DE1864390U - Beschickungs- und entnahmevorrichtung fuer atomreaktoren. - Google Patents

Description

Patentanwälte Beetz u. Lamprecht

Diplomingenieur· M Qn chen 22, Steinsdorfifrilje 10

410-8058G 8.10.1962

COMMISSARIAT A !'ENERGIE ATOMIQUE, P a r i ·β 7^me, Frankreich

Beschickungs- und Entnahmevorrichtung für Atomreaktoren

Die vorliegende Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung, zur Beschickung eines Atomreaktors mit Brennstoffelementen und "V für die Entnahme derselben. -■■

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, das Arbeiten einer solchen Vorrichtung besonders sicher zu gestalten, indem in Kombination mit einer Schleusenvorrichtung für den wahlweisen Verschluß oder für das Freilassen eines oberhalb des Reaktorkernesbefindlichen geeigneten Durchlasses für die.Brennstoffelemente ^; eine besondere Handhabungsvorrichtung verwendet ist, die einen gepanzerten Korb aufweist, in dessen Innerem eine Greifzange betätigt werden kann, wobei die verschiedenen.Arbeitsgänge dei¹ Betätigung der Schleusenvorrichtung und. des Korbes nacheinander erst nach der Verriegelung einer Gesamtheit von Sicherheitsvorrichtungen erfolgen kann, die jede falsche Betätigung seitens der Bedienungsperson ausschaltet. ,. ■ - . -..

Die Vorrichtung zur Beschickung und Entnahme umfaßt, zu diesem Zweck verschiedene voneinander ge.trennte Seile, und zwar

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einen Drehschieber als Verschlußglied, der die Porm einer hori- ■. zontal liegenden Scheibe mit vertikaler Drehachse besitzt und' \ zwei einander diametral gegenüberliegende rechteckige Öffnungen aufweist, von denen die eine der Aufnahme bzw. dem Durchgang eines Spundes dient, der beim normalen Betrieb eine Durchlaßöffnung des Verschlußteiles oder -deckeis des Reaktors verschließt, während die andere Öffnung für den Durchgang der Brennstoffelemente des Reaktorkernes bestimmt ist. Dabei dient ein Hilfskorb für das Zurückziehen und die Aufbewahrung des . ".-Verschlußspundes, der von einem beweglichen Tragarm durch Drehung seitlich verschiebbar gehalten ist, um die Durchgangsöffnung für die Brennstoffelemente freizugeben. Außerdem ist ein . Hauptkorb vorhanden, der in seinem unteren Teil eine drehbare Buchse aufnimmt, die mit einem rechteckigen Durchlaß versehen ist, desssn Querschnitt mit demjenigen des Durchlasses im Yerschlul teil übereinstimmt, während im oberen Teil des Hauptkorbes ein. Steuermeohanismus für eine Handhabungs-Zange angebracht ist, die sich im Inneren des Hauptkorbes in einem Kanal verschieben -.-. kann, dessen Querschnitt mit dem Durchlaß in der drehbaren Buchse übereinstimmt.

Abgesehen von dieser-hauptsächlichen Torrichtung umfaßt die Maschine für die Beschickung und für die Entnahme gemäß der leuerung gewisse zusätzliche Einrichtungen, die sich vorzugsweise gleichzeitig verwenden lassen_?und von denen-im folgenden ausführlicher die Rede ist. " ' -

Die Neuerung läßt sich mit Hilfe der folgenden Besehrei- -V

"bung des .in der Zeichnung;,dargestellten Ausführungsbeispiels -..;■ ;-. besser verstehen. -"""■"

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung die Schleusenvorrichtung TdZW-. den drehbaren Verschluß, wie auch den Hilfskorb für die Aufbewahrung des Verschluß- -V Spundes j _ ...

Fig. 2 stellt in größerem Maßstab eine Einzelheit des Hilfskorbes dar}

Pig. 3 läßt eine weitere Konstruktions-Einzelheit erkennenj^:

Pig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung die Gesamtheit der neuerungsgemäßen Vorrichtung mit dem Hauptkorb und der Schleusenvorrichtung oberhalb des Reaktor- _;. kernes.

