DE19740817A1 - Vorrichtung zum Abschirmen einer Fluid-Wanddurchführung gegen hochenergetische elektromagnetische Strahlung, Kernstrahlung oder Korpuskularstrahlung - Google Patents
Vorrichtung zum Abschirmen einer Fluid-Wanddurchführung gegen hochenergetische elektromagnetische Strahlung, Kernstrahlung oder KorpuskularstrahlungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschirmen
einer Fluid-Wanddurchführung gegen hochenergetische elektro
magnetische Strahlung, Kernstrahlung oder Korpuskularstrah
lung.
Die Nachbehandlung von ausgebrannten Brennelementen aus
Kernkraftwerken geschieht u. a. in sog. "heißen Zellen", d. h.
in Abschnitten von kerntechnischen Anlagen, die gegen nach
außen dringende Neutronen- und Gammastrahlung abgeschirmt
sind. In solchen heißen Zellen befinden sich in der Regel
Maschinen zum Nachbehandeln der Brennelemente sowie Beleuch
tungseinrichtungen. Die dadurch in den heißen Zellen er
zeugte Wärme und die Restwärme der abgebrannten Brennele
mente muß durch entsprechende Lüftungs-Wanddurchführungen
nach außen abgeführt werden.
Die Wände der heißen Zelle haben typischerweise eine
Dicke von 150 cm und bestehen aus Beton bzw. Stahlbeton. Die
Anlagen zur Belüftung der heißen Zellen befinden sich typi
scherweise außerhalb der heißen Zellen selbst.
Um zu verhindern, daß Neutronen- oder Gammastrahlung
durch die Lüftungs-Wanddurchführungen nach außen dringt,
wurden diese bisher mit Knicken ausgebildet. Die stets ge
radlinig propagierende Strahlung trifft somit auf den Beton
der Wand und wird dort absorbiert.
In neuerer Zeit wurden die Durchführungen auch gerade
und ohne Knicke durch die Wände geführt. Die Durchführungen
haben dabei typischerweise einen Durchmesser von 50 bis 75
cm. In den Durchführungen befinden sich dann sog. Abschirm
schrauben. Die Abschirmschrauben bestehen aus Eisen und wei
sen mehrere Windungen über der Länge der Durchführung auf.
Sie sind damit in der Lage, Gammastrahlung zu absorbieren.
Ein grobes Maß für den Absorptionswirkungsquerschnitt
für Gammastrahlung ist die Dichte des zum Abschirmen verwen
deten Materials. Der verwendete Beton hat eine Dichte im Be
reich von 2,35 g/cm3. Wird Eisen mit seiner Dichte von etwa
7,8 g/cm3 verwendet, so müssen die Schneckengänge etwa ein
Drittel des Raums der Durchführung ausfüllen. Entsprechend
werden die Dicke der Schraubengänge sowie die Ganghöhe bzw.
die Anzahl der Windungen in der Durchführung gewählt.
Derartige Eisen-Schrauben sind allerdings nicht geeig
net, Neutronenstrahlung zu absorbieren. In heißen Zellen zur
Behandlung abgebrannter Brennelemente tritt jedoch stets
eine gemischte Strahlung aus Gamma- und Neutronenstrahlung
auf. Die Neutronen sind dabei hochenergetisch. Damit die
Neutronenstrahlung effektiv absorbiert werden kann, müssen
die Neutronen zunächst abgebremst werden. Dieser Vorgang
wird auch als Moderation oder Thermalisierung von heißen
Neutronen bezeichnet. Besonders geeignet dafür ist Wasser
stoff. Als sehr wasserstoffhaltiger Festkörper hat sich Po
lyethylen (PE) für die Neutronen-Moderation bewährt. Auch
boriertes PE bzw. Graphit sind geeignet.
Da die Eisen-Schrauben Neutronen kaum absorbieren, wur
den bisher am Ausgang von Lüftungs-Durchführungen größere
Blöcke aus PE angebracht, die die Neutronen nach Verlassen
der Durchführung thermalisieren und absorbieren.
