DE19619432A1 - Abschirmbehälter aus Metall für den Transport und/oder die Lagerung von neutronenstrahlenden Gegenständen der Kerntechnik - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Abschirmbehälter aus Metall für den Transport und/oder die Lagerung von neutronen­ strahlenden Gegenständen der Kerntechnik, welche Abschirm­ behälter einen Behältermantel mit angeformtem Behälterboden sowie ein Behälter-Deckelsystem aufweist und mit einem Neutronenmoderator ausgerüstet ist. - Bei den neutronen­ strahlenden Gegenständen handelt es sich insbesondere um bestrahlte Brennelemente aus Kernkraftwerken und/oder um HAW-Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung. Lagerung meint im Rahmen der Erfindung insbesondere die Zwischenlagerung. Die Abschirmbehälter können zusätzlich einen Innenbehälter aufweisen.

Abschirmbehälter des beschriebenen Aufbaus und der be­ schriebenen Zweckbestimmung sind in verschiedenen Ausfüh­ rungsformen bekannt (vgl. DE 21 57 133 C1, DE 28 56 620 C2). Bei den bekannten Abschirmbehältern, die in die Praxis eingeführt sind, besteht der Neutronenmoderator entweder aus einem thermoplastischen Polyethylen oder einem duro­ plastischen Harz. Der Neutronenmoderator wird je nach Material in Bohrungen eingesetzt, die auf einem Kreis auf mehreren Teilkreisen in die Abschirmbehälterwand einge­ bracht worden sind, oder wird auf die Oberfläche des Be­ hälterkörpers aufgebracht. Die bekannten Abschirmbehälter haben sich im Rahmen vorgegebener Beladungsdichten bewährt, wenn auch aus konstruktiven Gründen sogenannte Neutronen­ fenster in Kauf genommen werden müssen, aus denen Neutronen in störender Dichte austreten. Beladungsdichte meint die Anzahl der aufgenommen neutronenstrahlenden Gegenstände bei vorgegebenen Außenabmessungen. Die bekannten Abschirmbe­ hälter sind, wie die Erfindung erkannt hat, verbesserungs­ fähig.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Abschirmbehälter des vorstehend beschriebenen Aufbaus und der vor stehend beschriebenen Zweckbestimmung in bezug auf die Beladungsdichte unter Beibehaltung der äußeren Ab­ messungen zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Abschirmbehälter aus Metall für den Transport und die Lagerung von bestrahlten Brennelementen aus Kern­ kraftwerken, welche Abschirmbehälter einen Behältermantel mit angeformtem Behälterboden sowie ein Behälter-Deckel­ system aufweist und mit einem Neutronenmoderator ausge­ rüstet ist, wobei für den Aufbau des Neutronenmoderators Titanhydrid (TiH₂) verwendet worden ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Neutronenmoderator neben dem Titanhydrid einen Zusatz von Borcarbid auf, er besteht in diesem Falle jedoch hauptsächlich aus Titan­ hydrid, z. B. zu 85% aus Titanhydrid.

Im Rahmen der Erfindung wird Moderatormaterial verwendet, welches nicht mehr auf Kunstharzbasis aufgebaut ist, sondern von einer metallischen Basis ausgeht. So kann mit plattenförmigen Moderatorelementen auf Basis von Titan gearbeitet werden, die in einem Hydrierungsprozeß in Titan­ hydrid umgewandelt worden sind. Man kann aber auch mit pulverförmigem Titanhydrid arbeiten, wobei Borcarbid pulverförmig beigemischt werden kann. Die Mischung kann zu beliebigen Formteilen verpreßt werden. Im Rahmen der Erfin­ dung sind die Neutronenmoderatoren entweder in Edelstahl gekapselt oder eingegossen, z. B. mit einer Legierung aus Wismut und Blei vergossen. Jedenfalls sollte der Zutritt von Feuchtigkeit zu dem Titanhydrid ausgeschlossen sein.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß bei Verwendung von Titanhydrid als Moderatormaterial die Neutronenmodera­ tion aufgrund des hohen Wasserstoffanteils beachtlich ver­ bessert werden kann. Diese Verbesserung erlaubt eine höhere Beladekapazität der Abschirmbehälter unter Beibehaltung der äußeren Abmessungen. Aufgrund der höheren Dichte von Titan­ hydrid im Vergleich zur Dichte der bisher eingesetzten Kunststoffe wird gleichzeitig mit der Verbesserung in bezug auf die Neutronenmoderation auch die Gammastrahlenab­ schirmung erheblich verbessert. Neutronenfenster, wie sie bei den bekannten Maßnahmen unvermeidbar sind, treten nicht mehr auf. Die Gamma- und Neutronenquellstärke kann deutlich erhöht werden. Weitere Vorteile sind eine erhebliche Verbesserung der Temperaturbeständigkeit und eine höhere Wasserstoffbelegung, die bestimmend für die Neutronen­ moderation ist.

