CH632101A5 - Transport- oder lagerbehaelter fuer radioaktive stoffe, insbesondere bestrahlte kernreaktorbrennelemente. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Transport- bzw. Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus Topf und Verschlussdeckel, wobei der Topf eine metallische Aussenschicht, eine gegossene metallische Zwischenschicht und eine Innenschutzhaut aufweist.
Zum Schutz des Bedienungspersonals und der Öffentlichkeit unterliegen derartige Behälter besonders strengen Sicherheitsvorschriften. So müssen zunächst unter normalen Bedingungen ausreichende mechanische Festigkeit und ausreichende Abschirmung von Gammastrahlung sowie sonstiger Strahlung gewährleistet sein. Zu diesem Zweck bestehen bei den bekannten Behältern der genannten Gattung die Aussenschicht und die Innenschutzhaut aus geschweissten Stahlkonstruktionen, während die Zwischenschicht zur Abschirmung von Gammastrahlung in Bleiguss ausgeführt ist. Da radioaktive Stoffe, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, oftmals beachtliche Spaltungswärme abgeben, ist die Topfwandung derartiger Behälter regelmässig noch von Rohrleitungen eines geschlossenen Kühlmittelkreislaufs durchbrochen, über die der Behälterinnenraum mit Wasser gekühlt werden kann und die bei den bekannten Behältern mit der Stahlaussen-schicht und der Stahlinnenschutzhaut verschweisst sind. Die oben ganannten Erfordernisse müssen aber nicht nur unter normalen Bedingungen, sondern auch unter Unfallbedingungen eingehalten werden. Hierzu unterzieht man die Behälter in einem Modelltest einem freien Fall aus 9 m Höhe auf eine unnachgiebige Oberfläche bzw. aus 1,2 m Höhe auf einen definierten Dorn und einer äusseren Wärmeeinwirkung mit einer Temperatur von 800 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten. Um diesen Test zu bestehen, muss die Stahlaussenschicht der bekannten Behälter besonders dickwandig ausgeführt sein, damit diese sich beim Fall nicht im ganzen soweit deformiert, dass die angeschweissten Rohrleitungen abreissen und eine Kontamination durch austretendes radioaktives Kühlmittel verursachen. Zur Verhinderung eines Aufschmelzens und Herabsetzens der Abschirmwirkung der Bleizwischenschicht bei äusserer Wärmeeinwirkung sind besondere Isolationsmassnah-men erforderlich, wie beispielsweise eine feuchte Gipszusatzschicht zwischen Stahlaussenschicht und Bleizwischenschicht. Bei Ausfall des Kühlmittelkreislaufes besteht jedoch auch die Gefahr eines Aufschmelzens der Bleizwischenschicht von innen her durch freigesetzte Spaltungswärme. Schliesslich bedürfen die Schweisskonstruktionen im Zuge der Behälterherstellung aufwendiger Prüfungen, zumal der abschliessende Bleiguss unzulässige Wärmespannungen in die geschweissten Stahlkonstruktionen eintragen kann. Im Ergebnis sind die bekannten Behälter praktisch einer Serienfertigung nicht zugänglich und aus diesem Grunde auch extrem teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs-gemässen Behälter anzugeben, der mit verhältnismässig geringen Kosten in Serie hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass die Aussenschicht (und die Zwischenschicht) aus einer Eisenkohlenstoff- oder Kupferlegierung gegossen sind und die Zwischenschicht zumindest teilweise als Gussmatrix mit darin eingebetteten, einen oberhalb 800 °C liegenden Schmelzpunkt aufweisenden Schwerstmetallstücken ausgeführt ist.
