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Dichtung für TransEortbehälter von radioaktiven Materialien Die Erfindung
betrifft eine neuartige Dichtung für Transport behälter von radioaktiven Materialien,
welche auch bei hohen Temperaturen und unter mechanischer Beanspruchung eine zuverlässige
Abdichtung des Behälters gewährleistet.
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Bei dem Transport von radioaktiven Stoffen sind wegen der Gefahr für
die Öffentlichkeit hohe Anforderungen an die Dichtheit der Transportbehälter zu
stellen. Für den Transport radioaktiver Materialien werden deshalb spezielle Behälter
verwendet, deren Spezifikationen in den HRegulations For The.Safe Transport Of Radioative
Materials"' festgelegt sind.
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Der Aufwand für solche Behälter richtet sich u. a. nach der Aktivität
des zu transportlerenden Materials. Von bestimmten Aktivitätsgrenzen an sind sogenannte
n Typ B n - Behälter erforderlich. Diese Typ-B-BehElter müssen u. a. nach einem
Fall aus 9 Meter Höhe sowie nach einem Temperaturtest von 800°C und 30 Minuten Dauer
noch eine Dichtheit in der Qrössenordnung von 1,10 Torr . 1 aufweisen.
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sec.
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Beson d ers das Testfeuer bedeutet, dass diese Behälter sehr aufwendig
gebaut werden müssen, da die normalerweise verwendeten gummi-elastischen Dichtungen
der Behälterverschldsse nur bis maximal 3000C beständig sind. Um diese Dichtungen
gegen die Einwirkungen des Feuers zu schützen, werden die Behälter normalerweise
isoliert. Diese Isolierungen führen nicht nur zu hohen Baukosten für die Behälter,
sondern auch aufgrund des Gewichtes und des Raumbedarfs der Isolierungen zu höheren
Transportkosten. Ausserdem verhindern sie nicht nur das Eindringen von Wärme in
den Behälter, sondern sie behindern auch die Abfuhr der von radioaktiven Materialien
erzeugten Wärme.
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Dies führt zu einer Kapazitätsberenzung dieser Behälter.
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Wenn ein Transport rit den bereits zur Verfügung stehenden Behältern
nicht durchgeführt werden kann, ist ein neuer Transportbehälter von Grund auf neu
zu konstruieren. Dieser Behältertyp muss sodann von den Genehmigungibehörden zugelassen
worden. Dazu ist es erforderlich, der Genehmigungsbehörde nachzuweisen, dass der
Behälter den geforderten Testbeanspruchungen (9 - m - Fall, 8000C-Feuer usw.) standhält.
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Bs ist daher jedes Mal ein erheblicher Aufwand notwendig, um einen
neuen Behältertyp zugelassen zu bekommen.
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Für die heute gestellten hohen Anforderungen an die Dichtigkeit der
Transportbehälter muss ein hoher Konstruktions- und Handhabungsaufwand getrieben
werden. Das Ziel der Erfindung ist daher darin zu sehen, eine neuartige Dichtung
zu schaffen, welche bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten für die Behälter
und einfacher Handhabung der Behälter auch extremen Anforderungen genügt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Dichtung für
Transportb.hälter von radioaktiven Materialien anzugeben, welche aus einen auf dem-Tran-portbehälter
aufgebrachten Verschlussdeckel mit elastischen Dichtungselenenten zwischen Deckel
und Behälter besteht und welche sowohl die Vorteile der gummielastischen Dichtungsuatertalien
bei der nornalen Handhabung der Behälter aufweist, andererseits Jedoch auch bei
hohen Temperaturen den Behälter zuverlässig abdichtet.
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Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, dass mindestens
zwei nebeneinander und bzw. oder übereinander liegende Dichtungselemente aus Je
einen gummielastischen Werkstoff und niedrigechmelzendem Metall zwischen Deckel
und Behälterabechluss innerhalb von Nuten angeordnet sind.
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Durch die erfindungsgemässe Ausbildung der Dichtung ist es nicht rebr
erforderlich, die Transportbehälter (abgesehen von Sonderfällen, wie z. B. Flüssigkeiten)
aufwendig zu isolioren, was zU einer erheblichen Ersparnis bein Bau der Behälter
sowie bei den
Transportkosten bei gleichzeitiger optimaler Abdichtung
führt.
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Weiterhin können auf diese Weise Normbehälterteile entwickelt werden,
die als Element von den Genehmigungsbehörden,geprüft und zugelassen werden, so dass
aus diesen Teilen verschiedenartige Behälter zusammengesetzt werden können, ohne
dass diese Behälter für sich noch von der Genehmigungsbehörde neu zugelassen, werden
müssen. Dies ermöglicht es, im Bedarfsfall sehr schnell Behälter neuer, bisher nicht
vorliegender Dimensionen zur Verfügung zu haben.
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Die neuartige Dichtung bietet sich vor allen Dingen an zum Einsatz
bei Behältern für unbestrahlte Kernbrennstoffe, z. B.
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Plutonium und Uran 233 sowie flir radioaktive Isotope. Besonders der
Transport plutonimhaltiger unbestrahlter Brennelemente wird mit einer Dichtung dieser
Art wesentlich vereinfacht und verbilligt da im Prinzip ein massives Stahlrohr mit
Flansch, ausgestattet mit der neuartigen Dichtung (vgl. Fig. 1) als Transportbehälter
den Vorschriften genügen wird.
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Das Prinzip der Dichtung besteht darin, dass die Dichtungsfunktionen
auf die zwei verschiedenen parallel angebrachten Dichtelemente aufgeteilt werden.