Die beschriebenen Verbesserungen, die auf der Verwendung von Titanhydrid als Moderatormaterial beruhen, produzieren ihrerseits weitere Vorteile. Nach bevorzugter Ausführungs­ form der Erfindung besitzt der Abschirmbehälter einen Abschirmaußenbehälter des beschriebenen Aufbaus und einen Innenbehälter, wobei der Neutronenmoderator mantelseitig, bodenseitig und deckelseitig zwischen dem Abschirmaußen­ behälter und dem Innenbehälter angeordnet ist. Nach bevor­ zugter Ausführungsform der Erfindung weist dabei der Innenbehälter ein eigenes Deckelsystem auf und ist dieses Deckelsystem mit einem zusätzlichen Neutronenmoderator ver­ sehen. Bei dieser Ausführungsform ist der Innenbehälter einseitig von dem Neutronenmoderator umgeben. Neutronen­ fenster treten folglich nicht auf. Durch die Verlegung der Moderatorschicht in Richtung der Neutronenquelle wird die Neutronenmoderation auch aus geometrischen Gründen ver­ bessert, da im Vergleich zu üblichen Konstruktionen nach der Moderierung der Neutronen mehr Abschirmmaterial zur Absorption der moderierten Neutronen und der Senkun­ där-Gammastrahlung zur Verfügung steht. Gleichzeitig wird eine Verbesserung der Gammaabschirmung bei gleichen äußeren Abmessungen des Abschirmbehälters erreicht, weil die Dichte des Titanhydrids deutlich größer ist als die Dichte der bislang eingesetzten Kunststoffe. Damit steht bei gleichem Außendurchmesser in einem Abschirmbehälter ein größerer Innenschacht zur Aufnahme der abgebrannten Brennelemente zur Verfügung. Durch die Vergrößerung des Schachtdurch­ messers bei gleichem Außendurchmesser kann die Anzahl der Brennelemente im Behälter erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Behälters für den Transport und die Zwischenlagerung verbessert wird. Durch die Anordnung des Moderatormaterials zwischen Innenbehälter und Außenbehälter können die fertigungstechnisch aufwendigen Moderatorboh­ rungen im Außenbehälter entfallen.

Ist der Abschirmbehälter innenraumseitig mit einem Auf­ nahmekorb für die bestrahlten Brennelemente versehen, so lehrt die Erfindung den Neutronenmoderator auf der Außen­ seite des Aufnahmekorbes anzuordnen. Im Rahmen der Erfin­ dung liegt es, den Neutronenmoderator auch außenseitig in den Freiräumen des Aufnahmekorbes anzuordnen, was wegen der hohen Temperaturbeständigkeit des Moderatormaterials pro­ blemlos möglich ist. Bei dieser Ausführungsform kann der Aufnahmebehälterkorb auch oberseitig und unterseitig einen Neutronenmoderator aufweisen. Die zuletzt beschriebenen Maßnahmen, die einen Abschirmbehälter mit Aufnahmekorb betreffen, können selbständig oder in Verbindung mit den zuvor beschriebenen Maßnahmen verwirklicht werden. Durch die Anordnung des Neutronenmoderators auf dem Aufnahmekorb wird eine zusätzliche Abschirmung der Photonen erreicht. Auch dadurch kann die Wandstärke des Abschirmbehälters reduziert und gleichzeitig ein insgesamt günstiges Abschirmverhalten des Abschirmbehälters erreicht werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Abschirmbehälter,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1, zur Hälfte und

Fig. 3 in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maß­ stab einen Horizontalschnitt durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Abschirmbe­ hälters.