Die Erfindung nutzt hierbei zunächst die Erkenntnis, dass eine Gussaussenschicht die mechanischen Belastungen wesentlich günstiger aufzunehmen vermag als eine geschweisste Stahlkonstruktion, weil sich die Gussaussenschicht unter Unfallbedingungen nicht im ganzen verformt, sondern nur an der Aufschlagstelle etwas abplattet. Wandungsdurchbrüche, Rohre und deren Verschlüsse bleiben dabei praktisch unver-formt und funktionstüchtig. Ausserdem nutzt die Erfindung die Erkenntnis, dass in Gussmatrix dicht an dicht liegende Schwerstmetallstücke mit einem oberhalb 800 °C liegenden Schmelzpunkt auf herstellungstechnisch einfachste Weise unter allen Bedingungen - auch bei stark erhöhter Temperatur - einwandfreie Gammastrahlungsabschirmurig gewährleisten. Mit den eingesetzten Werkstoffen behält der Behälter auch bei Ausfall eines ggf. vorhandenen, über den Behälterinnenraum geführten Kühlmittelkreislaufes seine Integrität; auf einen derartigen Kühlmittelkreislauf kann sogar verzichtet werden. Ausserdem werden durch die Verwendung der Gussmatrix mit den Schwerstmetallstücken Leistungsgewicht erreicht, die denen der bekannten Behälter zumindest ebenbürtig sind. Die eingesetzte Gusstechnik ist bekanntermassen für die Serienproduktion besonders gut geeignet, da wenigstens die äusseren Gussformen mehrmals verwendet werden können. Die verhältnismässig dünne, unproblematische Innenschutzhaut besteht am besten aus einem topfförmigen Behältnis aus rostfreiem Stahl, das im Zuge des Giessens mit der Zwischenschicht verbunden wird. Andere Innenschutzhäute, beispielsweise in Form von Galvanoüberzügen, sind jedoch ebenfalls möglich.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in Ergebnis in der wesentlich einfacheren und billigeren Herstellbarkeit der Behälter zu sehen.
Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. Vorteilhafterweise sind die Aussenschicht und die Zwischenschicht bzw. deren Gussmatrix
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als einheitlicher Gusskörper, d. h. in einem einzigen Guss ausge Fig. 1 einen Behälter im Längsschnitt und teilweise in Seitenan-führt. Ein Guss in mehreren Stufen kann aber auch praktiziert sieht,
werden. Als Gusslegierung ist insbesondere Gusseisen mit Fig. 2 einen Behälter nach Fig. 1 im Querschnitt und teilweise in
Kugelgraphit vorzuziehen. Die in die Gussmatrix eingebette- Aufsicht.
ten Schwerstmetallstücke bestehen nach einem besonderen 5 Der in den Figuren dargestellte Behälter ist ein Transport- bzw. Vorschlag der Erfindung aus abgereicherten Uranstücken, ins- Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere bestrahlte besondere in Form von Kugeln. Abgereichertes Uran fällt näm- Kernreaktorbrennelemente. In seinem grundsätzlichen Aufbau lieh im Zuge der Uranaufbereitung in verhältnismässig grossen besteht er aus einem Topf 1 und einem aufgesetzten, mit Mengen an und ist infolge der bisherigen Nichtnutzung verhält- Schrauben 2 befestigten Verschlussdeckel 3. Der Topf 1 weist nismässig preisgünstig erhältlich. Zur Neutronenabsorption io eine metallische Aussenschicht 4, eine gegossene metallische kann die Gusslegierung der Aussenschicht und der Zwischen- Zwischenschicht 5 und eine Innenschutzhaut 6 aus rostfreiem Schicht bzw. deren Gussmatrix homogen verteilt Absorberma- Stahl auf. Die Aussenschicht 4 und die Zwischenschicht 5 sind terial enthalten. In Kombination bzw. alternativ hierzu kann die aus einer Eisenkohlenstoff- oder Kupferlegierung gegossen, Aussenschicht auch mit Absorber- und/oder Moderatormate- wobei die Zwischenschicht 5 als Gussmatrix 7 mit darin einge-rial gefüllte Kanäle aufweisen. Als Absorbermaterial eignet is betteten, einen oberhalb 800 °C liegenden Schmelzpunkt auf-sich insbesondere Borkarbid und als Moderatormaterial ein weisenden