DE1955113A1

DE1955113A1 - Transportbehaelter fuer bestrahlte Brennelemente von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1955113A1
Application number: DE19691955113
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl-Ing Boehme; Armin Dipl-Ing Hagen; Werner Dipl-Ing Schmidt; Guenter Sebold
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1969-11-03
Filing date: 1969-11-03
Publication date: 1971-05-13
Also published as: FR2073318B1; DE1955113C3; FR2073318A1; DE1955113B2; GB1324015A; BE758397A

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 29, Okt. 1969

KERNFORSCHUNG MBH PLA 69/41, Sdt/pr

Transportbehälter für bestrahlte Brennelemente von Kernreaktoren

Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter für hochradioaktive Stoffe, wie z.B. bestrahlte, Nachwärme erzeugende Brenn-* elemente von Kernreaktoren, bestehend aus einem von einem Strahlenschutzschirm umgebenen Druckbehälter und aus zwei voneinander getrennten, den Druckbehälter dicht verschließenden und verschraubten Deckeln.

Für den Transport radioaktiver Stoffe, wie z.B. hochradioaktiver im Reaktor bestrahlter Brennelemente, die zudem noch Nachwärme erzeugen, sind Behälter vorgeschrieben, die hinsichtlich Dichtigkeit sehr strengen Anforderungen genügen müssen. Die Einhaltung dieser Anforderungen wird dadurch erschwert, daß sie auch bei genau vorgeschriebenen Modellunfällen wie z.B. nach

10982070931

einem freien Fall aus 9 m Höhe mit Verzögerungen bis zu 1000 g beim Aufprall und nach einem halbstündigen Feuertest eingehalten werden müssen. Da diese Dichtigkeitsanforderungen Leckraten

—3 —4 in der Größenordnung von 10 bis 10 Torr ltr/sec entsprechen, müssen bei der Deckelkonstruktion solcher Behälter besondere Vorkehrungen getroffen werden.

Es sind nun viele Behälterkonstruktionen bekannt , bei denen ein oder mehrere Verschlußdeckel mit normalen Schrauben und Dichtungen befestigt sind, bzw. bei welchen dem Problem der Deckelabdichtung keine besondere Beachtung geschenkt ist. Solche Deckelverschraubungen vermögen jedoch bei größeren Behältern für mehrere Brennelemente, wie sie bei einem ökonomischen Transport erforderlich sind, wegen der stark ansteigenden Deckelgewichte derart hohe Verzögerungen nicht verformungsfrei zu überstehen, d.h. die Dichtigkeit der BehälterverSchlüsse wird stark beeinträchtigt. Des weiteren ist die Entladung solcher Behälter nur in sogenannten "Heißen Zellen" möglich, wodurch sich erhebliche Schwierigkeiten in der Handhabung ergeben, die sich insbesondere in einer verringerten Einsatzbereitschaft des Behälters bemerkbar machen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Behälter-Konstruktion zu schaffen, die es unter Wahrung einer wirtschaftlichen Entlade- und Transporttechnik und den damit verbundenen Merkmalen betrieblich ökonomischer Natur gestattet, hohe Dichtungsanforderungen auch unter stark erschwerten Bedingungen zu erfüllen.

DAS 1 078 70ί,- DAS 1 279 234, OS 1 489 152, US-Pat. 3 229 OS 1 514 389,

109820/09 31

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine, den Dichtspalt zwischen innerem Deckel und Behälterwandung abdichtende, entlang der Behälterlängsachse und parallel zur Dichtungspressung unter Aufrechterhaltung dieser Pressung bewegliche Dichtungsanordnung vorgesehen wird. Nach einer besonderen Ausbildung der Erfindung besteht diese Dichtungsanordnung aus einem konzentrisch um den inneren Deckel angeordneten und mit ihm verbundenen Haltering, der mittels einer Verschraubung eine Metallringdichtung gegen die Behälterwand preßt. Zweckmäßigerweise kann dabei die Verbindung zwischen Haltering und Deckel aus einem dichtverschweißten Kompensator bestehen. Als Alternativlösung kann auch noch ein weiterer Haltering vorgesehen werden, welcher eine Metallringdichtung mittels einer Verschraubung gegen den inneren Deckel drückt, konzentrisch innerhalb des anderen Halteringes gelegen und mit diesem durch einen Kompensator verbunden ist. Weiterhin ist vorteilhafterweise der innere Deckel als dickwandiger Abschirmdeckel, der äußere Deckel als mittels Dehnschrauben befestigter Haltedeckel ausgebildet, wodurch die an der dem Behälter innenrautn abgewandten Seite des Abschirmdeckels gelegenen Dichtungen auch bei beladenem Behälter nach Abnahme des Haltedeckels ohne besondere Vorkehrungen zugänglich sind. Dies ist von Vorteil für die Be- und Entladung des Behälters, bei 3er die sogenannte "Doppeldeckeltechnik" angewendet werden soll, die ein Minimum an äußerer Kontamination gewährleistet.

