
石墨是一種材料，其已知具有一高腐蝕抵抗力以及抗輻射的穩(wěn)定度。天然石墨可以不改變的形式存在數(shù)百萬年已經(jīng)被確認了。
在母體中的石墨部分較佳地總計占60%至90%的重量。較佳地，石墨是天然石墨或合成石墨或兩者的混合物。更佳地，根據(jù)本發(fā)明的在母體材料中的石墨部分包括占60%至100%重量的天然石墨以及占0%至40%重量的合成石墨。合成石墨亦能被指涉為是石墨化的石墨粉末。
天然石墨的優(yōu)點是在于定價好、石墨顆粒無納米裂隙以及能通過施加適當?shù)膲毫σ詭捉碚撁芏缺粔嚎s成塑造體。
根據(jù)本發(fā)明，被使用做為捆扎物的玻璃較佳地是高硼硅玻璃。高硼硅玻璃的優(yōu)點是良好的腐蝕穩(wěn)定性。高硼硅玻璃是具有高化學與溫度抵抗力的玻璃。舉例來說，對于水及許多化學藥品的良好的化學抵抗力能通過玻璃的硼含量來被說明。高硼硅玻璃對抗溫度的突然波動的溫度抵抗性及不敏感性是大約3. SxlO-6K-1的熱膨脹的低系數(shù)的結(jié)果。舉例來說，普遍的高硼硅玻璃是Duranκ、1)>.丨 V、llmabon1、':、Simax1、':、SoIkIexiIiuiIxKs再者，根據(jù)本發(fā)明的捆扎物具有在熱處理過程中不會形成氣體裂隙的優(yōu)點。此意味著根據(jù)本發(fā)明的無機捆扎物不是反應過程的部分，以及因此沒有氣孔會被形成。被使用的無機捆扎物具有封閉可能形成的氣孔的優(yōu)點，其導致所述的高密度、濕氣無法滲透性以及卓越的腐蝕抵抗性。較佳地，無機捆扎物是被使用于母體中占高達40%的重量。更佳地，無機捆扎物是在母體中占10%至30%的重量。最佳地是，無機捆扎物是在母體中占15%至25%的重量。
如此的一種母體是適合去做為用于一超長時間架構(gòu)的一腐蝕障礙物。結(jié)合于根據(jù)本發(fā)明的廢棄物隔間的構(gòu)造，封裝箱的卓越特性可以被獲得。特別的是，母體本質(zhì)上是無氣孔的，并且具有大于理論密度的99%的一密度。重要的是，石墨本體具有一高密度以防止?jié)駳膺M入至封裝箱之中。此是通過材料的選用以及制造方法而被確保。
物理放射性核種的衰變熱的散熱是通過以金屬裝進的形式至IGG-Matrix中的廢棄物產(chǎn)品的實施例來被顯著地改善，其是由于IGG-Matrix的高熱傳導性。
基本上，廢棄物產(chǎn)品能具有任何形狀。廢棄物產(chǎn)品較佳地是圓筒狀的形狀，以達成封裝箱體積的良好利用。倘若廢棄物封裝箱具有一六角形棱柱的較佳形式，則此是最好的。封裝箱較佳地具有400至600_的扳手尺寸以及800至1200_的高度。
210廢棄物隔間以桿的形式能以一三角形8-系列設計于如此一六角形棱柱中被配置，其一部分(5%至10%)能以吸收物桿被覆蓋，用于中子吸收。B4C能被使用做為吸收物材料。
IGG-Matrix能通過混合粉末形式的原料而被制造。壓粉末較佳地是通過混合石墨粉末與玻璃粉末而被制造。壓粉末可以含有占總量數(shù)個百分比的輔助藥劑。舉例來說，輔助壓材料可以包括有酒精。
石墨粉末較佳地是被使用以小于30 μ m的顆粒直徑。剩余的成分較佳地是近乎石墨粉末的相同顆粒尺寸。
較佳地，顆粒是從壓粉末所制造。對于制造一顆粒，原料，特別是石墨粉末及玻璃粉末，是被混合在一起，被壓緊以及隨后被壓碎及篩選去形成具有小于3. 14_與大于
O.31mm的一顆粒尺寸。
來自于顆粒，易于處理以及具有凹處用于接收金屬包裝廢棄物的一基體是被預先壓擠。舉例來說，預先壓擠是被施行于具有三個液壓裝置的一四柱壓擠機之中。壓鋼模是分離于壓擠機的下軛鐵，并且是通過一中心擋物所單獨定位。
對于制造凹處而言，成型由兩部分所構(gòu)成的桿是被使用。[0039]具有一較大直徑的桿的一構(gòu)成部分是位于一較細的運載桿的上。
最初，一下沖頭是向上移動，如此一來，所需的填充空間是被獲得于鋼模的上邊緣。一預先給藥的顆粒部是均勻地注入，如此一來，相同的填充空間至鋼模的上邊緣是被獲得。此程序是被重復，直到緊密磚狀物的所需長度是被獲得。由于推進所需的壓力總是低于加壓的壓力，制造全長度的預先壓擠的基體是可能的。此是一重要的必要條件去避免在最終壓擠過程中的廢棄物隔間的任何彎曲。
根據(jù)本發(fā)明，一顆粒形成以及基體的預先壓擠的兩個制程步驟是被施行于熱巢室的外(遠程運作)。
含有廢棄物的HLW復合壓擠廢棄物隔間的制造是被施行于熱巢室之中。因此，金屬殼(較佳地含有銅)是被載以放射性廢棄物以及做為捆扎物的玻璃的一較佳地同質(zhì)的混合物。在密封殼之后，它們是被加熱于一擠壓機之中，并且是被擠壓形成復合壓擠廢棄物隔間。
