DE2239050C3 - Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen, die einen Behälter für die spaltbaren Stoffe aufweist, in dessen unmittelbarer Nähe eine Strahlenschutzwand angeordnet ist, die eine Schicht aus Neutronen bremsendem Material sowie eine zwischen dieser Schicht und dem Behälter angeordneten Schicht aus Neutronen absorbierendem Material aufweist Sie wird insbesondere in radicchemischen Werken verwendet, in denen die spaltbaren Stoffe Uran und Plutonium verarbeitet werden.

Es ist eine Strahlenschutzwand bekannt, die eine Schicht aus Neutronen absorbierendem Material, die in unmittelbarer Nähe eines Behälters mit spaltbarem Stoff angeordnet ist, sowie eine an dieser Schicht liegende Schicht aus Neutronen bremsendem Material aufweist (vgl. DT-AS 12 30 933). Dabei hat die Schicht aus Neutronen bremsendem Material an der der Schicht aus Neutronen absorbierendem Material zugewandten Seite eine flache Oberfläche. Da aber eine solche Strahlenschutzwand einen bedeutenden Teil der Neutronen in den Behälter reflektiert, der den spaltbaren Stoff enthält, muß die Dicke dieses Behälters gleich einem bestimmten Wert, z. D. 60 mm, gewählt werden.

Bei einer anderen Strahlenschutzwand sind zu deren Anpassung an die Behälterform Neutronen bremsendes Material und Neutronen absorbierendes Material gleichmäßig über die Wanddicke verteilt, wobei die Materialien in Kugelform, mit bei dem Neutronen bremsendem Material mindestens drei verschiedenen Druckmessern, vorliegen, und die Zwischenräume dann von einer härtbaren Vergußmasse ausgefüllt werden (vgl. DT-AS 11 67 459). Ein besseres Reflexionsverhalten wird aber nicht erreicht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Beseitigung des genannten Nachteiles eine Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen zu entwikkeln, mit einer Ausbildung der Strahlenschutzwand, durch die die Reflexion von Neutronen in einen an der Strahlenschutzwand angeordneten Behälter mit darin enthaltenem, spaltbaren Material vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht aus Neutronen bremsendem Material an der dem Behälter zugewandten Seite mit aufeinanderfolgenden Ansätzen und Aussparungen versehen ist, und die Breite jedes Ansatzes von ¹As bis zu 3 Neutronenreichweiten beträgt,

DaLei geht die Erfindung von der bekannten Tatsache aus, daß die Reflexion oder Rückstrahlung von Neutronen an einer Oberfläche vermindert wird, die an der Seite der Strahlungsquelle mit Strukturierungen.

wie sich abwechselnden Vorsprüngen und diesen gegenüber vielfach größeren Aussparungen, ausgebildet ist (vgl. DL-PS 52 745).

Es ist zweckmäßig, daß die Ansätze und die Aussparungen eine rechteckige Form haben.

Um ein gefährliches Füllen der Aussparungen mit Wasser zu verhindern, werden die Aussparungen zweckmäßigerweise mit porösem Material gefüllt. Die durch die Wände der Ansätze gebildeten Räume können mit einem Wärmeträger gefüllt werden.

Wenn eine Überwachung der Durchführung eines technologischen Prozesses erforderlich ist, werden in den Aussparungen zweckmäßigerweise Neutronenstrahlungsdetektoren angeordnet.

In einer der Wände des Behälters mit dem darin enthaltenen spaltbaren Stoff sowie in der Schicht aus Neutronen absorbierendem Material sind vorzugsweise Bohrungen, und die Aussparungen sind so mit der Umgebung verbunden, daß durch die Bohrungen das Absaugen von einigen Komponenten der spaltbaren Stoffe gewährleistet wird.

Ein solcher Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen gestattet es, die Dicke des Behälters wesentlich, und zwar um 20 bis 30 mm, zu erhöhen.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen und durch die Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die erfindungsgemäße Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen (im Querschnitt),

F i g. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die aus mehreren Zellen besteht (im Querschnitt),

F i g. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemä-Ben Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen, die mit einem Wärmeträger versehen ist (im Querschnitt),

F i g. 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemä-

Ben Anordnung mit Strahlungsdetektoren (im Querschnitt), und

F i g. 5 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit Fällung der spaltbaren Stoffe und Absaugen der Mutterlösung (im Querschnitt).

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen besitzt einen in Form eines verlängerten rechtwinkligen Parallelepipeds ausgeführten Metallbehälter 1 (Fig. 1) mit darin enthaltenem spaltbaren Stoff Uran. Als spaltbaren Stoff kann man auch Plutonium verwenden.

