DE2065863B2

DE2065863B2 - Behälter für die Lagerung und den Transport von radioaktiven Materialien

Info

Publication number: DE2065863B2
Application number: DE19702065863
Authority: DE
Inventors: Paul Saint-Nom-La-Bretede Blum
Original assignee: Societe pour les Transports de lIndustrie Nucleaire Transnucleaire SA
Current assignee: Societe pour les Transports de lIndustrie Nucleaire Transnucleaire SA
Priority date: 1969-08-13
Filing date: 1970-08-13
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2065863A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter für die Lagerung und den Transport von radioaktiven Materialien mit einer Innenwand, die den Aufnahmeraum für die Materialien umgibt, mit einer daran anschließenden Lage aus dichtem, die Strahlen der radioaktiven Materialien absorbierendem Material und einer Außenwand.

Bei einem derartigen aus der GB-PS 11 45 983, der DE-AS 1119 427, der DE-AS 15 14 389 und der US-PS 31 13 215 bekannten Behälter besteht die Lage aus dichtem, die Strahlen der radioaktiven Materialien absorbierendem Material aus einem Metall, wie Gußeisen oder Blei.

Aus der DE-AS 15 14 389 ist es weiterhin bekannt, eine doppelwandige Außenwand vorzusehen, die mit einem wärmedämmenden Isoliermaterial, wie beispielsweise Keramik, Steinwolle oder Glaswolle gefüllt ist

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, den bekannten Behälter so weiterzubilden, daß er einen Schutz gegenüber mechanischen Einwirkungen und Feuer bietet und die Wärmeabfuhr begünstigt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Behälter erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Lage aus dichtem Material und der Außenwand eine Lage aus Mörtel oder Zement auf der Grundlage eines mit Wasser abbindenden Bindemittels vorgesehen ist.

Das mit Wasser abbindende Bindemittel besteht aus einer Mischung von CaO, Fe₂O₃, FeO, SiO₂, TiO₂ mit Al₂O oder Al₂O₃.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele des Behälters gemäß der Erfindung näher erläutert:

F i g. 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels des Behälters gemäß der Erfindung,

F i g. 2 und 3 zeigen im vergrößerten Maßstab zwei Abwandlungsformen eines Teils des in F i g. 1 dargestellten Behälters,

F i g. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Abwandlungsform des in F i g. 1 dargestellten Behälters,

F i g. 5 zeigt eine Teilschnittansicht des in F i g. 1 dargestellten Behälters,

Fig.6 und 7 zeigen in Längsschnittansichten zwei weitere Ausführungsbeispiele des Behälters gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel des Behälters gemäß der Erfindung weist eine Innenwand 1, eine Lage 2 aus dichtem, Gamma-Strahlen absorbierendem Material, wie Blei, und eine Außenwand 3 auf, wobei die Wände 1 und 3 im allgemeinen aus Stahl bestehen. Eine Lage 4 aus einem neutronenabsorbierenden Material ist zwischen der Lage aus dichtem Material und der Außenwand 3 vorgesehen, wobei Wärmeleitelemente 8 in die Lage 4 eingesetzt sind.
Das die Neutronen absorbierende Material der Lage 4 ist ein Material, das reich an Wasserstoff und eventuell an Bor ist und kann aus einem synthetischen Material und/oder aus Mineralien bestehen.

Als synthetische Materialien, die reich an Wasserstoff sind, können beispielsweise Polyäthylene und entsprechende Materialien verwandt werden. Als Mineralien, die reich an Wasserstoff und Bor sind, können z. B. Colemanit (3 B₂O₃, 2 CaO, 5 H₂O), Pandermit (6 B₂O₃, 5 CaO, 6 H₂O) oder auch Borsäure (BO₃H₃) verwandt werden.

Es ist gleichfalls möglich, eine Glasschmelzmasse aus Borglas sowie Borbeton, Mischungen aus Gips, Polyäthylen und Borsäure, Holz, das vorzugsweise mit Borsäure injiziert ist, oder Hohlpreßkohle mit oder ohne Bor verwandt werden.

