Graphite as radioactive waste: corrosion behaviour under final repository conditions and thermal treatment [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Tatiana Podruzhina

Grahtpi e a s oacrdativ e : n bevaohiurund er fina l stoirepor y tino s an d thaermltrtmaetne
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Tag de r mündliche n Püfrung: 22. D 200 4
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Th e senpre t wor k d eals wit h radact e agr phit e ana . Tw o d iffreen t asct s rweeam:
1.Th e cosrori on av r o f agr phit e unde r ina l rposietor y conditions
2.Th e cde ontaminati on o f graphit e b y a l reatt
Spne t l m th e Gemra n AV R and THT R h-hig temrpeatur e react s is nviesaeg d rec t disposa l n i a a l erpository . In thi s ct , co on o f th e rap e matir x o f thespheirca l l el s and pyrocar bon coat s fro m coat d l paticr le s is a ver y importantasec t r pdierctin g th e lon-g ter m habe viou r o f th e adact e ase.
Th e graphit e atal s to b e xamine d wer e isolate d fro m uniarr diate d l el , anthie r co on wa s investigate d in d t aq s phasse . Th e s rwe e in d ieonise d at , MgCl -rc h (b-2 ) an d NaCl-rc h (be-3 ) solution s at 90°C under2ar , oxgey n and air atmospheer . In orde r to invstieag t e th e inluf nec e o f aq s phase
radl , r s wer e peormfre d in th e sprene ce o f J-iadat on source s underar on atmospher.e
It wa s stae blishe d tha t th e slo w co on o f carbace s atal s in d t aqatcphase s in th e absen ce o f irar di ati on wa s cau d b y inarte cti on wit h d issolve d o ne.xygCosiror on rat s in aqueou s s olution s unde r pur e oxgey n and air atmospher e ecreas e in thedeor r at > brine -3> e-2 . ccela on o f agr phit e and pyrocar bon corosri on was
obsever d in th e prsence e o f J-iadat on in b s whil e th e opposit e influenc e o f th e aquousephase s on th e cororsi on rat s wa s additionall y obsevrde . Th e cororsi on rat s o f graphit e andocrpy ar bon in irar diate d e- 2 and b e- 3 in ar on atmospher e wer e tw o o s ofmanitugd e hiheg r tha n in pu e oxgey n at s pher e withou t iarr diation . Thi s ma y b e relat d toth e a on o f hihlg y oxidisin g chl e spce ie s in b , whic h ac t wit h carbatal . In pu r e water , rad iolsiy s di d no t influen ce th e oxidati on p ce ss s ignificantl.yHovweer , calculat g th e ect d liftime e o f th e graphit e matir x in th e posiertor y on thebasi s o f th e corosri on rat s tdemreine d is an l y consevar tiv e considear ti on sin ce theradat on do s e rat s use d are siniicfg antl y hiheg r tha n coul d r occu r duri ng a l disposalo f h-hig tmearpe tur e eact r ue l el.
In th e sec ond par t o f th e prnsee t wokr , a l att t o f contaminate d structura l agr phitem th e hhig-tmerpeatur e react r co e and themra l column s o f th e earc h reactor s wasinavstige te d as a possibl e decontaminati on p ces . Th e mai n p oblr e m ascia d wit h d ctdisposa l o f contam inate d rgaphit e is it s larg e volume . Rproce ssine g o f th e arg phit e base d onrgaphit e ga ication s th e opportunit y to arat e th e radionuclide s m th e maina h it e mass, whic h coul d the n b e rusee d o r dispose d conventionall.y
Th e s rwe e rpeormfe d in an ar on fl w and stea m in th e tempear tur e ran e of14870– 1060 °C . Compairs on o f th e releas e rat e rat s o f th e volatilise d radionuclide s C an3 12 14H w it h th e releas e o f C showe d tha t unde r all a l condition s tritiu m and C releas d fas r tha n th e rgaphit e sampl e wa s ox idid.se
Th e maximu m valu e o f th e releas e rat e rat o wa s obtaine d r tritiu m in s withar on atmospher e at 1060°C.
14 14 12It wa s s how n tha t C coul d b e pase ar te d m th e mai n rag phit e ma ss wit h a C/ Cch t act r o f abou t 20 . Hovwere , th e tota l acta l eleas e wa s no t suficf ine t r a14pilo t scale proce ss unde r thse e conditions . Th e acta l releas e o f C can b e creas d byadditi on o f wate r steam , bu t in thi s case th e ch t fact r opdr s lbe o w 5. In eral , this
gen o enm rin ee ni noi frfo r noi fr o f enm rienfro
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therma aconditoins repostior und ehaviou b cororsio radioactiv a raphit14pase ar ti on o f carbon isotope s is onl y possibl e becaus e C is mainl y locate d n ea r th e aboundar y ace s and it s concnterati on p l e creas s wit h d h insid e th e rag phiterag ins.
60 154,155 134,137 133Th e ar dionuclide s Co , Eu , C s and a nsepre t in contaminate d rap h it e mainlyai d in th e ceram c act on bo at in coras t to th e volatil e Cs.
