DE1514623A1 - Transportbehaelter fuer verbrauchte Brennelemente von Kernreaktoren - Google Patents

Description

• Transportbehälter für verbrauchte Brennelemente von Kernreaktoren '-Iie verlie-ende Erfindung bezieht sich auf einen Transportbehälter für verbrauchte Brennelemente von Kernreaktoren oder andere racioakt-ive Körper, die aus einer zentralen, unter Umst;int';en zusätzlich noch zur Aulnahme eines Kühlmittels geeigneten Kammer für diese Körper, einer diese Kammer umgebenden massiven Strahlenabschirmung, z.B. aus Blei, und wenigstens einer letztere uihgebenden weiteren Schicht beatehen. Neben der Strahlenabschirmung ist jedoch oftmals die Abfüh- rung der sogenannter, Nachzerfallswärme sicherzustellen,um Zerstörungen am'eingesetzten Körper; z.B. durch Uterschreit.en der zulässigen Temperatur der Brennstabhüllen mit 13icherheit zu vermeiden. Andererseits ist es aber notwendig, die Unversehrthcit der eingesetzten radioaktiven Körper auch- dann zu erhalten, wenn der Transportbehülter infolge eines Un'i'all's der Hitzeeinwirkung eines Brandes ausgesetzt sein sollte. Dabei wird angenommen, daß ein derartiger Brand, der z..b.-durch das Auslaufen eines Treibs#to#P-Pbeli#;ilters verursacht sein kann, innertialt einer Stunde soweit eir.gedz;in.mt ist, uaß er weiter keine Einwi.-kungen aurL' einen (icrart#-,#,-en Transportbe.hälter haben kann. i,--'r, solches Feuer wird datei als Standardfeuer bezeichnet. Dur der Rückwirkung der durch ein derartiges Feuer verursachten Eitze auf aen im Transportbehälter eingesetzter. strahlenden Körper ist dieser normalerweise noch mit einer Wärmeisolationsschicht umgeben. Es ist daher not-C> wendig, beiden Forderungen, nämlich nach einer Lluten oder ausreichenden Wärmeleitfähigkeit von innen nach außer, und im Erandfälle nach einer ausreichenden Wärmeisolation von auß.en nach innen, durch konstruktive Maßnahmen Rechnun- zu tra-eno CD Es ist in diesem Zusammehhang durch eine nicht vorveröffentlichte Anmeldung vorgesch-LageA worden, die durch einen Stahlmantel umhüllte Bleiabschirmung mit einer Wärmeisolationsschicht vor dem äußeren Stahlmantel zu umgeben. Zur Sicherstellung einer genügenden-Wärmeabführung wurden metallische Wärmeleitbrücken CD zwischen.den beiden Stahlmäriteln-vorgesehen. Es ist jedoch zu befürchten, daß diese Wärmeleitbrücken dann nicht mehrgenüggn, wenn Erennelemente mit hoher Nachzerfallswärme zu transportieren sind.
• Es wird daher erfindungsgemciß vorgescrilagen, daß die cie Bleiabschirmung umgetende Schicht erst teim #I.uftreten eines Feuers als Isollation wirkt, vorher jedoch eine gute Wibrme-Les-itzt. Für der. Aufbau sole.ner Schichten gibt .es verschieaene konstruktive Möglichkeiten, einige davon seien an Harij -der 'Figuren 1 tis 6 n5her erläu-,t-,ert.
• Die Figur 1 zeigt einer, derartiger. TiransportIvehälter imi Längsschnitt; der radioaktive Einsatz, 7..1-. ein 'rrenne2.emcr.t, ist mit 1 bezeichnet, es befindet sich die mit einem oberen Ansatz 21 mit dem äuft-rei# 6 varbunden ist. Cur Strahlenatschirmung ist außerhalb dieser Hülse 2 eine dicke Lleiatschirmung 3#vorgeschen, die wiederum von. einem-Stahlmantel 4 e#ngetchloseen ist. An diesem Stahlmantel 4 sind sogenannte Tragpoller 8 1-c-festigt, an denen Kranhakei#, Halteseile, G.dgl. befestigt werden können. Diese Tragpeller können dalei auch atnehmbar angeordnet sein. t#'l-Lt Ab- stand z,ii dem Stahlmantel 4 ist ein weiterer SItahlmantel 6 vorg-esehen. Ir. Zwi?chenraum 5 zwischen diesen