Für die an der Innenseite der Außenwand 3 angebrachte Lage 4 können Platten verwandt werden, die aus einem Material bestehen, des reich an Wasserstoff und/oder Bor ist Die Platten 9 sind in der in F i g. 2 dargestellten Weise im Zwischenraum zwischen

ju den Armen von U-förmigen Wärmeleitelementen 8 angeordnet. Die Platten 9 und die Elemente 8 sind mit einem Bindemittel 10 miteinander verbunden, das mit Wasser abbindet und freies Wasser halten kann.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Abwandlungsform weist die Lage 4, wie bei dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, ein Bindemittel 10 auf, in das Wärmeleit- oder Kühlelemente 8 einerseits und andererseits Teilchen 11 aus einem an Wasserstoffatomen und gegebenenfalls auch an Boratomen reichen Material eingesetzt sind.

Das Material der Platten 9 und/oder der Teilchen 11 kann Polyäthylen oder eine Preßrnasse auf Holzbasis sein.
Als Bindemittel 10 kann ein Gemisch aus 35 bis 40% Tonerde, 35 bis 40% CaO, 10 bis 15% Fe₂O₃, 2 bis 8% FeO, 2 bis 7% SiO₂, mit bis zu 3% TiO₂ und bis 3% anderen Stoffe verwandt werden.

Der Behälter kann eine Anzahl von Hohlräumen C aufweisen, wie es in F i g. 1 und 4 dargestellt ist. Die Hohlräume C werden jeweils von einer Innenwand 1 begrenzt, die vorzugsweise aus rostfreiem Stahl besteht Die Hohlräume Csind um die Achse A"Kdes Behälters verteilt. Der Raum zwischen den Innenwänden 1 ist wenigstens teilweise mit einem Metall 12 ausgefüllt, das leichter als Blei ist. Das Metali 12, das vorzugsweise aus Aluminium, Gußeisen oder Stahl besteht, ist in Form von Elementen ausgebildet, die im Inneren des Materials angeordnet sind, das die Lage 2 bildet, wie es in F i g. 1 dargestellt ist.

Die Zwischenräume zwischen den verschiedenen Hohlräumen können auch vom Stahl der Innenwand selbst ausgefüllt sein.

Bei einem einzelnen Hohlraum können Verstärkungen 13 der Innenwand auf den ebenen Flächen dieser Wand vorgesehen sein, wie es in Fig. 4 dargestellt ist. Das führt zu einer Gewichtsersparnis, da Blei an den betreffenden Stellen gespart wird, sowie zu einer Vergrößerung der thermischen Kapazität.

Durch die Elemente 12 aus einem Metall, das leichter ist als Blei, werden einerseits der Wärmeaustausch und andererseits die Neutronenabsorption verbessert, da die genannten Metalle diesbezüglich eine bessere Wirkung als Blei zeigen.

Die Elemente 12 aus einem Metall, das leichter als Blei ist, gestatten darüber hinaus eine verbesserte Kontrolle der nuklearen Wechselwirkung zwischen den Brennstoffelementen in den verschiedenen Hohlräumen C

Die äußere Form der Lage 4 kann verschieden sein, wie es in F i g. -i dargestellt ist, ist es zweckmäßig, der Lage 4 eine derartige Stärke zu geben, daß die Außenwand eine einfache geometrische Form, beispielsweise die Form eines Drehzylinders, hat Zu diesem Zweck «erden in der in Fig.4 dargestellten Weise Elemente 8 mit verschiedenen Abmessungen verwandt.

Die Stärke der Lage 4 ist weiterhin in Axialrichtung des Behälters derart angepaßt, wie e» in F i g. 5 dargestellt ist, daß die Stärke der Lage 4 in der Mitte des Behälters geringer und an den Enden größer ist, und zwar derart, daß sie der äußeren Kontur der Lage 2 folgt Es werden daher Elemente 8 mit verschiedenen Abmessungen zur Anpassung an die unterschiedliche Stärke der Lage 4 entlang der Achse -YKdes Behälters verwandt Der Vorteil der angepaßten Stärke der Lage 4 in Axialrichtung des Behälters liegt in der Ge ν ichtsersparnis.

