DE2040348B2

DE2040348B2 - Behaelter fuer die lagerung und den transport von radioaktiven materialien

Info

Publication number: DE2040348B2
Application number: DE19702040348
Authority: DE
Inventors: Paul Saint-Nom-La-Breteche Blum (Frankreich)
Original assignee: Ausscheidung in: 20 65 863 Transnucleaire, Societe pour les Transports de l'Industrie Nucleaire, Paris
Priority date: 1969-08-13
Filing date: 1970-08-13
Publication date: 1976-10-21
Also published as: JPS5419560B1; SE376995B; JPS5756038B1; US3727060A; DE2040348A1

Description

6o

Die Erfindung betrifft einen Behälter für die Lagerung und den Transport von radioaktiven Materialien, der eine, einen Innenraum umgebende Innenwand, ⁶S eine Außenwand und eine zwischen der Innenwand und der Außenwand befindliche Lage aus dichtem, dem Schutz gegen Gamma-Strahlen dienenden Material aufweist, und bei dem an der Außenwand Wärmeleitelemente angesetzt sind.

Ein derartiger Behälter ist aus der US-PS 3113215 sowie der DT-PS 1119427 bekannt, in der ein Behälter beschrieben wird, bei dem die zwischen Innenwand und Außenwand befindliche Lage aus eingegossenem Blei besteht. Durch die Wärmeleitelemente an der Außenwand des Behälters wird eine gute Wärmeleitung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Behälters erzielt, so daß die innerhalb des Behälters durch die radioaktiven Materialien erzeugte Wärme nach außen abgeführt werden kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe liegt darin einen derartigen bekannten Behälter so weiterzubilden, daß neben der Ableitung der Wärme mittels der an der Außenwand vorgesehenen Wärmeleitelemente auch die von den radioaktiven Materialien, beispielsweise verbrauchten Brennstoffelementen aus Atomkernreaktoren, erzeugten Neutronen absorbiert werden.

Disse Aufgabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß eine Lage aus Neutronen absorbierendem Material an der Außenwand angeordnet ist und daß die Wärmeleitelemente durch die Lage aus Neutronen absorhierendem Material hindurchführen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Schnitt eines Teils eines ersten Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil der Außenfläche des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 und 5 zeigen in perspektivischen Ansichten zwei Abwandlungsformen des ersten Ausführungsbeispiels;

F'g. 6 und 7 zeigen in größerem Maßstab zwei Ausführungsformen eines Teils des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiele;

Fig. 8 zeigt im Querschnitt eine Abwandlung des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels;

Fig. 9 zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Der in den Fig. 1 dargestellte Behälter für radioaktive Materialien weist, von innen nach außen, eine Innenwand 1, eine Lage 2 aus dichtem Material, beispielsweise Blei, die dem Schutz gegen Gammastrahlen dient, und eine Außenwand 3 auf, wobei die Wände 1 und 3 im allgemeinen aus Stahl bestehen Es ist eine Lage 4 aus einem Neutronen absorbierendem Material vorgesehen, in die Wärmeleitelemente zumindest zum Teil eingesetzt sind.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Lage 4 auf der Außenfläche der Außenwand 3 angeordnet und sind die Wärmeleitelemente, die als Flügel, Rippen oder Stifte ausgebildet sind, auf der Außenfläche der Außenwand 3 befestigt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbei spiel sind die Wärmeleitelemente aus Metallblättern ( hergestellt, die durch Schweißen oder Löten an einerr ihrer Ränder mit der Außenwand 3 parallel zur Be hälterachse, d.h. entlang einer Erzeugenden λ,Χ befestigt sind. Die Blätter 6 tragen an ihren freier Kanten eine Reihe von Flügeln 7, die an einer Kante mit dem Stützblatt verbunden sind und in der Näh( dieser Kante so verdreht worden sind, daß ihre ebener

Teile in nacheinanderfolgenden, zueinander etwa parallelen und zur Behälterachse und somit zur Linie X₁X₂ senkrechten Ebene liegen.

Zum Anbringen der Flügel 7 versieht man eine Kante der Blätter 6 vor Befestigung ₍ier Blätter an dem Behälter mit zu der genannten Kante senkrechten Einschnitten, die in einer geringen Entfernung d von der anderen Kante enden und hintereinander angeordnete Zähne ergeben, die in einer verlängerten Linie liegen.