Der Behälter 1 ist an den Breitseiten mit einer Strahlenschutzwand 2 von rechteckiger Form versehen. Die Wand 2 besteht aus einer Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material, die in unmittelbarer Nähe des Behälters 1 angeordnet ist (bei der vorliegenden Ausführungsform schließt sich die Schicht 3 an die größeren Flächen des Behälters 1 an), sowie aus einer hinter der Schicht 3 angeordneten Schicht 4 aus Neutronen bremsendem Material.

Die Schicht 4 aus Neutronen bremsendem Material ist an der der Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material zugewandten Seite mit aufeinanderfolgenden Ansätzen 5 und Aussparungen 6 versehen.

Als Neutronen absorbierendes Material der Schicht 3 kann man Bor, jedoch auch Kadmium und Seltene Erden verwenden. Als Neutronen bremsendes Material der Schicht 4 kann man am besten die wasserstoffhallige Bremssubstanz Polyäthylen verwenden, das der gesamten Anordnung eine ausreichende Steife verleiht.

Die Ansätze 5 und die Aussparungen 6 haben eine rechtwinklige oder rechteckige Form. Die Breite jeden Ansatzes 5 beträgt von Ve bis zu 3 Neutronenreichweiten, was dazu führt, daß bei der Neutronenausbreitung der heterogene Effekt eine bedeutende Rolle spielt, d. h., daß die Abmessungen der Aussparungen 6 mit der Neutronenreichweite vergleichbar sind. Bei der Verwendung von Polyäthylen beträgt die Reichweite konkret 5 cm, und die Breite der Ansätze 5 beträgt Ve cm.

Bei einer größeren Höhe der Ansätze 5 werden diese zweckmäßigerweise zugespitzt, um dadurch die Entstehung kritischer Masse an den Berührungsstellen der Ansätze 5 mit der Schicht aus Neutronen absorbierendem Material 3 auszuschließen. Die Aussparungen 6 sind mit porösem Material 7, bei der vorliegenden Ausführungsform mit einem Schaumstoff, gefüllt.

Die Strahlenschutzwand 2 wird an dem Behälter 1 mittels Bolzen 8 mit Schraubenmuttern 9 befestigt.

Vorstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung beschrieben worden, die aus einer Zelle besteht. Diese Anordnungen können jedoch aus mehreren Zellen bestehen. Eine solche Ausführungsform der Anordnung, die aus drei Zellen besteht, ist in F i g. 2 dargestellt.

Eine solche Anordnung enthält mit Strahlenschutzwänden 2 versehene Behälter 10, in denen der spaltbare Stoff untergebracht wird. Die zwischen den Behältern 10 angeordneten Strahlenschutzwände 2 weisen eine Schicht 11 aus Neutronen bremsendem Material auf, die mit Ansätzen 12 versehen ist, die an einer Seite der Strahlenschutzwand 2 gegenüber Aussparungen 13 angebracht sind, die an der anderen Seite der Strahlenschutzwand 2 angeordnet sind. Die Aussparungen 13 sind mit porösem Material 14, nämlich Schaumstoff, gefüllt. Die Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material ist v/ie bei der ersten Ausführungsform ausgebildet.

Bei der Ausführungsform der Anordnung, die zur Durchführung eines mit der Erwärmung und Kühlung verbundenen technologischen Prozesses zur Verarbeitung von spaltbaren Stoffen verwendet wird, sind die durch die Wände der Ansätze 15 (F i g. 3) gebildeten Räume teilweise mit einem Wärme übertragenden Mittel gefüllt. Dazu sind in diesen Räumen Metallrohre 16 untergebracht, durch die Wasser 17 strömt. Im übrigen ist der Aufbau der Anordnung dein gemäß F i g. 1 ähnlich. Es sind vorhanden ein Behälter 18 mit einem darin enthaltenen spaltbaren Stoff, eine Strahlenschutzwand 2, eine Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material, eine Schicht 19 aus Neutronen bremsendem Material mit Ansätzen 15, Aussparungen 20 und porösem Material 21.

Bei der Ausführungsform der Anordnung, die zur Messung der Konzentrationen von spaltbaren Stoffen verwendet wird, sind in den Aussparungen 22 (Fi g. 4) Neutronendetektoren 23 mit Helium-3 untergebracht. Im übrigen ist der Aufbau der Anordnung dem gemäß F i g. I ähnlich. Es sind vorhanden ein Behälter 24 mit einem darin enthaltenen spaltbaren Stoff, eine Strahlenschutzwand 2, eine Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material, eine Schicht 25 aus Neutronen bremsendem Material mit Ansätzen 26, Aussparungen 22 und porösem Material 27.