Da die Radioaktivität an den Enden des Behälters am geringsten ist, kann die Lage aus Blei an diesen Stellen eine geringere Stärke haben, wobei dann die Stärke der Lage zwischen der Bleilage und der Außenwand umso größer ist Die Stärke dieser Lage ist natürlich geringer als die der Bleilage.

Der in der oben beschriebenen Weise aufgebaute Behälter erlaubt eine Absorption der von den radioaktiven Materialien ausgesandten Neutronen bei gleichzeitiger Wärmeableitung der von den radioaktiven Materialien erzeugten Wärme, hat einen einfachen Aufbau, ein geringes Gewicht, ermöglicht eine Kontrolle der nuklearen Wechselwirkung, falls die Hohlräume C vorgesehen sein, hat eine höhere thermische Kapazität in der Nähe der Hohlräume und führt zu einem gleichmäßigen Temperaturverlauf entlang dieser Hohlräume.

Bei den in den F i g. 1,2 und 4 dargestellten Behältern sind Kühlringe 14 an der Außenfläche der Wand 3 vorgesehen, die jedoch durch Flügel oder Stifte in beliebiger Ausbildung ersetzt sein können.

Bei den in den Fig.6 und 7 dargestellten Austührungsbeispielen des Behälters gemäß der Erfindung sind einerseits eine Lage 4 mit Wärmeleitelementen 14a in Stiftform mit der Außenfläche der Wand 3 verbunden, die auf der Wand 3 befestigt sind und von der Außenfläche der Lage 4 vorstehen, und andererseits eine Lage 15 aus Mörtel oder Zement auf der Grundlage eines wäßrigen Bindemittels vorgesehen, die zwischen der Wand 3 und der Lage aus dichtem Material 2 vorgesehen ist

Das mit Wasser abbindende Bindemittel der Lage 15, das auch für die Materiallage 4 verwandt werden kann, ist vorzugsweise alumin- oder tonerdehaltig.

Die chemische Zusammensetzung ist vorzugsweise die folgende:

Fe₂O₃ 10-15% FeO 2-8%

SiO₂ 2-7%

TiO₂ bis 3%

verschiedene andere Materiaüen bis 3%

Die folgende Zusammensetzung ist besonders bevorzugt:

AI₂O₃ 38%

CaO 38%

Fe₂O₃ 12%

FeO 5%

SiO₂ 4%

TiO₂ 2%

verschiedene andere Materialien 1 %

Ein derartiges Bindemittel ist wegen der geringen Schrumpfung, der schnellen Abbindung, des starken Wassergehalts, des erhöhten Wärmeleitwertes von über Kcal/h m² m°C, der mechanischen Widerstandsfähigkeit der Wärmefestigkeit und der Kompatibilität mit den Materialien der Lage 2 und der Wand 3 sowie mit den Neutronen absorbierenden Füllstoffen, die der Lage zugefügt sind, vorteilhaft

Zur Herstellung eines Mörtels oder Betons mit Hilfe dieses Zementes wird vorzugsweise ein Verhältnis von Wasser zu Zement verwandt das zwischen 0.35 und 0,45 liegt

Dabei kann 1 m³ d.eses Mörtels in der folgenden Weise hergestellt werden:

Tonerdehaltiger Zement 700 kg

Wasser 2801 Granulat (mit den verschiedenen

Bestandteilen) 10001

Das Granulat setzt sich vorzugsweise wie folgt zusammen:

Teilchen

zwischen 0,5 und 1 mm Durchmesser 20% Teilchen

zwischen 1 und 2 mm Durchmesser 30%

Teilchen

zwischen 2 und 5 mm Durchmesser 50%

Füllstoffe zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, bestehend im allgemeinen aus metallischen Teilchen, beispielsweise aus Stahl- oder Aluminiumteilchen oder anderen leitenden Materialien, wie Graphit oder Tonerde, können in die Lage 15 eingesetzt werden.