teiden Stahl-,mänieln, sich ein ppröser oder saugfähiger Wärmeiselator, der-mit-einem durch Wärmeeinwirkung austreibbaren, verhältnisnäBig,gut wärmeleitendem Stoff getränkt ist. i,-Leser Stoff kann z-B#. Wasser sein oder auch Blei und kann im Schadensfall aus den sich bei Hitzeeinwirkungen öffnenden Durchbrechungen 7 deräußeren Stahlwand 6 entweichen. Diese Öffnungen 7 können regelmäßig über die gesamte Oberfläche des äußeren Stahlzylinders verteilt sein, dadurch beim Austreten der wärmeleitenden Flüs- sigkeit eine Dämpfung des äußeren Feuers bewirken und also.von vornherein den WärmeübEPrgang zum Transportbehälter wieder verm'ndern. Anstelle von Wasser kann z.B. auch Tetrachlorkohlenstoff oder ein anderer, auch zur Feuerlöschung geeigneter Stoffals Wärmeübertragungsmittel im Zwischenraum 5 zwischen den beider, Stahlbehältern 4 und 6 vorgesehen sein.
• Da es jedoch kaum anzunehmen ist, daß bei einem Schadensfeue r die Wärme von allen Seiten gleich stark auf den Transportbehälter einwirkt, erscheint es zweckmäßig, den Raum 5 zu unterteilen, was beispielsweise durch radiale ZwischenWände 0, ge--chehen kann. Die damit entstehenden, im #,uerschnitt segmentartiGen Kammern 51, siehe Figur 2, sind ebenfalls# mit sich unter flitzee-Inwirkung Uffnenden Durchbrechungen 7 versehen. Es ist damit üie Mlöglichkeit gegebeng daß nur aus einigen dieser Kammerr. 51 der wärmeleitende Stoff ausgetrieben wird, diese also ciann als Isolierräume wirken, wogegen auf der dem Feuer abgewandten Seite weiterhin eine Ableitung der im Inneren durch radioakt4.,jen Zerfal-. ents-tehencien Wärme müglic.n# ist.
• 4 Diese Unterteilung kann auch gemäß Figur durch eine konzentrische Zw-ischenwana in zwei konzentriEcile R;:>ume 54 und 555 erfolgen. Hier wird zunächst das Wärmeleitungsmittel aus dem äußeren Ringraum 54 ausgetrieben und erst später aus dem inneren Ringraum 55, so daß damit ein zeitlich gestaffelter' Ubergang vom gut wärmeleitenden in den isolierenden Zustand, je nach der Heftigkeit des Schadensfeuers, ermöglicht wird. Ein ähnlicher Fall, ist in Figur 4 dargestellt. Hier ist die Zwischenwand 93 durch ein eingelegtes Wellblech 91 ersetzt, wodurch die Räume 53 und 52 gebildet werden. In diesem Palle werden zunächst die Wärmeleitflüssigkeiten aus den Räumen 53 abdampfen und erst später auch jene Ante-ile aus den Räumen 52, so daß auch hier ein allmählicher Übergang vom wärmeleitenden in den isolierenden Zu stand je nacii der Energie des Schadensfei.ers iii#igilc--vl ist. Diese gewellte Wand 91 fungiert dabei ähnlich wie die Radialstege C) als Abstandshalter zwischen dem inrieren Sta-h.'Lz"llin(ler'4 und dem äußeren itahlzylinder 6. Die Bauel.emente '## und #l dienen dabei auc- als Wärmeleitbrücken, es ist daner zweckmäßig, sre wenigstens teilweise aus durch ärmeeinwirkun#r zerstörbare Materialien, also z.E-. leicht U sc#imc',izt2ntieii Legierungen zu -i . ertigen und damit tm Falle eines C-1 CD serir heftigen SIchauensfeuers den Wärmeübergang von außen nach innen noc!-. weiter zu verringern. einer FLüssigkeit als wärmele.itende Brücke im.Raum 5 un(i liäumen, wie in diesen Beis,pielen dargestellt, kann auch ein dichter, gut wärmeleitender Stoff zur Füllung der RHUmb 5, 51, 52, 53, 54 und 55 verwendet werden, der durch

  Ilitzecinwirkung aufschätmut. lDurch aie uadurch bedingte Volumen-

  zunahme wirfl er aijv-. der, nach auLen (.,ringen und auch

  clie Auf3criwaiidinr" des, Tr#iriportt-eii.;ilters mit ,icl.aum überziehen.