Bei der Ausführungstorm der Anordnung, die zur Fällung von spaltbaren Stoffen und zum Absaugen der Mutterlösung verwendet wird, sind in einer der Wände 28 (F i g. 5) eines Behälters 29 mit einem darin enthaltenen spaltbaren Stoff sowie in der Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material der Strahlenschutzwand 2 jeweils Bohrungen 30 bzw. 31 ausgeführt. Aussparungen 32 einer Neutronen bremsenden Schicht 33, mit porösem Material 34 gefüllt und zwischen Ansätzen 35 angeordnet, sind mit dem Umgebungsmedium durch Rohrstutzen 36, einen Behälter 37 und einen Rohrstutzen 38 derart verbunden, daß durch die Bohrungen 30 und 31 das Absaugen einiger Komponenten der spaltbaren Stoffe, und zwar das Absaugen der Mutterlösung, gewährleistet wird. Der Behälter 29 hat Rohrstutzen 39 und 40 für die Zuführung der Lösung bzw. der Luft, und zwischen der Wand 28 mit den Bohrungen 30 und der Schicht 3 mit den Bohrungen 31 ist ein Spalt 41 vorhanden.

Die Schicht 3 aus Neutronen absorbierendem Material und die Schicht 4 aus Neutronen bremsendem Material, die an der anderen Wand 28 des Behälters 29 angeordnet sind, sowie die Aussparungen 32, die Ansätze 35 und der Behälter 29 sind wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1 ausgeführt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen ist bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen ähnlich, und wird an Hand der ersten Ausführungsform der Anordnung eingehend behandelt. In Bezug auf die übrigen Ausführungsformen werden nur einige Unterschiede der Wirkungsweise angegeben.

Die im Behälter 1 (F i g. 1) mit dem darin enthaltenen spaltbaren Stoff entstehenden und sich vermehrenden Neutronen gelangen in den Bereich, in dem die Strahlenschutzwand 2 angeordnet ist; ein Teil der Neutronen wird durch die Schicht 3 absorbiert, und der andere Teil fliegt in die Schicht 4.

Da in der Anordnung die Aussparungen 6 vorgesehen sind, fliegt ein bedeutender Teil der Neutronen in diese Aussparungen 6 und nur ein geringer Teil der Neutronen wird von den Ansätzen 5 reflektiert. Die Wahrscheinlichkeit einer Rückführung der Neutronen

aus den Aussparungen 6 ist wegen der auftretenden Mehrfachstreuung wesentlich geringer.

Vergleiche hierzu den ähnlichen Effekt bei »schwarzem Samt«, bei dem das Licht stark durch den Flor des Gewebes absorbiert wird.

Etwas ähnliches kann man in Bezug auf die Neutronen erreichen. In diesem Fall ist es zur Erreichung des Effektes notwendig, daß die Ansätze 5 für Neutronen eine ausreichende Größe aufweisen, die beispielsweise mit der Neulronenreichweite vergleichbar ist. Dadurch wird die Zahl der Neutronen, die in den Behälter 1 mit dem darin enthaltenen spaltbaren Stoff zurückgeführt werden, sehr gering. Das gestattet es, die gefahrlose oder unbedenkliche Größe der Anordnung zu erhöhen, die den Forderungen des Strahlenschutzes entspricht. Gleichzeitig wird die Anordnung durch die Schichten 3 und 4 gegen Reflexion der Neutronen von den Wänden zuverlässig abgeschirmt.

Die Vergrößerung der Abmessungen des Behälters 1, die bei den vorliegenden Anordnungen mit der Schicht 4 aus Neutronen bremsendem Material verwirklicht wird, welche in Form von aufeinanderfolgenden Ansätzen 5 und Aussparungen 6 ausgeführt ist, zeigt, daß hier von jeder Seite des Behälters 1 ein Abmessungsgewinn von etwa 15 mm erreicht wird. Versuche ergaben z. B., daß die Dicke des Behälters 1 der erfindungsgemäßen Anordnungen 90 mm anstatt 60 mm, wie bei bekannten Anordnungen, betragen kann. Auf diese Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung eine Vergrößerung der Abmessungen des Behälters.