Schwerstmetallstücken 8 ausgeführt ist. Die Aussen-stark wasserstoffhaltiges Material. Nach einer weiteren bevor- schicht 4 und die Zwischenschicht 5 bzw. die Gussmatrix 7 sind zugten Ausführungsform weist die Aussenschicht und/oder die zusammen als einheitlicher Gusskörper aus Gusseisen mit Zwischenschicht ausserhalb der Gussmatrix nicht mit dem Kugelgraphit ausgeführt. Die in die Gussmatrix 7 eingebetteten Behälterinnenraum in Verbindung stehende, eingegossene 20 Schwerstmetallstücke 8 sind dicht an dicht liegende Kugeln aus Kühlmittelleitungen auf, mit denen der normalerweise unter abgereichertem Uran. Die Aussenschicht 4 des Gusskörpers 4, Überdruck stehende Behälter zum leichten Entfernen des Ver- 5 weist mit Absorber- und/oder Moderatormaterial gefüllte schlussdeckels kontaminationsfrei heruntergekühlt werden Kanäle 9 auf. In den Figuren erkennt man zwei Stutzen 10 von kann. Ferner weist der Behälter vorzugsweise äussere, einstük- Wandungsdurchbrüchen bzw. Rohrleitungen, die mit dem kig mit der Aussenschicht gegossene Mantelkühlrippen auf, 25 Behälterinnenraum 11 in Verbindung stehen und über die der deren Oberfläche maschinell bearbeitet und mit einem Schutz- Behälterinnenraum 11 mit Wasser gefüllt bzw. entleert werden Überzug versehen ist, welch letzterer beispielsweise galvanisch, kann. Nicht dargestellt ist, dass in die Aussenschicht 4 noch als Metallspray oder als Einbrennlack aufgebracht werden Kühlmittelleitungen eingegossen sein können, die nicht mit kann. dem Behälterinnenraum 11 in Verbindung stehen. Schliesslich
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausfüh- 30 sind äussere Mantelkühlrippen 12 vorgesehen, die einstückig rungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zei- mit der Aussenschicht 4 gegossen und anschliessend maschinell gen: bearbeitet sind.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Transport- bzw. Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbsondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bestehend aus Topf und Verschlussdeckel, wobei der Topf eine metallische Aussenschicht, eine gegossene metallische Zwischenschicht und eine Innenschutzhaut aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) und die Zwischenschicht (5) aus einer Eisenkohlenstoff- oder Kupferlegierung gegossen sind und die Zwischenschicht (5) zumindest teilweise als Gussmatrix (7) mit darin eingebetteten, einen oberhalb 800 °C liegenden Schmelzpunkt aufweisenden Schwerstmetallstücken (8) ausgeführt ist.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) und die Zwischenschicht (5) bzw. deren Gussmatrix (7) als einheitlicher Gusskörper ausgeführt sind.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusslegierung der Aussenschicht (4) und der Zwischenschicht (5) bzw. deren Gussmatrix (7) aus Gusseisen mit Kugelgraphit besteht.
4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in die Gussmatrix (7) eingebetteten Schwerstmetallstücke (8) aus abgereicherten Uranstücken bestehen.
5. Behälter nach einem dér Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gusslegierung der Aussenschicht (4) und der Zwischenschicht (5) bzw. deren Gussmatrix (7) homogen verteilt Absorbermaterial enthält.
6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) mit Absorber- und/ oder Moderatormaterial gefüllte Kanäle (9) aufweist.
7. Behälter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorbermaterial aus Borkarbid besteht.
8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenschicht (4) und/oder die Zwischenschicht (5) ausserhalb der Gussmatrix (7) eingegossene Kühlmittelleitungen aufweisen.
9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass äussere Mantelkühlrippen (12) einstückig mit der Aussenschicht (4) gegossen sind.
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