Es sei zunächst bemerkt, daß die Vorrichtung, die den Gegenstand des Ausführungsbeispiels bildet, speziell dafür geeignet ist, die Beschickung oder Entnahme von plattenförmigen Brennstoffzellen durchzuführen, die die Porm von parallelepipedischen Gehäusen besitzen, deren jedes an seinem oberen Ende mit einem Griff versehen ist, um welchen sich die Backen einer Greifzange schließen können, die für die Handhabung benutzt wird. Jedes Gehäuse einer solchen Zelle besitzt bei dem gewählten Beispiel einen viereckigen oder quadratischen Querschnitt und die Gesamtheit dieser Gehäuse ist im Kern des Reaktors nach Art zweier konzentrischer aneinander angrenzender Ringe verteilt, die im folgenden als innerer und äußerer Kranz bezeichnet sind ο . -

Diese ringförmige Anordnung des -Reaktorkernes-weist u.a..- _;

den Torteil auf, daß für das Entnehmen der Zellen nur eine einzige Öffnung "bzw. ein einziger Durchlaß in· dem Verschlußteil oder Deckel vorhanden zu sein braucht, der sich auf dem oberen Teil des Reaktors befindet und denselben verschließt. In der Tat genügt es, diesen Durchlaß genau oberhalb des doppelten Kranzes von Brennstoffelementen anzuordnen;und den Reaktordeckel um die Achse des Kernes drehbar anzubringen. Auf diese Weise kann man, indem man dem betreffenden Durchlaß einen rechteckigen Querschnitt gibt, dessen lange Seite doppelt so groß wie die Seite eines Zellengehäuses ist, bei jeder aufeinander folgenden Stellung des drehbaren Deckels oberhalb des Reaktors die Einführung oder Entnahme zweier gehäuse durchführen, die auf ein und demselben Radius im inneren bzw. äußeren Kranz liegen.

Entsprechend dem oben Dargelegten ist in Mg, 1 in perspektivischer Darstellung die Gesamtheit der Elemente zu erkennen,' die den oberen Teil eines Reaktors dieser Art bilden. Insbesondere verschließt der Verschlußteil 1 den oberen Teil des nicht dargestellten Kerns und ruht auf einer ringförmigen Stützfläche 2 des Strahlenschutzschirmes 3, der den gesamten aktiven Teil umgibt. Der Verschlußteil 1 selbst ist in genügender Stärke aus einem Material hergestellt, das sich für die Bremsung gefährlicher Strahlung eignet, die dem Kern des Reaktors beim Arbeiten desselben entstammt. Der Verschlußteil ist oben mit einem Zahnkranz 4 versehen, der mit einem nicht dargestellten Steuerritzel in Eingriff ist und die Rotation des Verschlußteils um seine Achse gewährleistet. Außerdem besitzt der Verschlußteil für den Durchgang der Brennstoffelemente einen

vertikalen Durchlaß 1a, von dem oben gesprochen wurde und dessen Aufgabe im einzelnen in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt wird»

Die Vorrichtung zum Einführen und Entnehmen von Brennstoffelementen setzt sich aus zwei Teilen zusammen, die nacheinander beschrieben werden.

Zunächst umfaßt die Vorrichtung eine Schleuseneinheit, die aus einer doppelten Tragplatte 10 (Doppelplatte) besteht, welche auf den drehbaren Verschlußteil 1 mittels einer nicht dargestellten Tragvorrichtung aufgesetzt werden kann. Die Doppelplatte ist zu diesem Zweck mit Tragösen 11 versehen, die den Transport ermöglichen, wobei das richtige Aufsetzen sich durch Richtanschläge 12 ergibt. Diese Anschläge sind an der oberen Stirnseite des Verschlußteils 1 befestigt und gewährleisten das vollständige Zusammenpassen bzw. !Fluchten der Öffnung der Schleusenvorrichtung einerseits und des Durchlasses im Verschlußteil 1 anderseits.

