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Transportvehälter lür verbrauchte Brenrielemente von Kernreaxtoren
Die beim Betrieb von Kernreaktoren verbrauchten Brennelemente sina sehr stark radioaKtiv
und erzeugen auiJerdem noch sogenannte Nachzerfallswärme. Für ihren Transport au2erhalb
aes Reaktors müssen daher besondere Behälter vorgesehen wernen, ale die radieaxtive
itrahl-ung aer verbrauchten Brenneleaiente nach au.,3en abschirmen una au2erdem
eine aulsreichenae Kuhlung aer eingesetzten Brennelemente gewährleisten. #Jolche
Transportbehälter müssen aufJerdem so
stabil sein, daß-sie bei einem
möglichen Unfall, bei dem sie z.B. einen Sturz aus einer Höhe von mehreren Metern
erleiden una sich danach evtl. sogar noch etwa 1 Stunde innerhalb eines Feuers
belinden - es konnte in den Untall z.B. ein Tan.Kfahrzeug mit örennbarer
FlüssigKeit verwickelt sein - überstehen, ohne daß die Umgebung durch austretenae
Raaioagtivität gefährdet würaje una ohne da3 das Brennelement ,zelbst ichaden leiaet.
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Zur Lösung aieser Aufgaben sind Transportbehälter aus Gtahl bekannt
geworden, ale eine Bleiabschirmung gegen die raaioaktive Strahlung der eingeführten
Brennelemente sowie einen Gehutzmantel aus btahl enthielten. Derartige Behälter
konnten in einen starken stählenern Stoßrahmen gesetzt werden, der zum Schutz des
Behälters mit wärmeisolierenden Wänden verxleiaet wurde. Zur Abfuhr der Nachzerfallswärme
der im Behälter beilndlichen Brennelemente muljte in einem solchen Falle l"ür Kühlluftölinungen
gesorgt werden. Diese Lösung hat aber aen Nachteil eines sehr großen technischen
Aufwandes, so müssen z.B. die sich im Falle einer äußeren Temperaturerhöhung schließenden
Kühllul'töl'I-nungen nach Erlöschen des Feuers wieder von Hand geöffnet werden.
Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, den Behälter mit einer kräftigen Umhüllung
aus Hartholz zu versehen, das im Feuer gegebenenfalls teilweise verkohlt und dabei
wärmeisollert. Diese Lösung hat aen Nachte;l, uaß aie Abfürung der Nachzerzallswärme
aus dem Behälter im Normalbetrieb wesentlich durch die HolzBehicht behindert wird.
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Die vorliegende Erfindung verringert diese Nachteile in hohem
Vaße
und bezieht sich auf einen Tranaportbehälter für verbrauchte Brenneleatüte von Kernreaktoren
mit eingebauter Abschirmung gegen radioaktiver Strahlung. Erfindungegemäß ist die
äußere mit Trageinrichtungen verbundene Stahlwand
des Behältern von einer
| Isolierschicht einstellbarer Wirkung 6 sowie einem Schutztantel |
| ist |
| umgeben und dieser Schutzmantel durch metallische Brücken de- |
finierter Wärzeleitfähigkeit mit der Stahl,wand zentrierend vorbunden. Diese Verbindungselemente
halten die aus Stahl
be-
stehenden Begrenzungewände der Isolierschicht auf
Abstand und bestimmen aufgrund ihrer Form, es können Stege# Blechbänder-oder auch
Bolzen seing die Wärmeleiteigenschaften der Isolierschicht. Die Isolierschicht selbst
besteht dabei aus temperaturempfindlichen Materialieng wie Keramikg Steinwolleg
Glaswolle oder ähnlichem. Zusätzlich kann dieselbe noch mit einer verdampfbaren
unbrennbaren Flüssigkeit getränkt sein, Auch kann
es zweckmäßig sein, die
Isolierschicht durch reflektierende Notallbleche oder -folien in mehrere Schichten
parallel zur Mantelfläche den Behältern aufzuteilen.