  Dieser Ist au,`grund seiner, lichen Geli#a-'-,tes all GaIctläschen nun-

  mehr ein 1-chlechter Wärmeieiter -,-,egenüber iem festen, dielilten

  geworden. Es können hierfür z.Er-. pulverförmige

  K'itoffe, verwer.det werden, nie von ulen l'r-ockenlii..#,.chver-Pahren her

  Le#.annt, und'age unter ",tzee;rtw- 1.kung Kohlen-

  Sc ',#iu re er. tw, ck ei l# u14.,1. dami t der, Lu l"4- v zu 4 4 t -,-rarid-iue-' le be-

  --ie Intensitit ues Feuers uem Transportbenältür gegen-

  über au#so wesentlich

  Zus,#itz.:,1.c',i j##;raLen auch die- auo. kier Technix bereits tekanr.ten

  Feuer- ',-erweriu-ur.,-- finclen, aie Lei

  ili tzeeinwirkunr- zu einem niCht l#rennt--aren un--,

  Kon,#', tr,ik tionsf--,1 uruertte vines so i c.".er. Tra.#-si ters (1-1 el

  innerer. sowie a--s auch j.Je ;,4.*u3c-r-en werden. T --

  4

  i-,-t ciieser Lac#.über2:u-- auf' de-m mit dem l#E-

  z versehen.

  in 5- iot eine weitere konstruktive üer vorl,' f#c#c-n,.-,en

  Er..finu'un-- dargestellt; hier sinc-, in --jen Zwischfenraumi zwischer.