Der Haltedeckel wird zweckmäßigerweise durch Dehnschrauben befestigt, da diese die beim Aufprall umzusetzende kinetische Energie der Deckel und des BehälterinhaIts sowohl durch elastische als auch plastische Verformung aufnehmen können. Um eine Schwächung der Abschirmung durch die Aufnahmebohrungen der Dehnschrauben zu vermeiden, werden die Hohlräume um die Dehnsehraubenschäfte mit Blei zusätzlich ausgefüllt.

109820/0931

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Fig. 1 und verwiesen. Fig. 1 stellt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Transportbehälter dar, Fig. 2 zeigt eine Detailansicht der Dichtungskonstruktion.

Der gleichzeitig Abschirmung und Druckbehälter bildende Behältergrundkörper 1 ist teilweise von einem sekundären Kühlkreislauf 2 umgeben und durch die beiden Deckel 3 und 4 verschlossen. Dieser sekundäre Kühlkreislauf 2 besteht aus einem Stahlblechmantel 27, der einen ringförmigen Kühlkanal 28 und am Behälter aufgeschweißte Kühlrippen 29 umgibt. Im Behälter 1 befinden sich in einem aus neutronenabsorbierenden Material gefertigten Haltekäfig 5, der durch die Ringsegmente 6 fixiert wird, die Brennelemente 7, die von einer Flüssigmetallfüllung umgeben bzw. mit ihr gefüllt sind. Der mittlere Teil 9 des Behälters 1 ist im Bereich der hochaktiven Zone der Brennelemente aus Gründen zusätzlicher Abschirmung verdickt ausgeführt. Der Abschirmdeckel 3 mit seiner vergleichsweise großen Masse ist im inneren Behälterbankett nur lose geführt und selbst nicht durch Schrauben befestigt. Der Dichtspalt 17 zwischen Deckel 3 und Behälter 1 ist jedoch über die durch den zur Behälterachse parallelen Kompensator 10 gasdicht miteinander verschweißten Halteringe 11 und 12 und die Metallringdichtungen 13 und 14, deren Dichtungspressung durch die Schrauben 15 und 16 erfolgt, abgedichtet. Daher besitzt der Deckel 3 eine gewisse axiale Beweglichkeit, ohne dabei die Dichtungspressung zu beeinträchtigen. Der Haltedeckel 4 wird durch Dehnschrauben 18 gehalten, die in Bohrungen 19 des Behältergrundkörpers 1 angeordnet sind und von einer Bleimanschette 21 umgeben sind. Eine Zusatzdichtung 22 dichtet den Deckel 4 ab, falls im Routinebetrieb die Dichtungen 13, 14 undicht werden sollten. Die Verschraubung des Deckels 4 mit den Dehnschrauben 18 erfolgt über die Muttern 23.

109820/0931

Eine nicht gezeichnete, von der Dichtungsfunktion her gleichwertige jedoch für den Betrieb schlechtere Lösung besteht darin, Haltering 11, Dichtung 13 und Verschraubung 15 wegzulassen und durch einen einfachen Flansch am Deckel 3 zu ersetzen.

An der Innenseite des Abschirmdeckels 3 sind glockenartige Hohlräume 24 zur Aufnahme des Oberteils der Brennelemente 7 eingebracht, die über Ausgleichsbohrungen 25 teilweise untereinander und mit der Zylindermantelfläche 26 des Abschirmdeckels 3 verbunden sind. Die glockenartigen Hohlräume 24 erzwingen dann einen stufenförmig unterteilten Kühlflüssigkeitsspiegel, wenn infolge einer Temperaturerhöhung im Behälter 1 die Kühlmitteldehnung so zunimmt, daß das Kühlmittel in die Hohlräume 24 eindringt und der Behälter in einer Schräglage transportiert werden muß, wobei eine gleichmäßigere Bedeckung der Brennelemente 7 mit dem Kühlmittel gewährleistet sein soll.

Wird nun der Behälter bei einem Sturz einer hohen axialen Verzögerung ausgesetzt, so bewegt sich der Abschirmdeckel 3, zusätzlich belastet durch die Massenkräfte der Brennelemente 7 und des Kühlmittels 8 bis zur Anlage an den Haltedeckel 4. Die Dehnschrauben 18 mit den Muttern 23 sind so ausgelegt, daß auch sehr große Kräfte innerhalb des plastischen Verformungsbereiches ohne Bruch übertragen werden können, was innerhalb des elastischen Bereiches aus konstruktiven Gründen nur schwer möglich wäre. Trotz der zugelassenen Verformung der Decke!halterung bleibt der Behälterinnenraum abgedichtet, da die Dichtung des Abschirmdeckels durch diese Verformung nicht beeinträchtigt wird. Anschließend kann der Behälter geöffnet werden, sofern ein eventueller Druckaufbau über die Entlastungsventilanordnung 20 reduziert worden ist.