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Sinngemäß erstreckt sich die Wärmeisolierung auch auf den Bodenteil
sowie den Deckelteil den Behälterag der mit ähnlich aufgebauten Vergehlußstopfen
verschlossen ist.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Figuren
'l und 2 verwiesen. Figur 1 stellt eine Außenansicht einenderartigen
Transportbehältera darl während Figur 2 den gleichen Behälter um 900
gedreht
und teilweise im Querschnitt zeigt.
Im Inneren dieses Transportbehälters
belindet sich das verbrauchte Brennelement 1. Es hängt in.diesem Beispiel
an einem Kopfatück 11,
das wenigstens teilweise mit Blei'jl zur Abschirmung
gefüllt iß t und sich auf entsprechenden Flächen des Behältereineatzes 41 aus Stahl
abstützt. Durch Schrauben 12 ist es mit diasem starr verbunden. Der innere Hohlraum
21 des Transportbehälters, in dem das Brennelement 1 sitzt, wird von einem
Stahlrohr 2 gebildet. AÜßer-r halb dieses Hohlraumes 21 bef'indet sich die Bleiabachiemung
3, die nach außen hin wiederum von einem Stahlmantel 4 umschlossen ist. Dieser
Stahlmantel'4 ist mit dem Einsatz 41 des Tranaportbehälters gaedicht verschweißt
und wird unter Belassung eines Zwisch'eliraumee von einem ebenfalls stählernen Schutzmantel
5 umgeben. Der Zwischenraum zwischen diesen beiden Mänteln 4 und
5 ist dabei mit Ieolierstoff, wie z.B. Glaewolle oder öteinwolle, gef'Ullt.
Der Abstand wird in mechanischem Sinn durch Verbindungselemente 7 bzw. '(1,
die die Gestalt von Stahllaschen oder von Bolzen haben, gewährleistet. Sie sind
mit den beiden zu verninaeitden wänden verschweißt. Im Falle der Verbindungslas
. chen 7 wird zunächst die Schweißverbindung zu dem Außenmantel 4
hergestellt und dann der öchutzmantel 5 übergeschoben. An den Berührungsatellen
mit der Verbindungslasche '/ ist dieser.Schutzmantel mit einem Schlitz versehen,
der anschließend dÜrch eine Schweißnaht, die auch das Verbindungsglied 't erfaßt,
verschlossen wird. Im Falle der Verbindungebolzen kann so vorgeganger werden, daß
diese im Yreßsitz in Außenmantelbohrungen eingeachoben und anschließend mit den
Bohrungen.des Schutzmantele 5,aurch die sie eingetührt wurden, verschweiAt werden.
Am
oberen Ende-des Behälters sind seitlich Kräftige Tragzapfen 42 eingesetzt. bie sind
z.B.. zur Verringerung der Wärmeleitung hohl und mit dem Außenmantel 4 verschweißt.
Nach oben ist der Behälter mit einem Deckel ö verschlossen, der in seinem
Inneren ebenfalls wieder eine Isolierschicht ö3 enthält. Er stützt sich über
ctie.Teile til gegenüber dem Oberteil 41 ab. In diesen Teilen sind außerdem die
Befestigungsbolzen ö2.gefuhrt.
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Die Isolation des Transportbehälters hat die Eigenschaft, daß ihr
Wärmeleitwert nicht wesentlich mit der Temperatur ansteigt im Gegensatz zur äußeren
wärmeübergangszahl des Schutzmantele, die bei einem öchaaensfeuer gegenüber derjenigen
bei Normaltemperatur vor allem infolge der Wärmestrahlung den 20 bis 60-.fachen
Wert erreicht. Der Wärmeleitwert der Isolationsschicht wird mit Hilfe der Verbindungselemente
7 bzw. 71 so eingestellt, dag das Blei 3 innerhalb des Behälters
im Falle eines Brandes seine Schmelztemperatur nicht erreicht. Hieraus ergibt sich
bei Normaltemperatur ein relativ Kleiner Temperaturabiall in der Isolierung in der
Großenordnung von be.spielsweise 200 C, der die Kühlung der Brennelemente
selbst nicht nennenswert beeinträchtigt, insbesondere nicht bei einem gasförmigen
Kühlmittel.