Die PE-Blöcke beanspruchen viel zusätzlichen Raum. Fer
ner wiegen die Eisen-Schrauben bis zu 2 Tonnen. Entsprechend
aufwendig sind ihre Herstellung, ihr Transport und ihre Mon
tage.
Ähnliche Probleme ergeben sich allgemein bei der Ab
schirmung von Fluid-Durchführungen in Kernkraftwerken und
sonstigen Bereichen, in denen hochenergetische elektroma
gnetische Strahlung, Kernstrahlung oder Korpuskularstrahlung
auftritt. Gleiches gilt für Durchführungen von sonstigen
Medien, wie beispielsweise Elektrokabeln.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Abschirmvorrichtung
der eingangs genannten Art hinsichtlich ihres Platzbedarfs
sowie ihrer Herstellung und Montage zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die gattungsgemäße Vor
richtung gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von scheibenför
migen Abschirmelementen, die in der Fluid-Wanddurchführung
räumlich derart angeordnet sind, daß sie die Strahlung auf
fangen, während die Wanddurchführung für das Fluid durch
lässig bleibt; wobei jedes Abschirmelement mindestens ein
für jedes Abschirmelement einzeln zu wählendes, die Strah
lung absorbierendes Material aufweist und wobei Anzahl und
Form der Abschirmelemente so gewählt sind, daß sich eine ge
wünschte Abschirmcharakteristik für die Strahlung in der
Wanddurchführung ergibt.
Die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung ist modular aus
einzelnen Abschirmelementen aufgebaut. Sie kann somit aus
verschiedenen Einzelteilen gefertigt, in einfacher Weise
transportiert und eingebaut und auch zu einem späteren Zeit
punkt ohne weiteres geändert werden.
Das Material der einzelnen Abschirmelemente kann nach
den Erfordernissen der gewünschten Abschirmcharakteristik
gewählt werden. Bei gemischter Strahlung, zu deren Abschir
mung die Erfindung vor allen Dingen vorgesehen und bevorzugt
geeignet ist, wird man einzelne Abschirmelemente jeweils aus
Materialien formen, die einzelne Komponenten der Strahlung
optimal absorbieren. Aus der gemeinsamen Anordnung der ver
schiedenen Abschirmelemente ergibt sich dann insgesamt die
gewünschte Abschirmcharakteristik. Die einzelnen Abschirme
lemente können selbst wiederum aus verschiedenen Materialien
zusammengesetzt sein. Kombinationen beider Arten von
Abschirmelementen sind gleichermaßen möglich. Es kann somit
jede beliebige Zusammenstellung von zur Absorption geeigne
ten Materialien eingesetzt werden. Auf diese Weise können
die Kosten für die Abschirmmaterialien und damit für die
Abschirmvorrichtung optimiert werden.
Auch bereits bestehende Fluid-Durchführungen können mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet werden. Fer
ner kann letztere bei einer Änderung der auftretenden Strah
lung entsprechend angepaßt werden.
Eine Anordnung der einzelnen Abschirmelemente kann bei
spielsweise darin bestehen, daß die in Form von Paneelen
ausgebildeten Abschirmelemente versetzt hintereinander ange
ordnet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind
die scheibenförmigen Abschirmelemente als achsensenkrechte
Schraubensegmente ausgebildet. Die Schraubensegmente weisen
eine einheitliche Form auf und werden jeweils um einen vor
gegebenen Winkel gegeneinander versetzt entlang ihrer Achse
in der Wanddurchführung hintereinander angeordnet. Im Ergeb
nis ergibt sich dadurch eine schraubenförmige Abschirmvor
richtung.