109820/0831

Die vorstehende Beschreibung zeigt, daß diese Art der Lösung des Verschlußproblems bei Großbehältern zum Transport höchster Aktivitäten eine Reihe von Vorteilen gegenüber bisher gebräuchlichen Konstruktionen bringt und das Verschlußsystem als technischen Fortschritt kennzeichnet:

1. Der Abschirmdeckel selbst braucht nicht durch Schrauben gehalten zu werden, da er einmal im Behälterbankett, zum anderen durch Anlage am äußeren Haltedeckel fixiert wird.

2. Es ist ein guter Zugang zu den Dichtungen ohne besondere Abschirmung möglich, außerdem werden die Dichtungen geringer thermisch beansprucht.

3. Die Dichtung ist in gewissen Grenzen unempfindlich gegenüber axialer Bewegung des Abschirmdeckels. .

4. Die glockenartigen Hohlräume im Inneren gewährleisten ausreichende Kühlmittelbedeckung der Brennelemente auch bei geneigter Transportlage des Behälters und ermöglichen dadurch einen wirtschaftlichen Transport auch sehr langer Brennelemente.

5. Durch optimale Ausnutzung der Verformbarkeit der Dehnschrauben ist eine gewichtssparende Ausführung der Deckelverschraubung möglich.

109820/0931

Claims

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 29. Okt. 1969

KERNFORSCHUNG MBH PIA 69/41, Sdt/pr

Patentansprüche;

Transportbehälter für hochradioaktive Stoffe, wie z.B. bestrahlte, Nachwärme erzeugende Brennelemente von Kernreaktoren, bestehend aus einem von einem Strahlenschutzschirm umgebenen Druckbehälter und aus zwei voneinander getrennten, die axiale Öffnung des Druckbehälters dicht verschließenden und verschraubten Deckeln, gekennzeichnet durch eine, den Dichtspalt (17) zwischen innerem Deckel (3) und Behälterwandung abdichtende, entlang der Behälterlängsachse und parallel zur Dichtungspressung unter Aufrechterhaltung dieser Pressung bewegliche Dichtungsanordnung.
2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung aus einem konzentrisch um den inneren Deckel (3) angeordneten und mit ihm verbundenen Haltering (12) besteht, der mittels einer Verschraubung (16) eine Metallring-Dichtung (14) gegen die Behälterwand preßt.
3. Transportbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (12) mit dem Deckel (3) durch einen am Deckel (3) dicht verschweißten Kompensator (10) elastisch verbunden ist.

10982070931
4. Transportbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Haltering (11), welcher eine Metallring-Dichtung (13) mittels einer Verschraubung (15) gegen den Deckel (3) drückt, konzentrisch innerhalb des Halteringes

(12) gelegen und mit diesem durch einen dicht verschweißten Kompensator (10) elastisch verbunden ist.
5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Deckel (3) als dickwandiger Abschirmdeckel, der äußere als mittels Dehnschrauben (18) befestigter Haltedeckel (4) ausgebildet ist.
6. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung an der dem Behälterinnenraum (8) abgewandten Seite des Abschirmdeckels (3) gelegen ist.
7. Transportbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schäfte der Dehnschrauben (18) für den Haltedeckel (4) in ihren Bohrungen (19) zusätzlich aus Abschirmungsgründen mit einer Bleiummantelung (21) versehen sind.
⁸· Transportbehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Innenflächen des Abschirmdeckels (3) mehrere glockenartige Hohlräume (24) zur Aufnahme des Oberteils der Brennelemente (7) eingebracht sind, die zum Teil durch Ausgleichsbohrungen (25) miteinander und mit der Zylindermantelfläche (26) des Deckels (3) verbunden sind.
9. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1-8 mit einer Kühlmittelfüllung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelfüllung (8) des Behälters aus einem flüssigen Metall, wie z.B. NaK, besteht.

1 09 820/09 31
10. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1-9 mit einem Haltekäfig für die Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltekäfig (5) für die Brennelemente (7) aus neutronenabsorbierendem Material, wie z.B. Bor- oder Cadmiumlegierung gefertigt ist, wobei die Absorbermaterialien direkt als Kerne in das Strukturmaterial eingegossen sind.

10 9 8 2 0/0931