Neben der bereits bisher verwendeten gummi-elastischen Dichtung in Form eines O-Ringes
in einer Nut wird zusätzlich eine Dichtung aus einem niedrigschmelzenden Metall
angebracht (vgl. Figur 2). Die gummi-eastische Dichtung dichtet den Behälter ab
im Temperaturbereich bis, ca. 300 C, also bei sämtlichen normalen Handhabungen des
Behälters. Wird die Behälterdichtung im Falle eines Unfalles Temperaturen in der
Grössenordnung von 250 C oder darüber ausgesetzt, so schmilzt die Metalldichtung
und lötet den Behälter zu.
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Schwierigkeiten könnte es während einer Wärmeeinwirkung bei Temperaturen
oberhalb 300°C geben, da einerseits die gummielastische Dichtung bereits durch die
Temperatureinwirkung zerstört worden ist, andererseits die Metalldichtung noch flüssig
ist. Es ist denkbar, dass durch den im Innern des Behälters auftretenden Überdruck
Gase durch das flüssige Metall hindurchgedrückt werden oder der Überdruck sogar
das flüssige Metall wegdrücken könnte.
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In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung ist es möglich,
dies zu verhindern, indem durch eine entsprechende Wahl der Materialien von Behälterflansch,
Deckel und Schrauben mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine zusätzliche
Anpressung der Dichtflächen erzeugt wird. Falls die Dichtung in radialer Anordnung
ausgebildet wird (vgl. Fig. 3), ist dieser Effekt besonders einfach zu erreichen,
wenn das Material des Deckels einen grösseren Wärmeausdehnungskoeffizienten hat
als das Material des Behälters.
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Das gute Benetzen der Gegenflächen beim FlÜssigwerden der niedrig
schmelzenden Dichtung (Lot) kann eventuell durch Beimengen eines Flussmittels in
das Lot gefördert werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, das Lot nicht nur
einseitig einzubringen, sondern sowohl am Behälterflansch als auch am Deckel zwei
genau gegenüberliegende Nuten mit Lot zu füllen, die bei Erwärmung nur zusammenzufliessen
brauchen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsforn der Erfindung sind
die Kanten der das Lot enthaltenden Nuten leicht angeschrägt, so dass in der-Dichtfläche
ein leicht konischer Spalt entsteht, in den das flüssige Metall aufgrund der Kapillarwirkung
eindringt und somit ein einwandfreies Verlöten der metallischen Dichtflächenerfolgt
(vgl. Fig. 4).
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Als Material für die Metalldichtung hat sich neben den üblichen niedrig
schmelzenden Loten insbesondere Blei als geeignet erwiesen.
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Die Erfindung wird anhand von schematischen Zeichnungen gemäss den
Fig. 1 bis 4 näher erläutert Fig. 1 stellt einen Transportbehälter im Lingsschnitt
dar, in welchem die axiale und radiale Anordnung der Dichtungselemente erkennbar
sind.
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Fig. 2 stellt einen Ausschnitt aus Fig. 1 dar, in welchem die axiale
Anordnung der Dichtungselemente wiedergegeben ist.
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Fig. 3 stellt einen Ausschnitt aus Fig. 1 dar, in welchem die radiale
Anordnung der Dichtungselemente wiedergegeben ist.
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Fig. 4 stellt einen Ausschnitt aus Fig. 2 dar, in welchem eine besondere
Ausbildungsform eines Dichtungselementes aus leichtschmelzbarem Metall dargestellt
ist.
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Man erkennt in Fig. 1 einen Behälter 1 mit einem gelochten Flansch
11, in welchem ein gummielastischer Dichtungsring 14 und je ein aus leichtschmelzbarem
Metall gefertigter Dichtungsring 13 bzw. 12 eingelassen sind. Auf dem Behälter 1
wird ein Verschluss 2 aufgesetzt, welcher mittels eines gelochten Flansches 21 befestigt
wird. Am Verschluss 2 erkennt man einen gummielastischen Dichtungsring 24 und je
einen Dichtungsring aus leichtschmelzbarem Metall 22 und 23, welche beim Zusammenfügen
von Verschluss 2 mit Behälter 1 mit den Dichtungselementen 12 und 13 zur Deckung
gelangen. Für die Figuren 2 bis 4, welche besondere Ausfilirungsformen der Dichtungselemente
wiedergeben, gelten die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1.
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Durch die erfindungsgemässe Dichtungsvorrichtung lässt sich der behördliche
Zulassungsvorgang wesentlich vereinfachen, indem mit der beschriebenen Dichtung
z. B. zylindrische Stahlbehälter jeder beliebigen Länge und jedes beliebigen Durchmessers
ausgerüstet werden können, da die Flansche jeweils für Behälter desselben Durchmessers
identisch sind. Bei den Behörden wäre ein entsprechender Behälter maximaler Abmessungen
und maximaler Zuladung (Gewicht!) zuzulassen, wobei nachgewiesen werden könnte,
dass z. B. bei Behältern mit dem gleichen Flansch, jedoch geringerer Länge, keine
grösseren Beanspruchungen auftreten und diese somit von vornherein auch mit zugelassen
werden können. Diese Prozedur liesse sich für eine Reihe von Flanschen verschiedenen
Durchmessers durchführen, wobei evtl.
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von einem grösseren Flansch auf die Dichtheit eines kleineren Flansches
zu schliessen ist. Wenn somit die Zulassung für eine Reihe von Flanschen vorliegt,
könnten Behälter nahezu jeder Dimension kurzfristig hergestellt werden, ohne dass
erneut eine
Zulassung bei den Behörden angestrebt werden muss.