Man erhält somit eine Abschirmvorrichtung, deren Form
der der Eisen-Schrauben sehr nahe kommt. Durch die Verwen
dung von einzelnen Schraubensegmenten kann die Steigung der
Abschirmschraube verändert werden. Somit können, auch bei
sich ändernden Bedingungen, der Fluid-Durchsatz und die Ab
schirmwirkung optimal aufeinander abgestimmt werden. Die
einheitlich ausgebildeten Schraubensegmente sind herstel
lungstechnisch besonderer günstig.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren
schematisch dargestellt sind. Im einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer Wanddurchführung
mit einer erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
Fig. 2 ein zweiblättriges Schraubensegment;
Fig. 3 ein dreiblättriges Schraubensegment;
Fig. 4 ein vierblättriges Schraubensegment.
Die folgenden Ausführungsbeispiele sind für Lüftungs-Wand
durchführungen von heißen Zellen geeignet.
Die abgebrannten Brennelemente in heißen Zellen emit
tieren eine gemischte Strahlung. Zum überwiegenden Teil
emittieren sie Gammastrahlung. Hinzukommt ein geringerer An
teil an Neutronenstrahlung. Aufgrund der in den heißen Zel
len befindlichen Maschinen sowie der Restwärme der abge
brannten Brennelemente müssen die heißen Zellen mit Hilfe
von Lüftungs-Durchführungen und außen liegenden Ventilatoren
gekühlt werden. Die Lüftungsdurchführungen sind in den etwa
150 cm dicken Stahlbetonwänden der heißen Zellen ausgebil
det. Sie haben einen Durchmesser von 50 bis 75 cm und ver
laufen gradlinig.
Für eine optimale Abschirmung muß eine ausreichende
Menge an die Strahlung absorbierendem Material in den Lüf
tungs-Wanddurchführungen angeordnet sein. Andererseits soll
te der Strömungswiderstand für die Luft möglichst gering
sein, so daß eine Luftkühlung der heißen Zellen mit mög
lichst geringem Energieaufwand möglich ist.
Im folgenden wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Die in ei
ner Wanddurchführung 1 angeordnete Abschirmvorrichtung hat
insgesamt eine schraubenförmige Gestalt. Dies minimiert den
Strömungswiderstand für die durchströmende Luft. Die Ab
schirmvorrichtung ist aus einzelne scheibenförmigen Ab
schirmelementen 2 und 3 aufgebaut, die also die Form von
Schraubensegmenten aufweisen. Die Abschirmelemente 2 beste
hen aus Eisen, um Gammastrahlung zu absorbieren, und die Ab
schirmelemente 3 aus Polyethylen (PE), um Neutronen zu ther
malisieren und zu absorbieren.
Die einzelnen Abschirmelemente 2 und 3 sind auf einer
zentralen Achse 4 der Wanddurchführung hintereinander ange
ordnet.
In den Fig. 2 bis 4 sind beispielhaft mögliche Formen
der Schraubensegmente gezeigt. Die Form der Schraubenseg
mente ist keineswegs auf die gezeigten Beispiele gemäß den
Fig. 2 bis 4 beschränkt. Vorteilhafterweise sollten die
Schraubensegmente jedoch stets eine zentrale Nabe 5 aufwei
sen, damit sie zentrisch auf die Achse 4 gesteckt werden
können.
Vor allem ist bei der Auswahl der Schraubensegmente auf
eine ausreichende Abschirmwirkung zu achten. Muß etwa ein
Drittel des Raums der Wanddurchführung 1 mit absorbierendem
Material gefüllt sein, so müssen die Flächen der Blätter
oder Flügel eines einzelnen Schraubensegments zusammengenom
men etwa einen Flächeninhalt haben, der einem Drittel des
Querschnitts der Wanddurchführung 1 entspricht
Werden die Abschirmelemente aus stärker absorbierendem
Material gefertigt, so kann ihre Fläche entsprechend kleiner
gewählt und somit der Strömungswiderstand für die Luft auf
grund des größeren freien Querschnitts verringert werden.
Es ist nämlich auch auf einen möglichst kleinen Strö
mungswiderstand für die durch die Durchführung strömende
Luft zu achten. Dies führt dazu, daß die Anzahl der Windun
gen der Schnecke möglichst gering sein sollte.
