Erste Phase einer Studie über die zerstörende Wirkung von radioaktivem Material. Martin Jennings von DE BEERS’s gibt Auskunft, welche Rolle die Diamant-Bohrkronen gespielt haben.
Diamantbohrer für die Qualitätskontrolle von Nuklearabfällen
Spezielle Diamant-Hohlbohrkronenausrüstungen könnten schon bald eine wichtige Rolle bei der Beseitigung von radioaktivem Abfall fortgeschrittener Stufe spielen.
Dieses beinhaltet bestrahlte Kernstoffhüllen, Kernreaktor-Bestandteile, chemische Prozessrückstände, Ionenaustauschharze und Filter. Vor seiner Einlagerung wird das Abfallmaterial in einer geeigneten Packung verschlossen- meistens besteht diese aus Zement- und in einem Stahl- oder Betoncontainer eingelagert. Der größte Teil dieser Materie hat eine Strahlungsstufe erreicht, die einen entsprechenden Personenschutz fordet. 1984 veröffentlichte das Department für Umwelt Grossbritanniens seine Sicherheitsrichtlinien im Umgang mit radioaktivem Abfallmaterial.
Im radioaktiven Abfallmanagement, Informationsnotiz 2. Unabhängige Festsetzung in Sektion 2.6 steht geschrieben „Es ist der Wille der autorisierten Behörde, daß eine Bewertung des überflüssigen Produktmaterials erfolgt, unabhängig von der vorherigen Bearbeitungsorganisation. In der Praxis wird diese Einschätzung zur Folge haben, daß entsprechende Behörden Einsicht in Aufzeichnungen und Dokumentationen zur Überprüfung der Qualität radioaktiver Abfälle nehmen darf“. In den Worten des Laien ausgedrückt bedeutet dies, daß radioaktive Abfälle von einer unabhängigen Qualitätskommission überprüft und zur Einlagerung verordnet werden können. In diesem Sinne erkannte die DoE einen Dreijahresvertrag zwischen dem Taylor Woodrow Management und dem Ingenieur Ltd. (TAYMEL) zur Bewertung von Qualitätsüberprüfmethoden von radioaktivem Abfall an. Teil des TAYMEL Programms war die Entwicklung von Zerstörungstechniken der einzementierten Abfälle.
Das Ziel des Arbeitsprogramms der Erfassung destruktiver Stichproben war die Entwicklung von Ausrüstungen zum Ausbohren und Entnehmen von Proben aus einzementierten Stahlbehältern mittels Techniken, die kompatibel sind mit eventuellen ferngesteuerten Operationenstechniken für das Arbeiten in einer „heißen Zelle“.
Sämtliche durchgeführte Simulationstests zur Entkernung wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt: 200-Liter-Trommel mit einem Inhalt von gewöhnlichem Portland-Zement, granulierte Hochofenschlacke von Zement und anderen Strukturen und pulverisierten Brennstoffüberresten. Radioaktive Materialien wurden für die Entkernungstests keine verwendet.
Einige der Ausrüstungen wurden von Taywood Engineering Ltd. konstruiert und produziert, dies ermöglichte sowohl die Trommeln für das Verbrauchsmaterial als auch die Ausrüstung zur Entkernung in horizontaler als auch vertikaler Ebene zu montieren.
Marcrist International Ltd. lieferte die Entkernungsausrüstung und die Diamantkernbohrer. Der Antrieb der Ausrüstung erfolgte mittels Hydraulik, wodurch die Maschinengeschwindigkeit zwischen 400 U/min bis 1000 U/min variieren konnte. Das Schmierungssystem der Maschine basierte ebenfalls auf einer hydraulischen Machart. Die Basisausrüstung war eine hydraulische Marcrist 24hp Kraftmaschine, Höchstfließgeschwindigkeit 46 LPM bei einem maximalen Druck von 220 bar. Der Bohrkopf war mit einem hydraulischen OMR Danfoss Motor ausgerüstet, welcher in der Lage ist, auch bei tiefen Geschwindigkeiten ein hohes Drehmoment zu liefern. Fig. 1 zeigt den von Marcrist konstruierten Kernbohrer. Er besteht aus einer Umrandung von 16 Diamantsegmenten, welche versetzt auf einen 100mm Diamantkern hartgelötet sind. Die Anordnung der Segmente erlaubt ein nahezu kontinuierliches Schneiden, da die Materialrückstände zwischen den Lücken und resultierendes Verkeilen minimiert werden. Damit die Schärfe der Schnittkanten erhalten bleibt, wurde ein sogenanntes „Dreischichtensegment“ verwendet. Dieses besteht aus einer Kobalt/Bronze-Verbindung und einer synthetischer De Beers SD100+ Diamantschleifkombination. Ein 40/50 US Netz wurde für die inneren Flächen verwendet, ein 50/60 für die äußeren Flächen.
