CH623159A5

CH623159A5 -

Info

Publication number: CH623159A5
Application number: CH1102377A
Authority: CH
Inventors: John A Weissenfluh
Original assignee: John A Weissenfluh
Priority date: 1976-09-08
Filing date: 1977-09-08
Publication date: 1981-05-15
Also published as: DE2740185A1; GB1573065A; DE2759863C2; DE2740185C3; US4090087A; DE2740185B2; CA1080860A; JPS5334091A; FR2371750A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abschirmung zur Vermeidung oder Verminderung der Strah- 35 lung aus einem Reaktor selbst, oder als Reaktionsprodukt einer Kernspaltung und/oder von radioaktiven Produkten, die beim Betrieb des Reaktors entstehen, gemäss dem Gattungsbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ausserdem ein Verfahren zum Betrieb der Anordnung gemäss m dem Gattungsbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 8.

Eine primäre Verwendung der Abschirmung nach der vorliegenden Erfindung ist die Abschwächung des Neutronenflusses aus Öffnungen die mit dem Reaktorgefäss kommunizieren. Normalerweise weist eine Atomkernreaktoranlage einen Kes- 45 sei auf, der das Spaltmaterial enthält und von einem Schutzgehäuse umgeben ist, das gewöhnlich als Primärschirm bezeichnet ist. Dieser Primärschirm hat die Form eines geraden Zylinders um den Reaktorkessel herum und ist im Abstand vom Kessel angeordnet und bildet die Reaktorkavität. so

Der ringförmige Raum zwischen dem Kessel und dem Primärschirm muss geöffnet bleiben, um den Druck auszugleichen, der bei unfallmässigem Verlust der Kühlflüssigkeit entstehen könnte. Zusätzlich verlangen die Vorschriften einen freien Zutritt zu kritischen Gebieten. Gewöhnlich führt dies zu einem 55 fre ien Verbindungsweg zwischen dem Reaktor und dem «Bedienungs»-Boden, der ein Gebiet darstellt, das gelegentlich von technischem Personal begangen wird.

Die Aufenthaltsdauer in der Begrenzung ist streng und unannehmbar stark durch die Strahlungsdichte beschränkt, 60 weil strikte Gesundheitsvorschriften die Strahlungsdosis, die eine Person aufnehmen darf, beschränken. Diese Aufenthaltsbeschränkung in der Begrenzung verringert ihrerseits den Wirkungsgrad der Reaktorbedienung.

Die bisherige Technik ist extrem primitiv. Nur in einigen 65 wenigen Anlagen wurde gemäss unseren Kenntnissen das Aus-mass des Neutronenflusses festgestellt. Andere haben versucht, das Neutronenstrahlungsproblem dadurch zu vermindern, dass starre wasserstoffhaltige Massen in Form von Platten oder Blöcken, manchmal mit Schwermetallträgeranordnungen, verwendet wurden. Es ergeben sich aber verschiedene Probleme mit dieser Art von Abschirmung.

Vor allem sind diese Abschirmungen sehr schwer und schwierig ein- und auszubauen, was zu erheblichem Zeitaufwand führt. Weiter führen derartige Abschirmungen zu Lagerungsproblemen, wenn sie nicht benützt sind. Zusätzlich, und möglicherweise das wichtigste Problem überhaupt, besteht darin, dass diese bekannten Abschirmungen bei einem Druckausbruch in der Reaktorkavität zu Geschossen werden, die die Schutzanlagen in der Begrenzung gefährden könnten.

Wenigstens ein US-Patent Nr. 3 812 008 beschreibt die Verwendung einer auffüllbaren Dichtung, die als sehr nützlich während der Beschickungsarbeit, wenn das obere Teil der Reaktorkavität mit Wasser gefüllt ist, angegeben wird. Die Dichtung verhindert, dass Wasser in das tieferliegende Gebiet der Kavi-tät gelangen kan. Somit stellt die auffüllbare Dichtung keine Strahlungsabschirmung dar. Zudem müssen sowohl diese Dichtung als auch die beschriebenen Arten von Abschirmungen sehr genau hergestellt werden, um mit den Abmessungen der speziellen Öffnungen bei der Reaktorkavität übereinzustimmen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung einer Anordnung zur Abschirmung von Strahlung für Atomreaktoren, die leicht beweglich ist und in jeder Stellung und/oder Lage an Teilen des Reaktors oder zum Schutz einer oder mehrerer Personen entfernt vom Reaktor selbst verwendet werden kann.

Erfindungsgemäss wird dies mit den Merkmalen in den kennzeichnenden Teilen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 8 erreicht.

Während diese Erfindung als Neutronenschild, wie beschrieben, verwendbar sein kann, kann sie ebenfalls gegen andere Strahlung, wie Beta-Gamma-Strahlung in allen Bereichen einer Atomkernspaltanlage benützt werden. Die Kühlflüssigkeit eines Atomkernreaktors ist radioaktiv, deren Radioaktivität vom Spaltmaterial herrührt, die aber auch von Korrosionsprodukten stammen kann. Die Kühlflüssigkeit muss deshalb dauernd gereinigt werden, um die verlangte Sauberkeit beizubehalten. Die Abtrennung, Behandlung und Abgabe von radioaktiven Abfallstoffen umfassen eine Anzahl Systeme, die allgemein als «Hilfs»- oder «Radioaktive-Abfallsysteme» bezeichnet sind.

Diese radioaktiven Systeme bei einer Atomkernspaltanlage benötigen oft Unterhaltsarbeiten, bei denen das Personal in Gebiete mit höherer Radioaktivität gehen muss. Je mehr dieser konzentrierten radioaktiven Quellen zusammengefasst werden, wie Filter oder Korrosionsprodukte in einem Filter oder Kunststoffbett oder blosse Deponien von Ausrüstungen, Rohre oder Tanks, um so mehr wird eine Abschirmung dieser Quellen verlangt, um die radioaktive Dosierung beim Personal zu verkleinern. Rasche und wirkungsvolle Mittel zum Aufbau eines tragbaren Schildes erlauben bessere und billigere Arbeiten an den Installationen.

Ältere Anordnungen verwendeten Bleiplatten und Betonblöcke die selbst, infolge des Gewichtes, nicht leicht zu handhaben sind. Der vorgeschlagene Behälter kann leicht an Ort gebracht werden und erst dann mit einer strahlenabschwächenden Flüssigkeit gefüllt werden, um dann die Abschirmung nach der Erfindung zu bilden, demgegenüber benötigte das Plazieren von schweren Blöcken oder Metallplatten viel Zeit und im allgemeinen mechanische Geräte und Hebezeuge. Auch brachte es das Plazieren derart schwerer Vorrichtungen mit sich, dass das Personal längere Zeit der Strahlung ausgesetzt war. Weil die Menge der Strahlung, der das Personal über die Zeit hinweg ausgesetzt wurde, begrenzt ist, kann die Verwendung der bekannten Schilder dazu führen, dass die aufgenom-

mene Strahlungsdosis das Personal für längere Zeit arbeitsunfähig machte, was zu grossen finanziellen Verlusten für das Personal führen könnte.

In einem Gebiet mit Neutronenfluss, wie die Umgebung eines arbeitenden Reaktors, wird der Behälter mit einer Moderatorflüssigkeit gefüllt, die als Neutronenbarriere wirkt. Als Flüssigkeit kann jede wasserstoffhaltige Flüssigkeit oder eine andere mit Stoffen mit niedrigerem Molekulargewicht sein und sie kann gelöste Borverbindungen als Neutronenabsorber enthalten. Infolge der Flexibilität des Behälters, mit einer beliebigen Grundform, kann sich der Behälter im allgemeinen an ungleichmässigen Oberflächen des Reaktorkessels und/oder des Primärschildes und/oder an benachbarten Flächen anpassen und er kann die Flächen überdecken, um eine wirkungsvollere Strahlungsabschirmung zu bilden.

In der Verwendung als tragbarer Schirm oder als Notabschirmung gegenüber anderen Formen von Strahlung in andern Gebieten der Reaktoranlage könnte als Abschwächerflüssigkeit Wasser oder eine andere, dichtere Flüssigkeit verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Behälter die Form einer Tasche oder Matratze haben und kann über die Strahlungsquelle gelegt oder sonstwie angeordnet oder zwischen der Strahlungsquelle und dem zu schützenden Gebiet aufgehängt werden.

Der Behälter kann auf einfache Art an Ort gefüllt und entleert werden, und wegen seiner Flexibilität kann er gefaltet und in kleinstem Raum gelagert werden. Darüberhinaus kann bei der Benützung eine Flüssigkeitszirkulation vorgesehen werden, um Wärme abzuführen oder zu anderen Zwecken.

Mit der vorgeschlagenen Abschirmung kann somit ein billiger und einfacher Strahlungsschild für Atomkernreaktoren erhalten werden, der einfach an bestehende Reaktoren ange-passt werden kann. Infolge der Flexibilität passt sich der Behälter an Unebenheiten an und gibt einen sicheren Schutz vor Strahlung.

Zudem kann sich der Behälter an normale Änderungen bezüglich der Abmessungen anpassen und er kann ohne grossen Zeitaufwand an Ort gebracht und später gefaltet und verstaut werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Reaktorgefäss und den umgebenden Primärschild mit einer Strahlungsabschirmung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 einen Seitenriss im Schnitt einer Abschirmung nach der Erfindung, die um eine Leitung aus dem Reaktorgefäss durch den Primärschild geführt ist,

Fig. 4 eine Ansicht von der Schnittlinie 4-4 in Fig. 3 aus, Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 5-5 in Fig. 2, Fig. 6 einen Grundriss einer veränderten Ausführungsform der Abschirmung nach der Erfindung,

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 7-7 in Fig. 6, Fig. 8 einen Grundriss einer Ausführungsform ähnlich derjenigen nach Fig. 6, mit Ausnahme, dass sich die Segmente überlappen,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Schnitlinie 9-9 in Fig. 8, Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform, die ähnlich derjenigen nach Fig. 10 ist, aber zusammen mit einem skizzierten Träger.

In der Zeichnung wurden gleiche Referenzzahlen für gleiche Teile genommen. Fig. 1 zeigt in vereinfachter Form die Anordnung eines Reaktorkessels 20 und den ihn umgebenden Primärschild 22. Der Primärschild 22 bildet eine Reaktorkavität 24. Die Wandung des Primärschildes 22 befindet sich im Abstand vom Reaktorkessel 20 und bildet einen ringförmigen

623 159

Raum 26 mit einem oberen, offenen Ende 28. Der Reaktorkessel 20 hat einen vorspringenden Rand 30, der nahe beim ringförmigen Rand 32 des Primärschildes liegt.

Die Öffnung 28 zwischen den beiden Rändern 30 und 32 ist durch eine Ausführungsform einer Strahlungsabschirmung nach der Erfindung bedeckt. Diese Strahlungsabschirmung trägt die Bezugszahl 34. In vereinfachter Form besteht die Ausführungsform in Fig. 1 aus einem Behälter aus flexiblem und/ oder elastischem Kunststoff oder aus einem Elastomer und einer wasserstoffhaltigen Flüssigkeit. Der Behälter ist dabei mit wasserstoffhaltiger Flüssigkeit 36, die vorzugsweise gelöste Borverbindungen enthält, gefüllt. Die Flüssigkeit dient als Moderator und Absorber für Neutronenstrahlung aus dem Reaktorkessel. Geeignete Anschlüsse 42 und 44 sind vorgesehen, damit die Abschirmung 34 mit abschwächender Flüssigkeit gefüllt und auch wieder entleert werden kann. Eine Umwälzung der Flüssigkeit kann zur Wärmeabfuhr erwünscht sein. Dazu ist ein Umwälzsystem vorgesehen, das mit Anschlüssen für Ein- und Auslauf, einer Pumpe P mit einem Antriebsmotor M und einem Vorratsbehälter R mit der Abschwächerflüssigkeit versehen ist. Bei Nichtgebrauch kann die Flüssigkeit aus dem Behälter abgelassen werden und dieser kann daraufhin zusammengefaltet werden.

Als Alternative zu der einstückigen ringförmigen Abschirmung nach Fig. 1,2 und 5 können mehrere einzelne gebogene Segmente oder Behälter 46 verwendet werden, wie beispielsweise in Fig. 6 bis 9 gezeigt ist. In Fig. 6 und 7 sind einzelne Behälter stirnseitig aneinandergereiht und werden um die Öffnung 28 (Fig. 1) zwischen die Ränder 30 und 32 gelegt. Nach Fig. 8 und 9 überlappen sich die Behälter oder die Segmente. Die sich überlappenden Segmente kommen dabei in unterschiedliche horizontale Ebenen zu liegen, um eine Sichtlinienabschirmung gegen Strahlung zu gewährleisten, wie in übertriebener Form in Fig. 9 dargestellt ist, um einen Luftdurchlass durch das damit gebildete Labyrinth zu erlauben. Eine derart segmentierte Abschirmung erleichtert deren Handhabung.

Bei beiden Ausführungsformen ist ersichtlich, dass der flexible Behälter das Personal auf (und über) dem Arbeitsboden 48 gegen Strahlung aus dem Reaktorkessel 20 abschirmt, indem die Sichtlinienverbindung über den Ring 26 und den Reaktorraum 50 unterbrochen ist. Dazu, nach Erlöschen des Reaktors vermindert die Abschirmung die Strahlung zum oberen Gebiet des Reaktors. Infolge der Flexibilität passt sich die Abschirmung jeder Ungleichmässigkeit in den umgebenden Flächen an und es können auch Öffnungen unterschiedlicher Grösse abgedeckt werden. Mit andern Worten, es werden keine präzisen Herstellungstoleranzen verlangt, um eine wirkungsvolle Abschirmung herzustellen.

Es ist auch erwünscht, die Öffnung 52 in der Seitenwand des Primärschirmes 22 zu verschliessen, welche Öffnung einen Durchgang für die Leitung 54, die zum Reaktorkessel 20 führt, bildet. Wie besser in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind mehrere Behälter 46 in den ringförmigen Raum 52 um die Leitung 54 eingesetzt. Wie bei den andern Ausführungsformen, sind die Behälter 46 mit einer die Strahlung moderierenden Flüssigkeit gefüllt. Fig. 3 und 4 zeigen eine andere Möglichkeit zum Haltern der flexiblen Behälter. Ein Netz 58 hängt von einem Aufhänger 60 herab und hält einen der Behälter 46. Es wird damit angedeutet, dass jede geeignete Aufhängung verwendbar ist. Auch hier können die verschiedenen Behäiter in verschiedenen Ebenen angeordnet werden, um einen Luftdurchgang durch die Öffnung 52 zu bilden.

Wie schon früher diskutiert, ist die Anwendung der Abschirmung nach der Erfindung nicht auf die nächste Umgebung des Reaktorkessels als Neutronenmoderator oder Absorber beschränkt. Die Abschirmung ist in allen Bereichen einer Atomkernspaltanlage nützlich und kann vor jeder Art von Strahlung, inklusive Beta-Gamma-Strahlung schützen. Obwohl

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

623159

die Abschirmung nach der Erfindung in spezieller Form dargestellt ist (zum Beispiel als Ring), ist es selbstverständlich, dass auch andere Formen je nach Verwendung der Abschirmung möglich sind. Zum Beispiel hat die Abschirmung gemäss Fig. 10 und 11 die Form einer Tasche oder einer Matratze.

In Fig. 10 ist eine potentielle Strahlungsquelle in Form einer Leitung 62 mit einer Abschirmtasche 64 umwickelt. Die Tasche ist ein flexibler Sack oder Behälter, der mit einer strahlungsab-schwächenden Flüssigkeit gefüllt ist. Die Taschen sind derart geformt, dass sie über eine beliebige Struktur, die eine Strahlungsquelle darstellt, geworfen werden können.

In Fig. 11 ist eine der Tasche aus Fig. 10 ähnliche Tasche 64 an einem mobilen Träger 66 aufgehängt mit dem eine Abschirmung zwischen einer Strahlungsquelle 68 und einem Arbeiter 70 aufgestellt werden kann.

Wenn die Tasche nicht benützt wird, kann sie entleert, kompakt zusammengefaltet und in einem kleinen Raum verstaut werden. Wir die Tasche erneut gebraucht, so wird sie über die abzuschirmenden Teile gelegt oder an einem Träger aufge-5 hängt und dann an Ort mit der Abschwächerflüssigkeit gefüllt.

Selbstverständlich kann eine derartige Tasche in einer beliebigen Anzahl von Arten befestigt werden, ohne dass die Erfindung verändert würde. Auch ist es selbstverständlich, dass die Taschen gemäss Fig. 10 und 11 an ein Umwälzsystem, wie ,0 bei Fig. 1 gezeigt, angeschlossen werden können.

Die Abschirmung nach der Erfindung stellt eine wichtige Verbesserung gegenüber den bekannten Abschirmungen dar, indem sie durch einen leichten, relativ billigen Behälter gebildet wird, der rasch an Ort gebracht und dort gefüllt werden kann, 15 um die Strahlung wirkungsvoll zu vermindern.

G

1 Blatt Zeichnungen

Claims

623 159 PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Abschirmung von bei der Kernspaltung und bei Tochteraktivitäten auftretender Strahlung, gekennzeichnet durch einen flexiblen, mit einem strahlenabsorbierenden Material (36) gefüllten Behälter (34,46,64). 5

2. Anordnung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (34,46,64) mit Mitteln (42,44) zum Füllen und zum Entleeren versehen ist.

3. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (46) mit Mitteln (58) versehen ist, io um diesen an einer Wand zu haltern.

4. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (34,46) ringförmig ist.

5. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (64) rechteckig ist. 15

6. Anordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (64) mit Mitteln zum Einhängen in einen mobilen Rahmen (66) versehen ist.

7. Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das strahlenabsorbierende Material (36) reine 20 wasserstoffhaltige, gelöste Borverbindungen enthaltende Flüssigkeit ist.

8. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorerst leere Behälter (34,46,64) an eine Stelle zwischen der Strahlungsquelle (20, 25 62,68) und dem zu schützenden Objekt (70) verbracht wird, und dass das strahlenabsorbierende Material (36) an Ort in den Behälter eingefüllt wird.