  der, Sta.,i-,wänden 4 urici 6 Schläuche 94 j5 spiralförmig ei-.-1-

  ge-Legt,- in diesem Beispiel in zweil ale aurch die

  L,'Le(#hwar,ti voneinander getrennt si#.,#"i. Die wie auch

  die 56) sina dabei wiecter mJ_t WasuCr, Tetrachlor-

  kohlenstoff oaer ähnlichen --als w#irmeleitenden Medieri

  gefüllt. im brand.a'ile wird zur.,ächst die Flüssigkeit in den

  Zwischenräumen zu den hin ausdampfen und hinter-

  her erst langsam -jene in üen Gch-Ihuchen. ölese LösunE hat den

  Vortei,1,-daß auch im Falle eines rein- mechanischen Schadens

  ein iluoiau.L'er. der Flüssig-keit aus dem Inneren der Schläuche

  vermieden wird, daaß also die gute W,#i:.-meleitunr, zwischen innen

  und außen noch zum große'n Teil er-halten bleibt. Der in dieser

  4'i£,#ir ar#,-Büac-,- des Tra nz-1--.ortb(!h,#il tert dalrgestüllte Deckel 71

  dic:r.t einthal w#.o ci;e durch diese Linwirkung sich öffnenden

  Durchtrechur-Een 7 sozusagen als Sicherheitsventil,zum anderen

  aber auch als für uie #,#'cnliuclie und den Zwischen-

  raum 5U6

  Eine besonders eitilache Liisung ües ver-Iiegerder. Prohlüms mit

  Hilfe des Grundgecankens aieser Erfindung zeiCen die WiCurün

  6, üa, üb una t-i--. Hier ist uie 1-Unahlungsabschirmung 4 des

  mit mehrerer, sieh gegenseitig atstützenden

  E,Iechc,.cii,aler. t-,', #,' und t)3 umg .,el.en. D-ese Blechschalen Kinns#n

  v #, r2, il t, n .; s m; c.lü,."r. sein, da sie nur die Aufgabe haben, -,ich

  Oeltst zu t,!»a4,e,#« F 19#i-- 6 zeli It czJt,#eii Lhingssehnitt durch diese

  Anordnung, ua einen Querschnitt, et einen Teilausschnitt dieser

  ,irei -M*i' t Atotani -angeordneten am ,-",linr#erfUrr.igen Man-

  tt3-' una Figul, c _;ü Anordn-An- 7-Icche Ürt Deckel.tei" des

  ers c i- c c chscha --, er. z-.c# r.n,4# t' f- i nf ac'., en Abs tand shal-

  tern L,41 getrennt, uie -so k-csta'Ltet sein können,

  daß eine nach -aer an-,Je.ren -in die darunterliegende cin-

  gehähigt werden kann. Das wesentli-che bei diesen Schale n ist nur, daß sie mit Luftdurchtrittsöfffnungen 60 versehen sind, so daß wie in Figur 6 durch Pfeile dargestellt, durch-Luftzirkulation eine einwandfreie Kühlung des Abschirmmantels 4 möglich ist. Zweckmäßigerweise werden'diese Luftdurchtritteöffnungen gegeneinander versetzt angeordnet. Ein weiteres wesentliches Merkmal. dieser Konstruktion besteht darin, daß die Blechschalen 61, 62 und 63 beidseitig mit einem an sich bekannten, hitzebeständigen, jedoch unter Hitzeeinwirkung zu einem nicht brennbaren Wärmeisolationsmantel aufschäumenden Lack versehen sind. Dieser kann aus mehreren Komponenten schichtweise aufgebaut sein. In der Figur 6b sind diese Lackschichten mit 610, 620 und t#30 bezeichnet. Die Abstände zwischen den einzelnen Blechen und die Schichtdicke des Lackes sind-so bemessen, daß der unter 1.lit,',ewirkung aufschäumende Lack; diese möglichst vollkomi#en ausfüllt und eine poröse gute wärmelsolierende.
• -Masse 65 tildet. Damit ist gewährleistet, daß die bei einem Otandardfeuer entstehende Hitze nicht zur Aufheizung des im Inneren des Abschirmbehäliers befindlichen radioaktiven Materials beitragen kann. Die Deckelkonstruktion dieser gelochten Blechmäntel ist ebenfalls sehr einfach, sie ist aus Figur 6c zu entnehmen. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt nicht nur in seiner bestechenden -.-'jin-facliheit, sondern auch darin, daß nach einem Um-,"all, wenn also das Standardfeuer gelöscht ist, die aufgeschäumte Wärmeisolation durch Abspritzen des gesamten Behälters mit einem scharfen Wasserstrahl,.der auch in die Zwischenräume eindringen kann, beseitigt wird, so daß damit dann sofort wieder normale Kühlungsverhältnisse herrschen. Selbstverständlich sirid auch noch andere konstruktive Lösungen möglich, die deir, Prinzip der vorliegenden Erfindung entsprechen, nämlich im Normalfall eine gute Wärmeleitung zwischen innen und außen, bei einem Schadensfeuer jedoch eine zunehmende Umwandlung dieser Wärmeleitung in eine Wärmeisolation mit Hilfe verdampfender-oder aufschäumenaer Sto..t'fe zu erzielen. Auch die in den Figur'en dargesteUte äuf.lere Gestalt eines Transportbehälters kann entsprechend den jeweilii.;en Bedürfnissen abgewandelt werden,- so ist es z.B. auch rrbc--lichg den äußeren Stahl.-rriantel C, zugl.eich als )to.ßrahmc-n auszutilden. Ein derartiger toßrahmen ist nei- stens notwendig, dam.it der Transportbehälter auch bei einem Sturz aus einigen Metern Höhe unverletzt bleibt.