Im Inneren der Doppelplatte 10 befindet sich ein um seine vertikale Achse 14 beweglicher Drehschieber 13. Dieser Drehschieber besitzt vorzugsweise die.Form einer aus Blei hergestellten und mit zwei rechteckigen öffnungen 15 und 16 auf verschiedenen Durchmessern versehenen Scheibe, wobei sich die öffnungen auf der einen und anderen Seite der Achse 14 befinden, die dazu bestimmt sind, den Durchgang entweder einest Verschlußstöpsels oder'-spundes 17 zu ermöglichen, der gewöhnlich den Durchlaß

des Verschlußteils 1 abdeckt, oder eines Brennstoffelementes sowie der Haltezange. Der Unterschied der zu den Öffnungen und 16 gehörigen Durchmesser schaltet während der Handhabung des Verschlußspundes "bzw. der Brennstoffelemente jede Fehlbedienung aus.

Die Vorrichtung umfaßt auch einen sogen. Hilfskorb 18, der hauptsächlich für die Aufnahme und Bedienung des Spundes für den Verschlußteil 1 diente Pig. 2 zeigt im einzelnen die Bauweise des Handhabungsorgans für den Spund 17 im Inneren des Hilfskorbes 18. Dieser wird überragt von einem Mechanismus zum Hochziehen, der von einer Stange 19 gebildet ist, die in ihrem unteren Teil in ein G-ewindestück 20 ausläuft, das sich in ein mit Gewindezügen versehenes Loch im oberen Teil' des Spundes 17 einschrauben läßt. Die Betätigung der Stange 19 erfolgt mittels einer Kurbel 21 von Hand. Die Stange 19 dreht sich frei im Inneren einer Betätigungsschraube 22, die es, wenn einmal das Gewindestück 20 an dem Spund 17 befestigt ist, zuläßt, den Spund im Inneren des Hilfskorbes 18 anzuheben, lür diese Aufgabe ist ein Motoraggregat 23 mit Reduziergetriebe 24 zur Leistungsbegrenzung verwendet, das einen Satz von Zahnrädern 25 antreibt, die die von unten nach oben gehende Bewegung der Betätigungsschraube 22 steuern und-infolgedessen das Herausziehen des Spundes 17. aus dem Verschlußteil 1 und sein Hochsteigen im Inneren des Hilfskorbes 18. Diese Steuerung mittels Motors ist zudem durch eine Steuerung von Hand ergänzt, zu der eine 'Kurbel 26 gehört, die die Verstellung der Betätigungsschraube 22 mittels Rotation einer.Muffe 27 zuläßt,

die. mit dem G-awinde der Betätigungsschraube in Eingriff ist. Der gesamte Mechanismus zum Anheften der Betätigungsschraube "befindet sich in einem Gehäuse 28 am oberen Teil einer hohlen Säule 29, die den Hilfskorb 28 überragt und also leicht für die Bedienungsperson zugänglich ist.

Vor dem Wegnehmen des Hilfskorbes, nachdem der Spund zurückgezogen ist, ist es für die anschließende Folge der Arbeitsgänge der Beschickung und der Entnahme vorher erforderlich, den Dreh-

schieber der Schleusenvorrichtung derart zu schließen, daß keine

Verbindung zwischen der Außenatmosphäre und dem Reaktorkern besteht ₀

Zu diesem Zv/eck befindet sich oberhalb der Schleusenvorrichtung ein Manöverierorgan, das sich aus einem Tragarm 40 (Fig. 3) zusammensetzt, der den Hilfskorb 18 und eine Säule hält, die mit dem Tragarm 40 fest verbunden ist. Die Säule weist entlang ihrer Achse verlaufend eine Stange 42 auf, die vom oberen Teil der Säule her durch ein Handrad 43 derart in Drehung versetzt wird, daß eine Kette 44 angetrieben wird, die mit einem Zahnrad 45 zusammenarbeitet, das am unteren.Ende der Stange 42 befestigt ist» Diese Stange gestattet es, den Durchlaß des Verschlußteils 1 durch Drehung des Drehschiebers der Schleusenvorrichtung zu schließen.