Die in den Figuren dargestellten Abschirmbehälter 1 be­ stehen aus Metall und sind für den Transport und/oder die Lagerung von neutronenstrahlenden Gegenständen der Kern­ technik bestimmt. Es mag sich im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend, um bestrahlte Brennelementen aus Kern­ kraftwerken handeln. Der Abschirmbehälter 1 besitzt einen Behältermantel 2 mit angeformtem Behälterboden 3 sowie ein Behälter-Deckelsystem 4. Er ist mit einem Neutronenmodera­ tor 5 ausgerüstet.

Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist für den Auf­ bau des Neutronenmoderators 5 Titanhydrid verwendet worden. Der Neutronenmoderator 5 kann neben dem Titanhydrid einen Zusatz an Borcarbid aufweisen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Abschirmbehälter 1, der einen Abschirmaußenbehälter 6 mit angeformtem Außenbehälterboden 7 und ein Außenbehälter-Deckelsystem 8 aufweist. Im übrigen ist ein Innenbehälter 9 vorgesehen. Der Neutronenmoderator 5 ist mantelseitig, bodenseitig sowie deckelseitig zwischen dem Abschirmaußenbehälter 6 und dem Innenbehälter 9 ange­ ordnet. Auch der Innenbehälter 9 besteht im allgemeinen aus Metall und kann eine zusätzliche Abschirmfunktion erfüllen. Im Ausführungsbeispiel besitzt der Innenbehälter 9 ein eigenes Deckelsystem 10 und dieses weist einen zusätzlichen Neutronenmoderator 5 auf.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 befindet sich in dem Abschirmbehälterinnenraum ein Aufnahmekorb 11 für die bestrahlten Brennelemente. Hier ist der Neutronenmoderator 5 auf der Außenseite des Aufnahmekorbes 11 angeordnet. Man erkennt, daß der Neutronenmoderator auch in den außen­ liegenden Freiräumen angeordnet sein könnte. Der Aufnahme­ korb 11 kann auch oberseitig und unterseitig einen Neutronenmoderator 5 aufweisen, was nicht dargestellt wurde.

Claims (8)

1. Abschirmbehälter aus Metall für den Transport und/oder die Lagerung von neutronenstrahlenden Gegenständen der Kerntechnik, welche Abschirmbehälter einen Behältermantel mit angeformtem Behälterboden sowie ein Behälter-Deckel­ system aufweist und mit einem Neutronenmoderator ausge­ rüstet ist, wobei für den Aufbau des Neutronenmoderators Titanhydrid (TiH₂) verwendet worden ist.

2. Abschirmbehälter nach Anspruch 1, bei dem der Neutronen­ moderator neben dem Titanhydrid einen Zusatz von Borcarbid (B₄C) aufweist.

3. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, der zusätzlich einen Innenbehälter aufweist und bei dem der Neutronenmoderator mantelseitig, bodenseitig und deckel­ seitig zwischen dem Abschirmbehälter, Außenbehälter und dem Innenbehälter angeordnet ist.

4. Abschirmbehälter nach Anspruch .3, bei dem der Innenbe­ hälter ein eigenes Deckelsystem aufweist und bei dem dieses einen zusätzlichen Neutronenmoderator aufweist.

5. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, der im Abschirmbehälterinnenraum einen Aufnahmekorb für die bestrahlten Brennelemente aufweist und bei dem der Neutro­ nenmoderator auf der Außenseite des Aufnahmekorbes ange­ ordnet ist.

6. Abschirmbehälter nach Anspruch 5, bei dem der Aufnahme­ korb auch oberseitig und unterseitig einen Neutronen­ moderator aufweist.

7. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Neutronenmoderator in den außenseitigen Freiräumen um den Aufnahmekorb angeordnet ist.

8. Abschirmbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Neutronenmoderator feuchtigkeitsdicht gekapselt oder eingegossen ist.