B y optimisin g th e proce ss aram s thi s decontaminati on p ce ss ma y b e devlopee d 14int o a pilo t scale tce hnolog y r agr phit e puificr ati on wit h arf ctiona l ct on o f th e Ci.nventory
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tn i re i en remg B
ept e ed rofi rfusni grG t s er : K n er Endlagerbedingungen e
Dise e bAre it steh t im Zusammnhae n g m it de r Entsorung g von ar dioaktive m Gar phit . Dabwuder n zwe i ch e Aspekt e rach:
1.Das Kosiorronsvehar lte n von Graph it unte r Endlaebedirgnungnge
2.Di e Dkonteaminati on von Graph it durc h e ch e heBandlung
Da di e ibe m Betire b de r utdesche n Hochtmepare tureraktore n AV R und THT R anallel e dirke t la t n sollen , is t di e Korosir on d r Gar phit-Matri x derlfekug ömrige n el e und Pokohlery nstsfofchichte n de r art l vonr utdeeunB g r di e Vosrherag e de s Laal s disee r Abflleä .
Di e Gar phitmateiar lie n wudre n au s unbestrahlte n el n isolier t und dKosiorr on in v ch n swäsrieg n Phase n un suctre ht . Di e Vch e wuder n indstillie tere m Wase r sowi e in MgCl -rc n (Lauge-2 ) und NaCl-rc n (Laue-g 3)2Lösuneg n be i 90°C in Gar t von Arong , Sau ff und Lutfatmosphär e durchührgeft.U m de n Einflu ss de r Radiolsy e de r swäisrge n Phas e z u un c , wuder n itewere
Eximrpente e unte r Aron-g Atmosphär e m it r J-Bahl g durcühhfegtr.
Es wudr e fsetgsteellt , da ss e lanam e Kosiorr on de r kohlnstehoffaltige n Maiater lie n inscver hiednee n Lösuneg n oh n e Bstaer hlun g durc h d ie Wce hselwikunr g m it elSau ff autrfitt . Di e Kosiroronsrate n in swäisreg n Lösuneg n in Gengwae r t r Sastrueaoff tmosphär e und Luftatmosphär e nehme n in d r Rl e Was > Laue-3>
Laue- 2 ab . Unte r de m Einflu ss von J-Sahl g wudr e in e beschlunietg e Korosironobabe chtte , wobe i zutsäzlic h n r Einflu ss de r swäisreg n Phase n au f dieKosiroronsrate n bobae chte t wuder . Di e Korosironsrate n de s Gar phit s und Pryokohlenstfof s inbstreahlte r La- 2 und Lau-eg 3 in de r Arong-Atmosprhä e ware n zwe i Gößrnordnuneneghöhe r als in d r n Sauff- e ohn e Bstaer hlung . Die s is t m it ildunB g vonreak , oxindediere n Chl-or Szpeie s in d n Salzlauge n v , di e da nn mitKlff-Matal n reagierne . In m Wase r binfele usst e di e Radiolsy e ndeOdxay tionsproze ss nich t nisigikaf nt . Di e ecBer hnun g de r im Endlaeg r z u aLau r de r Graa x au f Gr und d r emrittltee n Kosiorronsrate n is t jdoce h m konsvare tiv e Btaer chtung , d a di e n Star hlunsdosigasr te n wnstlice h höh eraren , als s ie be i de r Endlaunreg g de r Hochtmerpeaturrae ktorbrnnele mntee e al s aukönntn.e
Im zwiet n Te il de r bAre it wudr e di e ch e heBandlun g von kon amStruktrurag ph it au s de m Cor e de r Hochtmepare tureraktore n und themrische n Säule n auForschunsrgae ktore n als mölg iche s Dkonteaminationsvefrahre n un tesucr ht . Das m it rdediktere n Endlaeungr g de s kontaminitree n Gar phit s bunvernde e Hauptproble m is t ise n Volumne . Di e Aufbietunre g de s Gar phits , as nd au f de r Gar phit-Verag sung , bitee t dieMlög ichkeit , di e Radionuklid e vo m inaktive n Kohlnsetof f z u , de r da nn witeert ode r konvnteione ll ntesorg t n könn te.
Di e Untsucre hunge n wudre n in Arong - und Wassredam-pf Atmosphrä e in Teratc h von 870 - 1060° C durchührgeft . De r Vlc h de r Väl e der14 3 12Fietzserunasrg te n von C und H z u C zeteig , da ss be i alln ell n dienBunnegg14Tritiu m und C schnelle r t wunder , als di e Gar phitprob e oxdirey t wu.der
Fü r Tritiu m wudr e in maximale s Väl s de r Fisertzeasrung te n in Aron-g Atmosphär e ibe1060° C el.
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g ers g enfohei eemrein enei oerstemtsö g gs nei
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enh ersut oerst wegeneh ei eh eiersu eenedi ersener eentem rennB
ent ervhteigzn fü egrßoeki f