Zur Bildung der Lage 4 wird ein Granulat aus einem Material mit erhöhtem Gehalt an Wasserstoff und/oder Bor der oben angegebenen Art sowie aus Mineralien, wie Colemanit (3 B₂O₃, 2 CaO, 5 H₂O), Pandermit (6 B₂O₃, 5 CaO, 9 H₂O) oder Borsäure (BO₂H₃) verwandt Das Material der Lage 4 hat beispielsweise die folgende Zusammensetzung:

Tonerdezement

Wasser

Polyäthylen

(Granulat von ca. 3 bis 5 mm)

Colemanitsand

(0,5 bis 2 mm)

600 kg 220 kg

600 kg 100 kg

AI₂O₃
CaO

Vorzugsweise wird bei dieser Zusammensetzung der Coiemanitsand durch ein Pulver mit Kornabmessungen von 50 bis 500 μΐη ersetzt.

35 — 40% Die Lage 15 ist vorzugsweise so ausgebildet, daß sie

35 — 40% Zonen 15a mit verringerter Leitfähigkeit und mechani-

scher Widerstandsfähigkeit aufweist. Diese Zonen sind einerseits in Höhe der Behälterenden und beiderseits von dem Bereich vorgesehen, der die Elemente 14a aufweist, wobei die Zone, die dem mit diesen Elementen 14a versehenen Bereich entspricht, mit 15f> bezeichnet ist und die obenerwähnten Eigenschaften zur Verbesserung; der Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Stärke der Zone 15i> iiegt allgemein im Bereich von 5 bis 25 mm. Es ist weiterhin vorteilhaft, am unteren Ende des Behälters eine Zone 15cvorzusehen,die eine gute Wärmeisolation und eine gute mechanische Festigkeit zeigt.

Die Zone 15a weist vorzugsweise isolierende Füllstoffe, wie expandierten Ton, Kugelton, Vermikulit, Perlit und expandierte Hochofenschlacke auf. Sie dient als Auffangzone bei starken Stoßen oder beim Herabfallen des Behälters.

Die Zonen 15a, 156 und 15c werden dadurch gebildet, daß nacheinander in geeigneter Reihenfolge die entsprechenden Materialien zwischen die Lage 2 und die Außenwand 3 gegossen werden.

Es ist zweckmäßig, den Mörtel oder den Zement, der die Lage 15 bildet, von überschüssigem Gas oder freiem Wasser, das er enthält, und das einen auf die äußere Wand 3 wirkenden Überdruck erzeugen könnte, zu befreien. Dazu wird nach einigen Tagen Härtezeit die Temperatur der Lage 15 nach und nach bis zur maximalen Betriebstemperatur erhöht und wird der Dampf oder das Gas aus der Außenwand 3 abgelassen.

Zur Vermeidung einer Rißgefahr der Außenwand 3 bei Bränden sind in der Außenwand 3 Sicherheitseinrichtungen 7 vorgesehen, die z. B. aus schmelzbaren Metallen oder synthetischen Materialien, wie Polyamid, bestehen.

Die Stärke der Lage 4 kann 20 cm oder mehr betragen. Die thermische Leitfähigkeit dieser Lage ist wegen der vorhandenen neutronenabsorbierenden Füllstoffe wenig erhöht. Die Wärmeableitung ist jedoch durch die Elemente 14a sichergestellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Behälter für die Lagerung und den Transport von radioaktiven Materialien mit einer Innenwand, die den Aufnahmeraum für die Materialien umgibt, mit einer daran anschließenden Lage aus dichtem, die Strahlen der radioaktiven Materialien absorbierendem Material und einer Außenwand, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lage (2) aus dichtem Material und der Außenwand (3) eine Lage (4, 15) aus Mörtel oder Zement auf der Grundlage eines mit Wasser abbindenden Bindemittels vorgesehen ist

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das mit Wasser abbindende Bindemittel aus einer Mischung von CaO, Fe₂O₃, FeO, SiO₂, TiO₂ mit Al₂O oder AI₂O₃ besteht