Sodann schweißt oder lötet man die Blätter 6 auf den Behälter.

In Fig. 1 sind einige der genannten Zähne strichpunktiert dargestellt, und die Einschnitte zwischen den Zähnen sind mit la bezeichnet.

Es reicht nun aus, alle Zähne nacheinander um 90° um eine Achse senkrecht zu Behälterachse zu drehen, daß jeder der Zähne einen ebenen Abschnitt aufweist, der im wesentlichen parallel zu den ebenen Abschnitten der benachbarten Zähne und senkrecht zur Behälterachse ist, so daß die Flügel 7 gebildet werden.

Beim Verschweißen oder Verlöten der Blätter 6 mit dem Behälter wird darauf geachtet, daß die Einschnitte eines Blattes nicht den Einschnitten des nächsten Blattes gegenüberliegen.

Eine vorteilhafte Anordnung ist in Fig. 2 wiedergegeben. Hier sind die Flügel 7 jeweils auf Lücke gesetzt.

Die Blätter 6 bestehen vorzugsweise aus der Gruppe der Metalle Stahl, Kupfer und Aluminium sowie den Legierungen dieser Metalle.

Wenn der Behälter in geneigter Stellung transportiert wird, erzielt man einen optimalen Kühleffekt, wenn man den Flügeln in bezug auf die Behälterachse die gleiche Neigung erteilt, so daß die ebenen Abschnitte der Flügel in einer senkrechten Ebene liegen.

Die soeben beschriebenen Flügel vereinigen die Wirksamkeit der bekannten, ringförmig um den Behälter herum angeordneten Flügel und die Einfachheit der Anbringung der ebenfalls bekannten Flügel, die aus einfachen Blättern gebildet und auf die Außenwand 3 parallel zur Achse X₁Y₁ geschweißt werden, deren Kühlwirksamkeit unzureichend ist.

Es ist auch möglich, die Wärmeleiteiemente als an sich bekannte, angeschweißte Stifte auszubilden.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Lage 4 an der Innenfläche der Außenwand 3 angeordnet und sind die Wärmeleitelemente, die zumindest ein freies Ende haben, in die Lage 4 eingesetzt.

Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 besitzen die Wärmeleitelementc, die wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel aus Metall bestehen (wenigstens einige bestehen vorzugsweise aus Stahl und dienen damit als Zentrierelemente), einen »U«- oder »!«-förmigen Querschnitt, wobei die in Fig. 3 mit 8 bezeichneten - Elemente so angeordnet sind, daß der untere Querschnitt des »U« oder der senkrechte Strich des »I« radial liegen.

Die Elemente 8 können auch in Form eines »T« - oder »L« ausgebildet sein, wobei der senkrechte Strich des »T« oder des »L« auf der Lage 2 aus dichtem, dem Schutz gegen Gamma-Strahlen dienenden Material befestigt ist, und der waagerechte Strich, parallel zu der Außenwand 3, die Wärmeaustauschoberfläche vergrößert.

Es ist auch die umgekehrte Anordnung möglich.

Es ist ebenfalls möglich, dem Teil der Wärmeleitelemente, das quer zu der Lage 4 aus Neutronen absorbierendem Material angeordnet ist, eine in bezug auf den Radius geneigte Richtung zu geben.

Bei den beiden zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Maerial, das die Neutronen absor- biert, reich an Wasserstoff und eventuell an Bor.

Zur Herstellung dieses Materials kann man synthetische Substanzen und/oder Mineralien verwenden. Als synthetische Materialien, die reich an Wasserstoff sind, kann man z. B. Polyäthylen und entsprechende Substanzen verwenden.

Als Mineralien, die reich an Wasserstoff und Bor sind, kann man z. B. Colemanit (3B₂O₃, 2CaO, 5H₂O), Pandermit (6B₂O₃, 5CaO, 6H₇O) oder auch Borsäure (BO₃H₃) verwenden.

¹S Ebenfalls verwendbar ist eine Glasschmelzmasse aus Borglas sowie Borbeton, Mischungen aus Gips, Polyäthylen und Borsäure, Holz, das vorzugsweise mit Borsäure injiziert ist, oder Holzpreßkörper mit oder ohne Bor.