Wenn die Betriebsverhältnisse eine Überschwemmung der Anordnung mit Wasser nicht ausschließen, ist eine Füllung der Aussparungen 6 mit porösem Material 7 vorgesehen, das das Eindringen des Wassers in die Aussparungen 6 und die Schaffung einer damit verbundenen strahlungsgefährdeten Situation verhindert.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Anordnung können die in den Behältern 10 enthaltenen spaltbaren Stoffe wechselwirken. Um diese Wechselwirkung auszuschließen, sind die Aussparungen 13 der Neutronen bremsenden Schicht 11 an einer Seite der Strahlenschutzwand 2 in bezug auf die Aussparungen 13 an der anderen Seite dieser Strahlenschutzwand 2 unsymmetrisch ausgeführt. Eine solche Konstruktion der Anordnung gestattet es, die Behälter 10 in einem wesentlich geringeren Abstand gegenüber bekannten Anordnungen anzuordnen.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Anordnung für die Durchführung des technologischen Prozesses zur Verarbeitung von spaltbaren Stoffen bei Hoch- und Niedertemperaturen fließt das Wasser 17 entlang der Rohre 16 und erwärmt oder kühlt den im Behälter 18 enthaltenen spaltbaren Stoff.

Bei der in F i g. 4 dargestellten Anordnung wird ein Teil der aus dem Behälter 24 austretenden Neutronen durch die Detektoren 23 absorbiert, die in den Aussparungen 22 angeordnet sind. Eine solche Anordnung der Detektoren 23 ermöglicht es, die Konzentration der spaltbaren Stoffe zu bestimmen und die Bedingungen des Strahlenschutzes einzuhalten. Der zwischen der Schicht 25 aus Neutronen bremsendem Material und den Wänden des Detektors 23 vorgesehene Spalt, welcher mit porösem Material 27 gefüllt ist, trägt außerdem zu einer Erhöhung des Ansprechvermögens des Detektors 23 um etwa das l,5fache bei, weil in diesem Fall der Einfluß einer Verminderung des Neutronenflusses neben den Detektoren 23 beseitigt wird.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Anordnung wird das Absaugen der Mutterlösung aus dem Behälter 29 durch die Bohrungen 30, den Spalt 41, die Bohrungen 31, das poröse Material 34 der Aussparungen 32, die Rohrstutzen 36, den Behälter 37 und den Rohrstutzen 38 vorgenommen. Im Behälter 29 bleibt ein entwässerter Niederschlag von spaltbaren Stoffen zurück.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung von spaltbaren Stoffen gestattet es, die strahlensicheren Abmessungen des Behälters um 20 bis 30% und in einer Reihe von Fällen noch mehr zu vergrößern. Dadurch wird es möglich, eine höhere Leistung dieser Anordnungen zu gewährleisten, den Metallaufwand zu vermindern und auf denselben Produktionsflächen eine größere Anzahl von erfindungsgemäßen Anordnungen anzubringen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ' *\ 1. Anordnung zur Lagerung und Verarbeitung '.* von spaltbaren Stoffen, die einen Behälter für die spaltbaren Stoffe aufweist, in dessen unmittelbarer Nähe eine Strahlenschutzwand angeordnet ist, die eiise Schicht aus Neutronen bremsendem Material sowie eine zwischen dieser Schicht und dem Behälter angeordneten Schicht aus Neutronen absorbierendem Material aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (4, 11, 19, 25. 33) aus Neutronen bremsendem Material an der dem Behälter (1, 10, 18, 24, 29) zugewandten Seite mit aufeinanderfolgenden Ansätzen (5, 12, 15, 26, 35) und Aussparungen (6,13, 20, 22,32) versehen ist, und die Breite jedes Ansatzes (5,12,15, 26,35) von Vs bis zu 3 Neutronenreichweiten beträgt.
2. 2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (5) und die Aussparungen (6) eine rechteckige Form haben.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (6,13, 20, 22, 32) mit porösem Material (7, 14, 21, 27, 34) gefüllt sind.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ansätzen (15) Wärme übertragende Mittel (16) untergebracht sind (F ig· 3).
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Aussparungen (22) Neutronenstrahlungsdetektoren (23) angeordnet sind (F i g. 4).

   t>. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Wände (28) des Behälters (29) mit dem darin enthaltenden spaltbaren Stoff sowie in der Schicht (3) aus Neutronen absorbierendem Material Bohrungen (30,31) sind, und daß die Aussparungen (32) so mit der Umgebung verbunden sind, daß durch die Bohrungen (30, 31) Komponenten der spaltbaren Stoffe absaugbar sind (F i g. 5).