Die Säule 41 kann selbst in Rotation versetzt werden, um den Hilfskorb 18 zu verstellen, in dem der Spund 17 untergebracht ist j damit die Öffnung in der Schleuseneinrichtung und der Durchlaß 1a des Verschlußteils freigegeben wird.

Hierfür "besitzt die Säule 41 ein Handrad 46, was über eine Sahnecke 47 in einem Gehäuse 48 mit einem Zahnkranz 49 in Eingriff ist, der mit dem oberen Teil der Säule 41 (Mg. 3) fest verbunden ist.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, besitzt die Beschickungsvorrichtung einen zweiten Teil, der speziell für die Handhabung der Brennstoffelemente bestimmt ist. Dieser setzt sich im wesentlichen aus dem sogen. Hauptkorb 60 zusammen, der einen zentralen Kanal 61 für das Herunterlassen und das Hochführen der Brennstoffzellen besitzt..Der Hauptkorb 60 wird von einer Platte überragt, die drei Öffnungen 63.aufweist, durch welche an die Halteringe 64 Kabel 65 angehängt werden können. Diese Kabel sind an ihrem anderen Ende an einem Querarm 66 befestigt, der über einen Ring 67 an einem Betätigungshaken 68 hängt, -der seinerseits mit einem nicht dargestellten Laufkran verbunden ist. Der Hauptkorb 60 ist somit leicht fahrbar und genau auf die Doppelplatte 10 der Schleusenvorrichtung aufsetzbar, und zwar mittels der auf der oberen Stirnfläche der Doppelplatte angebrachten Anschläge 69. ■

Der zentrale Kanal 61 hat einen rechteckigen Querschnitt, dessen Maße mit denjenigen der einen der "beiden rechteckigen Öffnungen des Drehschiebers 13 der Schleusenvorrichtung übereinstimmen, beispielsweise mit den Maßen der Öffnung I5, die für den Durchgang der Brennstoffelemente oder -zellen bestimmt ist, die im.Beaktorkern verteilt sind.

Wie bereits hervorgehoben, läßt sich der Durchlaß des Brennstoffes sowohl quer durch die Schleusenvorrichtung als auch im Inneren des Hauptkorbes für zwei auf ein und demselben Radius um den Kern angeordnete Zellen verwenden. Im allgemeinen verwendet man nur die Hälfte des Durchgangsquerschnittes für die Handhabung einer einzigen Zelle des inneren oder des äußeren Kranzes, indem man es vorzieht, eine Rotation des Korbes um 180° für das Einführen oder Entnehmen der zweiten Zelle durchzuführen, entsprechend derselben Stellung des Verschlußteils 1. Diese Anordnung gestattet es dann, immer die Hälfte des zentralen Kanals 61 freizulassen, was die ständige Verwendung oder den Einsatz eines Endoslcops oder einer sonstigen Vorrichtung in diesem Teil gestattet.

In ihrem unteren Teil, oberhalb der Doppelplatte 10 der Schleusenvorrichtung besitzt der Hauptkorb 60 eine"¹"drehbare Buchse 70, mit der der zentrale Kanal 61 mit dem Beschickungsdurchlaßjim Verschlußteil 1 dank einer radial verlaufenden Ausnehmung 71 verbunden ist, die einen rechteckigen Querschnitt gleich demjenigen des zentralen Kanals 61 hat. Die Buchse 70 läßt sich nacheinander in die eine oder andere der beiden Stellungen bringen, die mit "offen" oder "geschlossen" bezeichnet sind, und zwar mittels einer mechanischen Steuerung, zu welcher die Kurbel 72 gehört, die die Rotation des Zahnrades 73 ermöglicht und damit den Antrieb einer Kette 74, die mit einem zweiten Kettenrad 75 in Eingriff ist, welche ihrerseits mit einem an der Achse der Buchse befestigten Zahnkranz 76 fest