^ao Wenn die Lage 4 auf der Außenfläche der Außenwand 3 angebracht wird, verwendet man vorteilhaft ein gießbares Material, dem ein Plastifizierungsmittel, wie Betonit, zugesetzt werden kann, zur Verbesserung der Glattheit und der Undurchlässigkeit. Es ist auf

^a5 jeden Fall auch möglich, Faßplanken Aa aus Holz oder entsprechendem wasserstoffhaltigem Material, in das vorteilhaft Bor injiziert ist, zu verwenden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. In Fig. 4 sind zwei Faßplanken 4a gezeigt, die durch geeignete Einrichtungen, wie

Schrauben 4b, verbunden und zwischen den ringförmigen Flügeln 14 angeordnet sind. Nach einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 5 dargestellt ist, sind Blätter 6 vorgesehen, die Längsflügel bilden, zwischen denen die Holzelemente 4 c oder Elemente aus anderen wasserstoffhaltigen Materialien parallel zu der Achse -Y₁ Y_x angeordnet sind.

Wenn die Lage 4 auf der Innenfläche der Außenwand 3 angebracht wird, kann man Platten verwenden, die aus einem Material bestehen, das reich an Wasserstoff und/oder Bor ist. Die Platten, die mit 9 bezeichnet sind, sind - wie in Fig. 6 zu erkennen ist - in dem Raum zwischen den Armen des U-förmigen Elementes angeordnet. Die Platten und die Elemente 8 werden nunmehr mit Hilfe eines Bindemittels ebenso miteinander verbunden, wie die Lage 2 und die Außenwand 3. Dieses Bindemittel kann freies Wasser freihalten. In Fig. 6 ist dieses Bindemittel mit 10 bezeichnet.

Es ist ebenso möglich, zur Herstellung der Verbin-

dung Gips oder Polyester- oder Epoxyharze, die mil Füllstoffen auf der Basis von Bor versetzt sein können zu verwenden.

Entsprechend einer in Fig. 7 dargestellten Ab Wandlung umfaßt die Lage 4, ebenso wie im Falle dei

Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6, ein mit 10 be zeichnetes Bindemittel, in das einerseits die Kühlele mente 8, andererseits die Teilchen 11 aus einem ai Wasserstoffatomen, gegebenenfalls auch an Borato men reichen Material, eingetaucht sind.

Die Materialien der Platten 9 und/oder der Teil chcn 11 können Polyäthylen oder eine gepreßte Zu sammensetzung auf Holzbasis sein.

Als Bindemittel 10 kann man Tonerde Verwender die 35 bis 40% Tonerde, 35 bis 40% CaO, 10 bi 15% Fe₂O₃, 2 bis 8% FeO, 2 bis 7% SiO₂, 0 bis 3'!

TiO₂ und 0 bis 3% verschiedener Substanzen enthäl

Anderenfalls kann das Bindemittel aus Gips ode

aus Harzen, wie Epoxyharz, oder Polyester, bestehei

Die äußere Form der Lage 2 kann verschieden sein, z. B. - wie in Fig. 8 zu sehen ist - ist es zweckmäßig, der Lage 4 eine angepaßte Dicke zu geben, damit die Außenwand eine einfache Form, z. B. die eines Drehzylinders aufweist. Zu diesem Zweck verwendet man, wie in Fig. 8 gezeigt ist, Elemente 8 mit verschiedenen Abmessungen.

Die Dicke der Lage 4 kann sich in Axialrichtung des Behälters ändern.

Diese Eigenschaft ist in Fig. 9 erkennbar, die eine Ansicht eines Behälters zeigt, die teilweise zum Erkennbarmachen des Inneren des Behälters ausgebrochen ist.

Wie in dieser Figur zu sehen ist, ist die Dicke der Lage 4, die in der Mitte des Behälters geringer und »5 an den Enden stärker ist, derart ungleichmäßig, daß sie der äußeren Kontur der Lage 2 folgt. Man verwendet daher Elemente 8 mit verschiedenen Abmessungen zur Anpassung an die verschiedene Stärke der Lage 4 entlang der Achse .XYdes Behälters. Der Vor- ^ao teil einer angepaßten Dicke in Richtung der Achse des Behälters liegt in der Gewichtsersparnis.

Da die Radioaktivität an den Enden des Behälters am geringsten ist, kann die Lage aus Blei hier eine geringere Dicke aufweisen, und die Dicke der Lage 4, die zwischen dem Blei und der Außenwand liegt, ist dann um so größer. Die Dichte der Lage 4 ist selbstverständlich geringer als die der Bleilage.