Die Anzahl der Windungen, die die schraubenförmige Ab
schirmvorrichtung aufweisen sollte, ist jedoch dadurch nach
unten begrenzt, daß auch ein unter einem sehr ungünstigen,
schrägen Winkel durch die Wanddurchführung 1 laufendes Gam
maquant oder Neutron zwingend eine hinreichende Abschirmung
erfahren muß. Ferner muß die Abschirmcharakteristik über dem
Querschnitt der Durchführung 1 gleichmäßig sein.
Daraus ergibt sich, daß bei Verwendung von zweiblättri
gen Schraubensegmenten diese so angeordnet werden, daß die
Abschirmvorrichtung insgesamt mindestens eine volle Windung
vollzieht. Bei einem dreiblättrigen Schraubensegmenten gemäß
Fig. 3 ergibt sich ebenfalls mindestens eine volle Windun
gen. Bei einem vierblättrigen Schraubensegment gemäß Fig. 4
ergibt sich mindestens eine Dreiviertelwindung.
Betrachtet man die hintereinander liegenden Abschirm
elemente, so zeigt die schraubenförmige Abschirmvorrichtung
den Anblick einer Wendeltreppe, d. h. die einzelnen Abschir
melemente mit ihren rechteckigen Kanten weisen an ihren win
kelversetzten Übergängen jeweils eine Stufe auf. Um den
Strömungswiderstand für Luft weiter zu verringern, können
die Abschirmelemente an ihren Kanten abgeschrägt werden, so
daß die Abschirmvorrichtung insgesamt eine glatte, stufen
freie Oberfläche hat. Dabei sollte allerdings die Masse der
Schraube gleich bleiben, um die Abschirmwirkung nicht zu
vermindern.
Aus montagetechnischen Gründen können die einzelnen
Schraubensegmenten auf ihrer einen Seite mit einem Vorsprung
und auf ihrer anderen Seite mit einer komplementären Ausneh
mung versehen sein. Vorsprung und Ausnehmung sind dabei so
angeordnet, daß sich beim Hintereinandersetzen der Schrau
bensegmente und Einführen der Vorsprünge in die Ausnehmungen
benachbarter Schraubensegmente der vorgegebene Winkelversatz
zwischen den einzelnen Schraubensegmenten ergibt. Eine spä
tere Änderung der Schraubensteigung ist dann allerdings
schwieriger.
Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög
lichkeiten gegeben. So kann abweichend von den Fig. 2 bis
4 mit Schraubensegmenten gearbeitet werden, die einblättrig
ausgebildet sind, also lediglich einen einzigen, von der
zentralen Achse abstehenden Flügel aufweisen. Ferner be
steht, abweichend von Fig. 1, die Möglichkeit, einige oder
alle Schneckensegmente aus einem Verbundmaterial herzustel
len, bei dem sich Blech und PE-Schichten abwechseln. Nach
den Ausführungsbeispielen sind die Schraubensegmente auf ei
ne zentrale Achse aufgesteckt. Dies stellt ohne Frage die
einfachste Möglichkeit dar und läßt eine problemlose Vor-
Ort-Montage zu. Möglich hingegen ist es durchaus, die ein
zelnen Schraubensegmente als Paket zu stapeln und an ihren
Blättern miteinander zu verbinden. Die Verbindung kann zwi
schen benachbarten Schraubensegmenten erfolgen. Denkbar sind
auch am Schraubenumfang angeordnete Stangen, auf die die
Schraubensegmente aufgefädelt werden.
Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die schei
benförmigen Abschirmelemente in Form von Paneelen über dem
Querschnitt und über der Länge der Wanddurchführung zu ver
teilen. Diese Art der Anordnung eignet sich auch für nicht
geradlinige Wanddurchführungen. Allerdings bieten sich dann
erhebliche montagetechnische Schwierigkeiten. Vorteilhafter
ist es daher, mit geradlinigen Wanddurchführungen zu arbei
ten und die Abschirmvorrichtung aus Schneckensegmenten auf
zubauen. Dabei muß die geradlinige Wanddurchführung nicht in
einem Stück vollständig durch die Wand hindurchgehen. Denk
bar sind beispielsweise auch zwei von beiden Wandseiten aus
gehende Röhren, die sich bis zur Wandmitte erstrecken und
gegeneinander versetzt sind, wobei eine wandparallele Röhre
die erforderliche Verbindung herstellt.
Die Montage der Abschirmvorrichtung kann, wie bei einer
gegossenen Schnecke, im Werk erfolgen. Vorteilhafter ist es,
die Vorrichtung vor Ort zu montieren, gegebenenfalls direkt
innerhalb der Wanddurchführung.
Claims (5)
1. Vorrichtung zum Abschirmen einer Fluid-Wanddurchfüh
rung gegen hochenergetische elektromagnetische Strahlung,
Kernstrahlung oder Korpuskularstrahlung,
gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von scheibenförmigen Abschirmelementen (2, 3), die in der Fluid-Wanddurchführung (1) räumlich derart angeordnet sind, daß sie die Strahlung auffangen, während die Wanddurchführung für das Fluid durchlässig bleibt;
wobei jedes Abschirmelement (2, 3) mindestens ein für je des Abschirmelement einzeln zu wählendes, die Strahlung ab sorbierendes Material aufweist und
wobei Anzahl und Form der Abschirmelemente so gewählt sind, daß sich eine gewünschte Abschirmcharakteristik für die Strahlung in der Wanddurchführung (1) ergibt.
gekennzeichnet durch
eine Mehrzahl von scheibenförmigen Abschirmelementen (2, 3), die in der Fluid-Wanddurchführung (1) räumlich derart angeordnet sind, daß sie die Strahlung auffangen, während die Wanddurchführung für das Fluid durchlässig bleibt;
wobei jedes Abschirmelement (2, 3) mindestens ein für je des Abschirmelement einzeln zu wählendes, die Strahlung ab sorbierendes Material aufweist und
wobei Anzahl und Form der Abschirmelemente so gewählt sind, daß sich eine gewünschte Abschirmcharakteristik für die Strahlung in der Wanddurchführung (1) ergibt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Teil der Abschirmelemente Eisen, Borstahl
oder Blei zum Absorbieren von Gamma-Strahlung sowie Po
lyethylen (PE), vorzugsweise boriertes PE, zum Abbremsen
hochenergetischer Neutronen aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet,
daß die scheibenförmigen Abschirmelemente (2, 3) als ach sensenkrechte Schraubensegmente ausgebildet sind; und
daß die Schraubensegmente zur Bildung einer Abschirm schraube jeweils um einen vorgegebenen Winkel gegeneinander versetzt entlang ihrer Achse in der Wanddurchführung (1) hintereinander angeordnet sind.
daß die scheibenförmigen Abschirmelemente (2, 3) als ach sensenkrechte Schraubensegmente ausgebildet sind; und
daß die Schraubensegmente zur Bildung einer Abschirm schraube jeweils um einen vorgegebenen Winkel gegeneinander versetzt entlang ihrer Achse in der Wanddurchführung (1) hintereinander angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schraubensegmente mehrblättrig ausgebildet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kanten der Schraubensegmente in Schrauben
gangrichtung angeschrägt sind.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19740817A DE19740817A1 (de) | 1997-09-17 | 1997-09-17 | Vorrichtung zum Abschirmen einer Fluid-Wanddurchführung gegen hochenergetische elektromagnetische Strahlung, Kernstrahlung oder Korpuskularstrahlung |
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Applications Claiming Priority (1)
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DE59808236T Expired - Lifetime DE59808236D1 (de) | 1997-09-17 | 1998-08-21 | Vorrichtung zum Abschirmen einer Fluid-Wanddurchführung gegen hochenergetische elektromagnetische Strahlung, Kernstrahlung oder Korpuskularstrahlung |
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