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Durch den kräftigen behutzmantel 5 aus Stahl, der unter Umstanaen
noch mit nicht dargestellten Vereteirungsrippen versehen aei*n kann. die gleichzeitig
auch als Kühlflächen mitwirken können, ist dafür !;orge getragen, daß die Isolier'schicht
nicht durch eine Beschädigung während des öturzes groLlflächig weggerissen wird.
Auch bei
örtlich sehr großen seitlichen Drücxen infolge eines Sturzes
bleibt die Isolierrähigkeit des Isoliermaterials t erhalten. Durch die Verbindungselemente
7 bzw. 71 und auc'h durch die nicht dargestellten eingebauten Reflexionsfolien
ist die Isolierma:see so gehaltert, daß sie auch bei großen Transporterschütterungen
nicht zusammensackt und größere Flächen ireigibt.
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Durch die gaadichte Schweißkonstruxtion des Außenmantels sowie des
Schutzmantels xann ein aerartiger Transportb..ehälter auch leichdekontaminiert werden.
Da uei einem Schadensfeuer im Isollerraum b ein großer Druck entstehen kann, ist
eine nicht dargestellte Bersteinrichtung vorgesehen, z.B. in Gestalt einer Platzmembrane,
die datür sorgt, daß dieser Überdruck keine schädlichen Ausmaße annehmen kann4 Die
Isolierung des Deckels 8 überlappt die Isolierung des Transportbehälters,
so daß eine größere Wärmeleitung an dieser Stelle vermieden wird.
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Diese TranBportbehälterxonstruktion mit dem einstellbaren Wärmeleitvermögem
der Iaolationsachicht 6 gewährleistet nicht nur das Festbleiben der Bleiachicht
auch bei sehr hohen Außentemperaturen, da der Außenmantal 4 des Tranaportbehälters
weit unterhalb der Schmelztemperatur des Bleies verbleibt, vielmehr erreichen
auch die Brennstäbe des eingesetzten Brennelementen una damit deren Hüllrohre
die zogeaaunte Fohlertemperatur nicht, bei der die Hüllrohre durch den wachsenden
Innendruck der Spaltgase über ihre Pentigkeitagtenne hinaus beansprucht weraen.
.Da
der Behälter auch bei einem Feuer nicht verändert wird, braucht er zur Sicherung
der Wärmeabfuhr später keine besondere Wartung. Da auch, wie bereits erwähnti das
Blei nicht zum Schmelzen kommt, kann sogar eine gewisse Deformation der bleigefüllten
Abschirmung bei einem evtl. Absturz zugelassen werden. Dadurch werden wesentliche
Einaparungen an einem Stoßrahmen möglich, in dem dieser -Trangportbehälter.normalerweine
gelagert wird und der nicht besonders dargettellt ist.
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Da das Blei nicht schmilzt, kann außerdem auf die bei anderen
Ausführungsformen bekannten Auedehnungsräume verzichtet werden. Weiterhin kann die
Isolationanchicht b mit einer verdampfbaren und unbrennbaren Flüssigkeit,
wie z.B. waeser, getränkt werden. Hierdurch wird die Wärmeleitung im Normalbetrieb
in günstiger weise erhöht. Dde Wasser nimmt außerdem bei einem Schadeneleuer einen
großen Teil der von außen eindringenden Wärme auf und verdampft durch die Plat£MeMbranen.
Anschließend herrschen die gleichen Verhältnisse, wie sie vorbesehrieben wurden.
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Die äußere und innere Form einen derartigen Tranaportbehältero muß
nicht zylinderförmig sein, -es werden selbstverständlich dem jeweiligen Verwendungezweck
angepaßte Formen Verwendung finden, wobei auch mehrere Schielkten aus Stahll Blei
und leolationsatollen vorgesehen sein können. Allen gemeinsam ist jedoch wenigstens
eine spezielle, in ihrem Wärmeleitwert eingestellte Wärmelsolationschicht außerhalb
der BleiabBchirmung.