Auf Grund der zuvor beschriebenen Eigenschaft ermöglicht der Behälter, daß gleichzeitig die Wärme- 3< > ableitung der von dem radioaktiven Material abgegebenen Wärme und die Absorption der von diesem abgegebenen Neutronen sichergestellt wird, die Verwirklichung einfach ist und Gewicht eingespart wird.

Im Falle der Behälter gemäß Fig. 3, 4 und 8 sieht man Kühlringe 14 stuf der Außenfläche der Außenwand 3 vor, wobei diese Kühlringe selbstverständlich durch jede andere Art von Flügeln oder Stiften ersetzt werden können.

Der Behälter kann eine Lage 4 aufweisen, die an der Außenfläche der Außenwand 3 angebracht und mit Wärmeleitelementen 14a in Stiftform verbunden ist, die auf der Außenwand 3 befestigt sind und von der Oberfläche der Lage 4 vorspringen.

Zur Bildung der I-age 4 verwendet man als Granulat ein Material mit erhöhtem Gehalt an Wasserstoff und/oder Bor von der oben angegebenen Art sowie Mineralien, wie Colemanit (3B₂O₃, 2CaO, 5H₂O), Pandermit (6B₂O₃, 5CaO, 9H₂O) oder außerdem Borsäure (BO₃H₃).

Ein Beispiel für die Zusammensetzung des Materials für die Lage 4 ist im folgenden wiedergegeben: Tonerdezement 600 kg

Wasser 220 kg

Polyäthylen (Granulat von etwa 3 bis 5 mm)

600 kg Colemanitsand (0,5 bis 100 kg 2 mm)

In dieser Zusammensetzung ersetzt man vorteilhafterweise den Colemanitsand durch das Pulver mit Kornabmessungen von 50 bis 500 μ.

Die Dicke der Lage 4 kann 20 cm oder mehr betragen. Die thermische Leitfähigkeit dieser Lage ist relativ wenig erhöht wegen der Anwesenheit der Neutronen absorbierenden Füllstoffe.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Behälter für die Lagerung und den Transport von radioaktiven Materialien, der eine, einen Inoenraum umgebende Innenwand, eine Außenwand und eine zwischen der Innenwand und der Außenwand befindliche Lage aus dichtem, dem Schutz gegen Gamma-Strahlen dienenden Material aufweist, und bei dem an dei Außenwand Wärmeleitelemente angesetzt sind, dadurch gekennzeichne t, daß eine Lage (4) aus Neutronen absorbierendem Material an der Außenwand (3) angeordnet ist und daß die Wärmeleitelemente (6, 7; 8) durch die Lage (4) aua Neutronen absorbie- »5 rpndcm Material hindurchführen.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (4) aus Neutronen absorbierendem Material auf der Außenfläche der Außenwand (3) angeordnet ist, und daß die War- ^ao meleitelemente (6, 7) in Form von Flügeln oder Stiften an der Außenfläche der Außenwand (3) befestigt sind und aus der Lage (4) aus Neutronen absorbierendem Material herausragen.

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekenn- »5 zeichnet, daß die Lage (4) aus Neutronen absorbierendem Material auf der Innenfläche der Außenwand angeordnet ist und daß die Wärmeleitelemente (8) in die Lage (4) aus Neutronen absorbierendem Material eingefügt sind.

4. Behälter nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (6, 7) aus Metallblättern (6) hergestellt sind, die durch Schweißen oder Löten an der Außenwand (3) des Behälters parallel zur Achse des Behälters befestigt sind, wobei die Metallblätter (6) an ihrem freien Rand eine Reihe von Flügeln (7) aufweisen, die so verdreht sind, daß ihre ebenen Flächen in nacheinanderfolgenden, im wesentlichen miteinander parallelen Ebenen liegen, die zu der Achse des Behälters senkrecht stehen.

5. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (8) aus Metall bestehen und einen U- oder I-förmigen Querschnitt aufweisen und so angeordnet sind, daß der untere Querstrich des U oder der senkrechte Strich des I in Radialrichtung liegen.

6. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitelemente (8) mit einem Ende an der Außenfläche der Außenwand

(3) des Behälters befestigt sind, und daß ihr anderes Ende im wesentlichen paiallel zu der Außenwand (3) verläuft.

7. Behälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage

(4) des Neutronen absorbierenden Materials reich an Wasserstoff und Bor ist.