如此一種修正的程序亦是適合于具有廢棄及未預先處理的核燃料組件的廢棄物封裝箱的制造，此核燃料組件舉例來說具有LWR及SWR (輕水反應器及重水反應器)。
由于LWR的桿具有高至4800mm的長度，故其是先被引入至銅管之中，然后被成型成螺旋形體，以及隨后被嵌入至石墨-玻璃-母體之中。
再者，修正的程序亦是適合于照射石墨的安全的終極處置，此照射石墨是被來自于石墨節(jié)制核能電廠(例如，來自英國的Magnox或AGR、來自法國的UNGG以及來自俄羅斯的RBMK)的放射性同位素污染。
根據(jù)本發(fā)明的廢棄物封裝箱是被塑造于Dragon-18-Pin-BE-設計的上,用于高溫反應器。封裝箱較佳地是一六角形棱柱，其具有500mm的扳手尺寸以及IOOOmm的高度。為了減少對于廢棄物封裝箱的最終熱壓擠的溫度，以及因此能夠使用由傳統(tǒng)鋼鐵所制成的器具以及能夠縮短壓擠循環(huán)(加熱與冷卻)，一低熔化高硼硅玻璃是較佳地被使用做為一捆扎物及一鋁鎂合金，特別是AlMgl，是較佳地代替銅被使用于金屬殼(圓筒)。由于衰變熱相較于高程度放射性廢棄物是可以忽略地低，故對于載有照射石墨(IG)的圓筒的凹處的直徑是被增加至80mm。如上所述,大約120kg的照射石墨能被嵌入至所建議的廢棄物封裝箱之中。
本發(fā)明包括制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其包括下列步驟填充多個廢棄物產(chǎn)品至一金屬殼之中；壓縮所述多個廢棄物產(chǎn)品；以石墨及玻璃的混合物組裝一或多個被包裝的廢棄物產(chǎn)品，較佳地是以一基體的形式，以形成一緊實磚狀物；以及壓擠該緊實磚狀物以形成一封裝箱。
根據(jù)此方法，所述多個廢棄物產(chǎn)品是被填充至混合有玻璃的該金屬殼之中。
所述多個廢棄物產(chǎn)品的壓縮較佳地是通過壓擠被實施。較佳的壓縮方法亦包括鍛造，除了擠壓與熱壓均衡壓擠(HIP)以外。
本發(fā)明亦是有關(guān)于一種廢棄物隔間，其包括有至少一廢棄物產(chǎn)品是與玻璃的一混合物于一金屬殼之中。此外，此廢棄物隔間具有廢棄物隔間的特性，其乃是被敘述如上做為廢棄物封裝箱的部分。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例并配合所附附圖做詳細說明。
具體實施方式
茲配合
本發(fā)明的較佳實施例。
第一實施例
具有HLW的一廢棄物封裝箱的設計與制造。
此封裝箱是由IGG-Matrix所制成的一棱柱，其包括有復合壓擠的廢棄物隔間于多個桿的形式，多個桿是以銅被包裝。
核子級天然石墨具有由Kropfmiihl公司提供的小于30 μ m的顆粒直徑以及一高硼硅玻璃具有相同的顆粒尺寸具有大約1000° C的熔點，其是由Schott公司所提供做為原料。
兩個成份是混和，而有著石墨對玻璃的質(zhì)量比例為5 1,并且是以compactor Bepex L 200/50P(Hosokawa公司)所壓擠去形成磚狀物。磚狀物的密度是I. 9g/cm3。在隨后的壓碎與篩選之后，具有小于3. 14mm與大于O. 31mm的顆粒尺寸以及大約lg/cm3的容積密度的一顆粒是被提供。
對于制造具有用于接收桿的凹處的基體來說，預先壓擠是被施行于幾個隨后的步驟中。形成桿的直徑是O. 2mm，大于運載桿的直徑。在整個磚狀物建立過程中，壓力是40MN/m2以及推進壓力是小于20MN/m2。
在建構(gòu)之后，形成桿是從上部抽回，以及運載桿是通過朝下拉而被移除掉。
對于制造復合壓擠、含有廢棄物的桿而言,銅圓筒是被裝載以HLW-模擬的一同質(zhì)的混合物于高硼硅粉末中。在密封之后，圓筒是被加熱于一擠壓制程中至1000° C，并且是被擠壓成具有縮小的3級的復合壓擠桿。大約90%理論密度的一密度是被獲得于桿之中。
在以復合壓擠廢棄物桿組裝基體之后，其是被加熱至1000° C，并且是被處理用于結(jié)束。最后的壓擠是一動態(tài)壓擠。磚狀物是交替地通過上與下沖頭以全負載被移動于鋼模之中。在冷卻至200° C之后，磚狀物是從器具退出。
第二實施例
含有未被再處理的廢核燃料組件的廢棄物封裝箱的制造。
對于制造封裝箱而言，燃料組件仿制品是被推入至管狀金屬殼之中，此管狀金屬殼是由銅所制成，而具有寬度大約Imm的一間隙。在密封桿之后，它們是通過于1000° C的擠壓而被處理成復合壓擠、無間隙的桿。接著，桿是被成型成螺旋形體，并且是被嵌入至玻璃-石墨-顆粒之中，類似于基體的制造。廢棄物封裝箱的最終壓擠是被描述于第一實施例之中。
對于IGG-Matrix的特性描述，樣品已從測試封裝箱以平行(軸向)及垂直(徑向)于壓擠方向被采取，以及它們的化學與物理特性是被決定。結(jié)果是被呈現(xiàn)于下列的表中