Claims (1)

1. Patentansprüche Transportbehälter für verbrauchte Brenrielemente vor, Kernreak- toren oder andere radioaktive Körperg testehend aus einer zen- tralen unter Um.-#-tI#-;riaen nocl, zur itui'r.a".me eines Küh,1- mittel-, geeigneten Kammer für diese KÜrper, einer diese Kammer umi,ebenden, maosiven StaLilenabscnirn;un-, z.B. aus Blei unü wenig- ci C-2 stens einer letztere umgebenc.en weiterer, Schicht, dadurch ge- ker.Yizt#i("iinet', nals cliese k#Jeh-Icht erst :I#iftreten eines Feueres als !so,:.-ati.on wirkt, vorher jeac)ci., eine ..itfe be-'-,itzt. 2. Transportt"erläl+.ei.- nach Ans.pruch 1 , aa-aurch gekennzeichnet, uaß tD die Sz#hiCht. aus E-"4-nem porb",Lr. ouer Wärmeisolator besteht, der mit einem uurcii Wärmeeinwirkung au--treibbaren, verhältnismäßig ##ut wärmeleitenuen wie z.h. Ioasser, Tetrachlorkohlen.-toff ccLer eir.#err, anderen auch zur Feuerlösc-hung geeigneten Stoff, getränkt unn. nach außcri durch eine- Stahlwanu geschützt ist, die mit sicr, unter Hitze-einwirk:ing öfffnenaen CD Durchbrechungeri versehen ist. Trans'portbehälter nach Ansl,ruch 1 unu ---, uadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus mehrerenkonzentrischen S-,iialen besteht und somit die ljlnwandlung der einzelnen Schalen vom gut wärmeleitenden in den isolierenden 'Zustand zeitlich gestaf'felt erfolgt. zeichnet, Transportbehälter nach Anspruch 1 und dadurch gekenndaß die Schicht nurch-radiale Zwischenwände in einzelne Segmente utterteilt ist. Transportbehälter nach Anspruch 1 und 2-, dadurch gekennzeichnet, daß die ichicht durch die Zwischerilage eines gewellten Bleches, das gleictizeitig Zur Abstancishaltel-ung der tegrenzenden Stahlwände dient, unterteilt ist. 6. Tiransi.ortbeli-i-,Itcr nach An.##pruch 1 una ciadurch gekennzeichnet, daß clie die Öc'.t-.iclit begr(3iizc.ridc-ii durch ir.t#tal.,ische KonstruktionseIemente auf oibstarid gehalten sini, die als 'Wärme- brücken dienen wenigstens teilweise beim Auftreten besonders hoher, Außentemperaturen zerstbrt werden. 7. Transportbehälter nach Anspruc-h unc C-#, dadurch gekennzeichnet, daß die Schici."t wenigstens teilweise aus einem dichten, gut wärmeleitenden 3toff besteht, der durch Hitzeeinwirkung auf'-sc hä-umt-* 8. Transportbehälter nach Anspruch 1 und i, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Stahlwand des Transportbelhälters mit einem bitzebeständigen Lack versehen ist, der bei Hitzeeinwirkung zu einem nicht brennbaren und wärmeisolierenden Uberzug aufschäumt. Transl#ortbehälter nach Arispruch 1 Lis el, da(iui-uii daf3 die die Schichten begrenzenaen l"onotrtiktionsel.em(-#rite des Ti:,ans"ortLeliältei#s mit einem Lack überzogen sind, der bei Ilitze- einwirkunG nach uem Verschwinaen der, wärmeleitenden Meaien zu ei.ner Pufschhumt. Transl oi-tteri.,i # ter nach jinspruch 1 , daGurch gekennzeichnet, daß o,ie massive Btrahlenabschirfftung mi t Abstand von vorzugsweise nehreren, uich gegenseitig al),-tützendcn, mit Lui"tzirktilations-* üffnungen Blechschal.eri umgeben ist, die mit einem ari sl#.,#i, h..c.kannten, hitzebesVindigen, jedoch unter flitd-,ceiriwir- zu einem ni,#nt trenniireii dc-i# Ilacj;' Üer ali#-: mehrerfu. aufgetragenen Komponciiten -1-*L-(#2"#-"(#,# iiici oue, ;l, dadurch tek(,nnzeiefinet, aal' ule .us wertigstenr- einer 1,age eines mit Wasser oder zur geeiGneteri '.Stoff gefüllten und d(-r Zwischerirar-um zwischen den begrenzen- ur.u ueij mit 'Wasser i t