Wasserstoffsicherheit in radioaktiven Lagertanks: Korrosionsprävention & Best Practices

Die Ansammlung von radioaktivem Abfall ist der größte Nachteil der Kernenergie. Wasserstoffgas entsteht während des Kernprozesses und wird unter reguliertem Druck in radioaktiven Lagertanks aufbewahrt. Das Gas steht in Verbindung mit der Verursachung von Korrosionsschäden an Tanks, insbesondere solchen aus kohlenstoffarmem Stahl. Dies ist ein großes Problem angesichts des Risikos einer Leckage von radioaktivem Abfall. Daher ist Vorsicht geboten, wenn mit dem Wasserstoff-Nebenprodukt umgegangen wird.

Wasserstoffbildung

• Der während der Kernenergieerzeugung erzeugte Wasserstoff wird aus dem Tank des chemischen und Volumenkontrollsystems und dem Luftauspuff gesammelt. Wasserstoff wird auch als Nebenprodukt der Zersetzung des organischen Chemikals Ethylendiamintetraessigsäure gebildet, welches ein Komplexbildner ist, der radioaktiven Abfällen zugesetzt wird, um das Volumen zu reduzieren. Dies geschieht, wenn von gelagertem Abfall ausgestrahlte Strahlung das Chemikalie bombardiert, wodurch im Prozess freie radikalische Wasserstoffatome entstehen.

Korrosionsprozess

• Ältere radioaktive Tanks wurden aus kohlenstoffhaltigem Stahl hergestellt, der anfällig für Korrosion durch Wasserstoff ist. Unter Stressbedingungen degradieren Wasserstofffreiradikale die kohlenstoffhaltige Stahllegierung und lassen sie spröde werden. Dies wird durch die ausgestrahlte Strahlung verschlimmert, die nicht nur die Bildung freier Radikale induziert, sondern auch ihre Fähigkeit erhöht, den kohlenstoffhaltigen Stahl zu durchdringen und so weiter zu Rissen beizutragen. Die Durchlässigkeit wird auch durch das Gammastrahl- und Beta-Teilchenfeld beeinflusst, das von Spaltprodukten des Abfalls ausgestrahlt wird.

Anlass zur Sorge

• Seit 1944 hatte das US-Energieministerium 165 einschalige unterirdische radioaktive Tanks aus kohlenstoffarmem Stahl. Bis 1993 waren 75 der Tanks mit korrosiven Rissen identifiziert und von ihrem radioaktiven Abfall entleert worden, um weiteres Austreten zu verhindern. Es besteht die Sorge, dass dasselbe Schicksal die verbleibenden Tanks ereilen wird. Auch, während Haufen von Wasserstoffgas in derzeit gelagerten Tanks aufbauen, erhöht sein potenzielles Überlaufen das Risiko von Explosionen, die radioaktiven Abfall in die Umwelt freisetzen würden.

Vorsorgemaßnahmen

• Im Jahr 1993 beauftragte das US-Energieministerium den Bau einer großen Pumpe in Versuchen, den Wasserstoffspiegel zu senken. Doch mit der Zeit wurde beobachtet, dass Wasserstoff sich dennoch anhäufte, trotz keiner Abfallzugaben zum Tank. Die Verwendung von Wasserstoffrekombinatoren wurde angenommen, um denselben Effekt zu erzielen. Wasserstoffrekombinatoren arbeiten, indem sie Reaktionen zwischen Wasserstoff und Sauerstoff initiieren, um Wasser zu erzeugen. Dies geschieht unter Verwendung eines Platin-Katalysators und bei Temperaturen zwischen 427 und 538 Grad Celsius.