⁺als Abschlußküken dienende

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verbunden ist. Mit elektrischen Kontakten versehene Anschläge zeigen dauernd an, ob sich die Buchse in der offenen oder geschlossenen Stellung befindet.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung 2ür Beschickung und zum Entnehmen ergibt sich leicht aus der vorstehenden Beschreibung wie folgt:

Mittels einer Führungsvorrichtung setzt man die Schleusenvorrichtung auf den drehbaren Verschlußteil 1 des Reaktors auf, wobei die richtige Einstellung des Schleusenteils durch die festen Klötze 12 bewirkt wird. Man verriegelt den drehbaren Verschlußteil in einer geeigneten Stellung, um beispielsweise eine Brennstoffzelle des Reaktorkerns zu entnehmen. Hierfür bringt man den Durchlaß des Verschlußteils 1 genau über die betreffende 'Zelle. Durch Betätigung des Handrades 43 und damit der Kette 44 bringt man die Öffnung 16 des Drehschiebers 13 und den Beschickungsdurchlaß 1a des Verschlußteils 1 zur Übereinstimmung. Hach Verriegelung der Schleusenvorrichtung in dieser Stellung bringt man durch Betätigung des Handrades 46 den Hilfskorb 18 über die Öffnung 16, indem man den Hilfskorb entsprechend verstellt. Man führt dann mittels des Motors 23 oder mittels des Handrades 26 die Betätigungsschraube 22 nach unten, bis sie sich schließlich mit ihrem Gewindestück 20 in den Kopf des den Durchlaß des Verschlußteils abdeckenden Spundes 70 einschraubt. Sobald dieser Arbeitsgang beendet ist, zieht man den Spund 17 durch umgekehrte Betätigung der Schraube 22 heraus. Dieselbe wird, sobald sie ihre obere Stellung erreicht hat, gesichert

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und man verschließt die so freigelegte Öffnung durch eine Vierteldrehung des Drehschiebers der Schleusenvorrichtung. Dann schiebt man den Hilfskorb mittels des Handrades 4-6 weg.

In diesem Stadium kann der Arbeitsgang der eigentlichen Entnähme erfolgen. Hierfür bringt man den Hauptkorb 60 mittels der Tragvorrichtung, der Seilzüge 65, des Querarms 66 sowie des Halfen a 68 und des laufkrans über die Schleusenvorrichtung, wobei sich die richtige Stellung durch die Klötze 69 ergibt. Die Tragvorrichtung kann dann zurückgezogen werden. Man läßt anschließend den Drehschieber 13 derart eine Vierteldrehung ausführen, daß die Öffnung 15 in die Achse des Kanals 61 des Hauptkorbes gelangt, wobei die Öffnung 15 für den Durchgang der Brennstoffzellen bestimmt ist, und·man verriegelt den Drehschieber in dieser neuen Stellung. Durch Schwenken des Steuerhebels in die geeignete Stellung öffnet man dann die Buchse 70. In diesem Augenblick besteht eine Verbindung des Reaktorkerns mit dem zentralen Kanal 61 durch den Verschlußteil 1, den Drehschieber 13 und die Buchse 70. Es ist dann möglich, zur Entnahme der Brennstoffzelle, die schematisch in Pig. 4 dargestellt und mit 80 bezeichnet ist, überzugehen, beispielsweise mittels einer Greifzange, die von einer Differentialwinde 81 gesteuert wird.

einmal die Zelle in den Korb angehoben ist, genügt es, den Drehschieber der Schleuseneinrichtung von neuem zu drehen. Nach dem Anheben des Hauptkorbes 60 ist es möglich, den Spund 17 in den Durchlaß des Verschlußteils 1 wieder einzusetzen,

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indem man in derselben Weise, wie eben beschrieben, jedoch in umgekehrter Reihenfolge vorgeht.

Die Neuerung ist nicht auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt} insbesondere kann das Einsetzen einer Brennstoffzelle in den Reaktorkern in der beschriebenen Weise, jedoch bei umgekehrter Folge der Einzelschritte vor sich gehen.