權(quán)利要求
1.一種用于廢棄物儲存的封裝箱，包括一母體，其特征在于多個廢棄物隔間是嵌入至該母體之中，以及該母體包括石墨及一無機捆扎物，其中，該無機捆扎物為玻璃。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，在該母體中的石墨的部分是占60%至90%的重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I或2所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，該無機捆扎物具有低于1500° C的熔點或軟化點。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I至3的至少一項權(quán)利要求
所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，所述多個廢棄物隔間包括位于一金屬殼中的多個廢棄物產(chǎn)品。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，所述多個廢棄物隔間包括與一捆扎物混合的所述多個廢棄物產(chǎn)品，其較佳地為玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I至5的至少一項權(quán)利要求
所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，該捆扎物為高硼硅玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求
I至6的至少一項權(quán)利要求
所述的用于廢棄物儲存的封裝箱，其中，該無機捆扎物是在該母體中占40%的重量。
8.—種制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，包括 填充多個廢棄物產(chǎn)品至一金屬殼之中； 壓縮所述多個廢棄物產(chǎn)品； 以石墨及玻璃的混合物組裝一或多個被包裝的廢棄物產(chǎn)品，較佳地以一基體的形式，以形成一緊實磚狀物；以及 壓擠該緊實磚狀物以形成一封裝箱。
9.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其中，所述多個廢棄物產(chǎn)品是被填充至混合有玻璃的該金屬殼之中。
10.根據(jù)權(quán)利要求
8或9所述的制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其中，該基體 是以多層的形式被預先壓擠。
11.根據(jù)權(quán)利要求
8至10的至少一項權(quán)利要求
所述的制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其中，該基體是被設計以使其具有用于容納該被包裝的廢棄物產(chǎn)品的多個凹處。
12.根據(jù)權(quán)利要求
8至11的至少一項權(quán)利要求
所述的制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其中，理論密度的60%至80%的一密度是通過預先壓擠該基體而被達成。
13.根據(jù)權(quán)利要求
8至12的至少一項權(quán)利要求
所述的制造用于廢棄物產(chǎn)品儲存的封裝箱的方法，其中，壓縮是通過擠壓、熱壓均衡壓擠或鍛造而被施行。
14.一種包含在金屬殼中的至少一種廢棄物產(chǎn)品與玻璃的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求
I至7之一所述的用于廢棄物儲存的封裝箱的用途，用于儲存放射性的廢棄物。
專利摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種用于儲存放射性廢棄物的一封裝箱，其是適合于安全、超長的終極處置，此種處置具有一濕氣無法滲透、抗腐蝕石墨母體以及被金屬包裝的廢棄物產(chǎn)品，其是被嵌入至母體之中。用于制造此種封裝箱的方法亦是本發(fā)明的一部分。
文檔編號G21F9/22GKCN102906822SQ201180015712
公開日2013年1月30日 申請日期2011年3月24日
發(fā)明者米蘭·赫羅瓦特, 理查德·希曼恩, 卡爾-海因茲·格羅斯 申請人:Ald真空技術(shù)有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan