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Massiver Transportbehälter für wärmeerzeugende radioaktive Massen
Die Erfindung bezieht sich auf einen massiven Transportbehälter für wärmeerzeugende
radioaktive Massen, bei dem die zu transportierenden Massen in einem Einsatz aus
gut wärmeleitendem Material innerhalb des Behälters und mit Abstand von dessen Innenwand
gehaltert sind. Derartige Transportbehälter sind bekannt (französische Patentschrift
1269 764).
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Beim Transport von wärmeerzeugenden radioaktiven Massen, insbesondere
bei bestrahlten Brennstoffelementen aus Kernreaktoren, bei Neutronenquellen u. dgl.,
muß für einen ausreichenden Strahlenschutz gesorgt werden, der mit Rücksicht auf
die zulässige Strahlendosisleistung an der Behälteroberfläche, durch entsprechende
Bemessung der Transportbehälterwanddicken, gewährleistet wird. Darüber hinaus muß
auch die durch die radioaktive Strahlung der Brennelemente oder anderer radioaktiver
Massen erzeugte Wärme aus dem Inneren des Transportbehälters an die Umgebungsluft
abgeführt werden. Für die Wärmeabfuhr aus dem Behälterinnern sind grundsätzlich
zwei Möglichkeiten bekannt. Die Wärme kann entweder über zwei Kühlkreise, wie beispielsweise
in der deutschen Auslegeschrift 1078 701 beschrieben, einen Primär- und einen Sekundärkühlkreis,
nach außen abgeführt werden, oder aber man begnügt sich nur mit einem Primärkühlkreis
im Behälterinnern und führt die Wärme durch Leitung durch die Behälterwandungen
hindurch an die Außenluft ab, wie z. B. in der deutschen Auslegeschrift
1119 427 beschrieben. Die Verwendung eines äußeren Sekundärkühlkreises in
Form von außen angebrachten Wärmetauschern (z. B. Rippenrohrkühler) hat den Nachteil,
daß beispielsweise bei einer Beschädigung desselben während des Transports dieser
Kühlkreis außer Funktion tritt und; d `airl unter normalen stationären Bedingungen
nicht mehr die Gewähr dafür gegeben ist, daß alle im Behälter entstehende Wärme
nach außen abgeführt werden kann. Die Folge einer solchen Unfallbeschädigung wäre
ein Wärmestau mit dem Ansteigen von Druck und Temperatur im Behälterinnern. Die
für den Bau solcher Behälter erlassenen scharfen Vorschriften verlangen überdies,
daß auch im Fall des Verlustes des Primärkühlmediums, welches flüssig oder gasförmig
sein kann, die Wärme durch eine sich im Behälter ausbildende Luftzirkulation durch
Konvektion und Leitung von den wärmeabgebenden radioaktiven Massen (z. B. Brennelementen)
und den sich aufheizenden inneren Behältereinbauten an die im Behälter für die Wärmeableitung
vorgesehenen Bauteile abgeführt werden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
den Transport von Brennelementen oder radioaktiven Massen, wie etwa Isotopen, welche
auch während des Transports Wärme erzeugen, zu gewährleisten, auch wenn das an sich
im Transportbehälter vorhandene Kühlmittel infolge eines Unfalls oder sonstigen
Schadens verlorengegangen ist.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es besonders einfach
und vorteilhaft ist, die aus dem Innern des Transportbehälters abzuführende Wärme
direkt durch die Wandungen nach außen abzuleiten. Für den Fall des Verlustes des
inneren Kühlmediums kann mit einer inneren Luftkühlung gerechnet werden. Die Temperatur
des Kühlmittels innerhalb beispielsweise eines Brennelementhaltegitters nimmt infolge
Wärmeaufnahme,vom Boden zum Deckel des Transportbehälters zu: Mit dieser Temperaturzunahme
ist eine Dichteabnahme des Kühlmittels von unten nach oben verbunden, wodurch ein
Auftriebbewirkt wird. Das von den Brennelementen erwärmte Kühlmedium strömt im Außenraum
zwischen Haltegitter und innerer Behälterwand unter Wärmeabgabe an die Behälterwand
nach unten zurück, wobei sich die Temperatur erniedrigt und die Dichte erhöht. Für
die Zirkulation ist die Differenz der mittleren Dichten beider Seiten maßgebend.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht bei einem Transportbehälter
der eingangs genannten Art darin, daß an der Innenwand des Transportbehälters gut
wärmeleitende rippenartige Bauelemente befestigt sind, die mit dem Einsatz in. direktem
wärmeleitendem Kontakt stehen. Zur Aufnahme und Halterung der zu transportierenden
Stoffe befindet sich im Innern des Behälters ein auszieh- bzw. auswechselbarer Einsatz,
welcher mit den inneren wärmeabführenden Bauteilen durch metallische Berührung
wärmeableitend
verbunden ist. Vorteilhaft sind die wärmeabführenden Teile rippenartig: ausgebildet;
die zum Zweck der guten metallischen Verbindung mit dem äußeren und inneren Stahlbehälter
verschweißt sind. In vorteilhafter Weise können die rippenartigen Bauelemente radial
und in senkrechter Richtüng parallßl -,zur: Behälterachse -angeordnet-.sein., Sie
VQnnen zur Vergrößerung ihrer Oberfläche gewellt oder gezackt ausgeführt werden.
Unter besonderen Umständen sind auch 'andere geometrische Anordnungen denkbar.
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Zur näheren Erläuterung des Gegenstandes der Erfindung ist in F i
.g. 1 ein Aufriß und in F i g. 2 ein Querschnitt eines Transportbehälters dargestellt.
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An der äußeren Wandung 1 des Transportbehälters sind wärmeableitende
rippenartige Bäuelemente 2 befestigt, in diesem -Fall -radial vom Behälter und senk-.
recht stehende Längsrippen.
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Die Behälterwandung und die rippenartigen Bauelemente können beispielsweise
aus Stahl gefertigt sein. Zwischen der äußeren Wandung 1 und der inneren Wandung
3 befindet sich eine Strahlenabschirmung 4, die beispielsweise aus Blei bestehen
-kann. Auf der inneren Wandung 3 sind gut wärmeableitende Bauelemente 5 befestigt,
welche beispielsweise radial in den Behälter hinein gerichtete senkrecht stehende
Langrippen sind, die durch metallische Berührung wärmeableitend mit dem inneren
Einsatz 6, z. B. einem Haltegitter für bestrahlte Brennelemente 6, verbunden sind.
Die inneren rippenartigen Bauelemente werden dadurch zur Wärmebrücke zwischen dem
inneren Haltegitter und der inneren Behälterwand, über welche ein Teil der innen
erzeugten Wärme direkt durch Leitung abfließen kann, während der Wärmerest von der
zirkulierenden Kühlmittelströmung durch Konvektion übertragen werden muß. Der Einsatz
6 ist dabei, beispielsweise zum Zweck der Dekontamination oder bei Verwendung des
Behälters zum Transport anderer Elemente heraus- bzw. auswechselbar ausgebildet.
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Zur Füllung des Transportbehälters mit einer Kühlflüssigkeit,
-beispielsweise Wasser, führt ein Rohr 8 durch die äußere Gefäßwand
1, durch die Strahlenabschirmung 4 und durch die innere Gefäßwand
3.
Durch dieselbe Leitung kann auch der Behälter geleert werden, indem über
eine im Deckel 10 sitzende Leitung 9 Druckluft gedrückt wird. Der Vorteil,
den Behälter auf diese Art und Weise zu.- leeren, besteht darin, daß das die. Leitung
8 nach ihrem Austritt aus dem Transportbehäler abschließende Ventil während des
Transports beschädigt werden kann, ohne daß das -Kühlmittel v6rlbrengeht, wie :das
bei einer nach. unten austretenden Leeitiing- der Fall Wäre., Vorteile bietet diese
Konstruktion gegenüber Schlagbeanspruchungen,. wie sie etwa bei einem freien Fall
des Behälters' entstehen können. Die für den Bau von Transportbehältern für radioaktive
Massen aufgestellten Vorschriften verlangen den Nachweis, daß ein Behälter einem
freien Fall aus etwa 5 m Höhe ohne nennenswerten größeren Schaden überstehen muß.
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Die in der beschriebenen Weise aufgesetzten rippenartigen Bauelemente,
die sich nach innen bis auf den festgefügten Einsatz 6 abstützen,, versteifen den
Behälter derart, daß größere,Deformationen, die zum Bruch an irgendeiner Stelle-
führen könnten, nicht auftreten können.