Claims (10)

Schutzansprüche

1. Beschickungs- und Entnahmevorrichtung für Brennstoffelemente eines Atomreaktors, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Drehschieber von der lorm einer horizontal liegenden und um eine vertikale Achse drehbaren Scheibe aufweist, der zwei einander diametral gegenüberliegende rechteckige öffnungen .besitzt, von denen die eine für -den Durchgang eines Spundes dient, der beim normalen Betrieb einen Durchlaß im Verschlußteil oder Deckel des Reaktors verschließt, während die andere Öffnung für den Durchgang der Brennstoffelemente zum Reaktorkern dient, und daß ein Hilfskorb für das Zurückziehen und Aufnehmen, des Schließspundes dient, der von einem beweglichen !Tragarm durch TerSchwenkung seitlich verschieblich gehalten ist zwecks ü?reilegung;der Durchgangs öffnung für die Brennstoff elemente.,, wobei ein Haüptkorb vorgesehen ist, der in seinem unteren TeiX- eine drehbare Buchse- aufnimmt, die mit einer rechteckigen Ausnehmung von ,mit der Durchgangsöffnung übereinstimmendem Querschnitt versehen ist, während der Haupt'korb in seinem oberen Teil einen Steuermechanismus für eine Handhabungszange trägt, die sich im Inneren des ^Hauptkorbes in einem Kanal verstellen kann, dessen Querschnitt mit demjenigen der Ausnehmung in der drehbaren Muffe übereinstimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,. daß die Öffnung des Drehschi.ebers_g die für den Durchgang des den Durch-

laß abdeckenden Verschlußteils bestimmt ist, ein wenig größer als die Öffnung für den Durchgang der Brennstoffelemente ist,

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskorb einen 'Mechanismus zum Anheben des Verschlußspundes mit einer Schrauben-Mutter-Verbindung besitzt, dessen Steuerung ' mittels eines Motors von "beschränkter Antriebskraft durch einen Handantrieb ergänzt ist. --,-'■■"

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mechanismus zum Anheben .eine Stange umfaßt, deren mit Gewinde versehenes Ende sich in den Kopf des Schließspundes einschrauben läßt, wobei diese Stange im Inneren einer Schraube frei drehbar ist, deren Verstellung von:".unten nach oben 'oder umgekehrt das Zurückziehen oder das Einsetzen des .Schließspundes in den Durchlaß, des. Verschlußteils gewährleistet.

5. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch" gekennzeichnet ,;.v?daJ3 der den Hilfskorb tragende Arm^mit einer Säule fest Verbundes-;'ist, die das Beiseiteschieben des Hilfskorbes durch Betätigung eines Handrades gewährleistet, dessen mit Gewinde versehene Achse die Rotation eines Zahnkranzes bewirkt, der mit der Säule fest verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, .daß die Säule entlang ihrer Achse eine frei drehbare Stange aufnimmt, die den Antrieb des Drehschiebers mittels einer Gliederkette ermöglicht, die mit einem Zahnrad in Eingriff ist, das am unteren Ende dieser Stange befestigt ist, ;' .

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffelemente die Form von parallelepipedischen Gehäusen mit quadratischem Querschnitt besitzen und daß die rechteckige Ausnehmung der drehbaren Buchse eine kurze Seite hat, die bezüglich ihrer länge gleich der Querschnittsseite des Gehäuses ist und eine lange Seite hat, die doppelt so groß wie die kurze Seite ist. ■ .

8» Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkorb einen ovalen Querschnitt hat, der/dazu bestimmt ist, eine im wesentlichen gleichmäßige Schutzwanddicke an jeder Stelle im Bereich des Kanales des Hauptkorbes sicherzustellen«

9. Vorrichtung nach Anspruc^^dadurch gekennzeichnet, daß die

drehbare Buchse ausgehend von einer Kurbel gesteuert wird, die sich am oberen Teil des Hauptkorbes befindet und dessen Drehung:^vauf die Buchse mit einem System von Kettenrädern;·¹-übertragen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet^-daß die richtige Einstellung des Hauptkorbes gegenüber dem Drehschieber mittels an demselben befestigter Anschläge bewirkt wird.. .