Wasserrückhalteeinrichtung
Bei den herkömmlichen Methoden der Kernbohrungen in Beton ist eine große Menge an Wasser zur Kühlung und Wegschwemmung der Materialrückstände notwendig. So wäre bei den Stichproben der Zement ILW Trommeln eine gewaltige Menge von Wasser und Matsch notwendig, um die Ausbreitung der Verunreinigungen einzuschränken. Marcrist hat ein spezielles Kühlungssystem entwickelt. Dabei bleibt das zur Kühlung verwendete Wasser zwischen Bohrkopf und den Trommeln mit dem radiaktiven Abfall versiegelt. Das System ist auf Abb. 2 abgebildet. Die Haupteigenschaft dieser Neuentwicklung liegt in der Tatsache, daß das Werkzeug mittels Vakuumsystem auf der Oberfläche der Trommel festgehalten wird. Dadurch entfällt die Verwendung von mechanischen Klemmen; diese würde erhebliche Schwierigkeiten für die aktive Handhabung mit sich bringen. Die beiden 60-Liter-Behälter wurden über zwei Schläuche dem Wassereindämmungsgerät beigefügt. Zwei Vakuumpumpen pro Behälter sorgten für das Ansaugen und Leeren der Behälter.
Zur Entfernung der Kernausschnitte wurde ein neues Ziehwerkzeug entwickelt. Dieses bestand aus einem einfachen Keilring, welcher sich über das Kernstück schließt und dieses herauszieht. Das Werkzeug umfaßte vier geschraubte Bohrfaßausschnitte, 100 mm im Durchmesser und einen Meter in der Länge. Der erste Ausschnitt enthält die aufgelöteten Diamantsegmenten, die beiden Hauptausschnitte je einen Schließkantenring und der letzte Ausschnitt einen soliden Verschluß mit einem Innengewinde (Abb. 3). Die Vorrichtung wurde verwendet um aufzuzeigen, daß sich herkömmliche Kernbohrausrüstung für die spezifische Anwendung in einer geschützten Umgebung modifiziert lässt. Die entwickelte Ausrüstung hat bestätigt, daß das zur Kühlung benötigte Wasser in einem geschlossenen System zurückgehalten werden kann.
Die Versuche wurden sowohl mit der Trommel als auch der Bohrvorrichtung in vertikaler und horizontaler Ausrichtung durchgeführt. Die Auswertungen dieser Tests hat zum Ergebnis geführt, daß die horizontale Ebene die bevorzugte Ausrichtung von Trommel und Vorrichtung ist.
Luftgekühltes Bohren in der letzten Stufe der Untersuchung, ein Programm für luftgekühltes horizontales Bohren wurde übernommen. Anstelle von Wasser wurde hier komprimierte Luft verwendet, weshalb ein Luftfilter auf jedem der beiden 60-Liter-Behälter von Nöten war, um die vorhandenen Staubpartikel zurückzuhalten. Um eine angemessene Kühlung der Entkernungsausrüstung zu erreichen, wurde ein Luftstrom von 200 Liter pro Minute benötigt. Die Versuche haben bestätigt, daß luftgekühlte Werkzeuge für die Kernbohrungen von einzementierten Abfallstoffen (flüssig oder in Form von Schlacke) verwendet werden können. Die Ersetzung von Wasser durch Luft würde gewährleisten, dass die chemische Zusammensetzung nicht verändert wird, z.B. durch Extrahierung der Radioaktivität. Diese Untersuchung, welche auf die DoE Initiative erfolgte, wurde von der Kommission der europäischen Gemeinschaft unterstützt, ähnliche Studien werden gegenwärtig in anderen europäischen Ländern vorgenommen.
Jedes Land führt seine eigenen unabhängigen Untersuchungen durch, ein entsprechender Informationsaustausch untereinander ist durchaus denkbar. So hat zum Beispiel das "Nukleare Untersuchungszentrum Jülich" in Deutschland erfolgreiche Trockenbohrtests durchgeführt unter der Verwendung von fest montierten Polykristall-Diamantensegmenten. In diesem Moment ist es unmöglich vorauszusagen, welches System in den jeweiligen europäischen Ländern für die Zerstörung der Stichproben übernommen werden wird. Dies spiegelt sich in der unterschiedlichen Qualität der Abfälle und Art der verwendeten Einkapselunghilfsmitteln wider. Entsprechende Zusicherungen über eine eventuelle Zusammenarbeit sind in Arbeit, zumal es als sehr wahrscheinlich gilt, daß es mehr als nur eine Lösung für dieses Problem gibt.
Eines ist auf alle Fälle sicher: Diamantwerkzeuge werden auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen, wenn es um die sichere Entsorgung von Nuklearabfall geht.
