DE2358979C2

DE2358979C2 - Behälter zur Lagerung und zum Transport radioaktiver Materialien

Info

Publication number: DE2358979C2
Application number: DE2358979A
Authority: DE
Inventors: Camille Lyon Rhone Bochard
Original assignee: ROBATEL-SLPI GENAS RHONE FR
Current assignee: ROBATEL-SLPI GENAS RHONE FR
Priority date: 1972-11-28
Filing date: 1973-11-27
Publication date: 1984-08-02
Also published as: US3930166A; FR2208165B1; DE2358979A1; FR2208165A1; JPS4995099A; JPS5727440B2; GB1403338A

Description

Metallstücke	50%
Schmelzzement	3396
bewehrter Gips	17%

angerührt mit 25% Wasser, bezogen auf das Volumen des Trockengemisches.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Neutronen-Schutzschirm (10), der aus einem zwischen den Schenkeln der inneren Reihe vorgesehenen geeigneten Material besteht.

6. Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronen-Schulzschirni (iö) aus einer Reihe von Polyäthylenfäden-Bündeln besteht, die zur Erzielung ihres gegenseitigen Zusammenhalts und ihres Haftens zwischen den Schenkeln mit einem borhaltigen Bindemittel überzogen sind.

7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronen-Schutzschirm (10) folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) aufweist:

Polyäthylenfäden	75%
Colemanit (2 CaO · 3 B₂O₃ ■ 5 H₂O)	1%
Zement	6%
Gips	5%
Wasser	1%

Die Erfindung bezieht sich auf einen Behälter zur Lagerung und zum Transport radioaktiver Materialien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Behälter ist aus der DE-AS 15 14 623 bekannt. Als nachteilig ist bei diesem Behälter anzusehen, daß sich zwischen der Strahlenschutzverkleidung und dem äußeren Metallschutzmantel metallische Verbindungen in Form eines Wellblechs befinden,-»' durch die eine direkte Wärmeübertragung zwischen dem Strahlenschutzmaterial und dem äußeren Metallschutzmantel erfolgt. Hierdurch besteht die Gefahr, daß es bei Ausbrechen eines Brandes in der Nähe des Behälters zu einer die Strahlenschutzverkleidung beschädigenden überhitzung kommen kann, wodurch kein ausreichend sicherer Strahlenschutz mehr gewährleistet ist.

Aus der DE-OS 20 40 348 ist ferner ein Behälter für radioaktive Materialien bekannt, der eine einzige Reihe -'5 U- oder I-förmiger oder ähnlicher Wärmeleitelemente besitzt, welche die unmittelbare radiale Übertragung zwischen dem Strahlenschutzmaterial und der Außenwand bewirken. Da diese Wärmeleitelemente zudem in einem Material mit sehr geringer endothermer Kapazität M eingebettet sind, kann Im Falle eines Brandes in der Umgebung des Behälters kein wirksamer Schutz der Strahlenschutzverkleidung und damit kein sicherer Strahlenschutz gewährleistet werden. Ferner besteht bei diesem Behälter die Gefahr, daß es aufgrund der gerin- f>> gen Materialstärke der Wärmeleitelementc und deren F.inbettung in einem nicht endothermen Material zu einer Überhitzung kommen kann, wenn die von dem radioaktiven Material freigesetzte Wärme nicht genügend abgeführt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Gattung zu schaffen, der unter normalen Betriebsbedingungen eine wirksame Wärmeableitung und bei einem Brand in der Behälterumgebung eine gute Wärmeisolierung und einen sicheren Strahlenschutz bietet.

Erfindungsgemäß sind zur Lösung die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale vorgesehen. Bevorzugte Merkmale, die die Erfindung zweckmäßig weiterbilden, sind in den nachgeordneten Ansprüchen enthalten.

Durch die Merkmale der Erfindung wird mit relativeinfachen Maßnahmen ein wirkungsvoller und sicherer Strahlenschutz sowohl unter normalen Betriebsbedingungen als auch bei einem Brand In der Behälterumgebung erreicht. Unter normalen Betriebsbedingungen wird durch die indirekte Wärmeübertragung zwischen der Strahlenschutzverkleidung und dem äußeren Metallschutzmantel, die über die Winkelstücke, das endotherme Material und die Profilslücke erfolgt, eine rasche und wirksame Abführung der Wurme erzielt. Hierdurch kann die Strahlenschutzverkleidung ausreichend abgekühlt werden. Falls es jedoch in der Nähe des Behälters zu einem Brand kommt, gelangt die äußere Wärme über den Metallschutzmantel auf die Profilstücke und dann zu dem endothermen Material. Bei Temperaturanstieg verdampft das in dem endothermen Material enthaltene Wasser und tritt durch die vorgesehenen Durchbrüche, wodurch weitgehend ver-

mieden wird, daß diese Wärme auf die Winkelstücke übergeht. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, daß die Strahlenschutzverkleidung einer Erhitzung von außen ausgesetzt wird, die den sicheren Strahlenschutz gefährdet.

Nachstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die schematische Zeichnung beispielsweise näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Behälters;

Fig. 2 einen Teil von Fig. 1 in größerem Maßstab, ίο der die Ausbildung des Brandschutzes veranschaulicht;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht gemäß einer abgewandelten Ausführungsform.

Der Behälter gemäß Fig. 1 besitzt in üblicher Weise einen Innenbehälter 1 mit kreisförmigem Querschnitt, der in eine aus Blei oder einem anderen geeigneten Material bestehende zylindrische Strahlenschutzverkleidung 2 eingebettet ist. Letztere ist von einem äußeren Metallschutzmantel 3 aus Stahl oder einem anderen widerstandsfähigen Metall umgeben, wobei zwischen der Innenwand des Mantels 3 und der Verkleidung 2 ein ringförmiger Raum zur Aufnahme eines schematisch gezeigten Brandschutzes 4 freibleibt.

Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, besitzt dieser Brandschutz 4 eine erste Reihe oder einen ersten Kranz von Profilstücken 5 mit U-förmigem Querschnitt, welche z. B. aus Kupfer bestehen, sich über die ganze Höhe des Behälters erstrecken und mittels Schweißpunkte 5' untereinander verbunden sind. Die seitlichen, im wesentlichen miteinander in Berührung gehaltenen Schenkel der Profilstücke 5 verlaufen daher radial zum Inneren des Behälters hin, während die jeweils bei Sa durchbrochenen Querstege zum Mantel 3 hin gerichtet sind.

Außerdem weist der Brandschutz 4 eine zweite Reihe oder einen zweiten Kranz von Schenkeln auf, welche von vorteilhafterweise aus Kupfer bestehenden Winkelstücken 6 gebildet sind. Letztere sind an den Schweißpunkten 6' zusammengefügt und derart ausgerichtet, daß einer ihrer Schenkel radial im Innern eines U-förmigen Profilstücks 5 verläuft. Die Befestigung der beiden Kränze erfolgt mittels gerillter Leisten 7 aus Holz oder einem anderen Material mit großem Wärmeisolierungsfaktor. Die zwischen den Schenkeln der beiden Kränze 5, 6 entstehenden Zwischenräume werden mit einer Masse 8 aus endothermem Material ausgefüllt, das eine große Wärmemenge absorbieren kann, wenn es einer plötzlichen und starken Temperaturerhöhung unterworffc;:. wird. Die beiden Kränze werden an ihrem Platz mittels zweier ringförmiger Lagen 9 aiu gut wärmeleitendem Stoff festgehalten.

Die Masse 8 kann entweder nach der in der FR-PS 14 38 241 beschriebenen Art aus hydriertem Kalziumsulfat oder wie in der DE-OS 20 14 706 angegeben, aus einem aus einer wäßrigen Suspension von Tonerdetrihydrat (AI₂O₃ · 3 H₂O) und Eisen- oder Flußstahlpulver gebildetem Gemisch, beschaffen sein. Die ringförmige Vergußlage 9 kann folgende Zusammensetzung aufweisen (in Volumenprozent):

Metallstücke 50%

Schmelzzement 33%

bewehrter Gips 17%.

angerührt mit 25% Wasser, bezogen auf das Volumen des Trockengemisches.

Die von dem im Innenbehälter 1 untergebrachten radioaktiven Material freigesetzte Wärme geht auf die Verkleidung 2 über und durchquert die innere ringförmige Lage 9. Der von den Winkelstücken 6 gebildete Kranz erreicht dadurch eine hohe Temperatur. Die Wärme kann auf Grund der von den Leisten 7 gebildeten thermischen Schranke nicht radial nach außen entweichen, so daß sie jede Masseschicht 8 durchdringen muß, um zu den Seitenschenkeln der Profilstücke 5 zu gelangen, von denen die Wärme über die ringförmige Lage 9 und den äußeren Metallschutzmantel 3 nach außen abgeführt wird. Somit erfolgt die Wärmeübertragung zwischen dem inneren und dem äußeren Kranz infolge der geringen Stärke jeder Masseschicht 8 und der so geschaffenen großen Austauschfläche unter optimierten Bedingungen.

Falls in der Umgebung des Behälters ein Brand ausbrechen sollte, würde die dabei entstehende Wärme durch den Mantel 3 sowie die ringförmige Lage 9 auf den äußeren, von den Profilstücken 5 gebildeten Kranz übertragen werden. Die auf die Schenkel der Profilstücke 5 wirkende Temperaturerhöh^ig würde dann ein Verdampfen des in den endothermen Massen 8 enthaltenen Wassers zur Folge haben, so daß sich die Winkelstücke 6 nur sehr mäßig erwärmen wurden. Auf diese Weise wird bei einem Unfall jegliche Überhitzung der Sti-hlenschutzverkleidung 2 vermieden. Das Volumen des endothermen Isoliermaterials kann erhöht werden, indem man die Schenkel der beiden Brandschutz-Kränze radial verlängert, wodurch zugleich sowohl die Wärmeisolierung des Behälters als auch die Wärmeableitungscharakteristiken auf Grund der Vergrößerung der Austauschfläche verbessert werden.

Wenn die endothermen Isoliermassen 8 wirksam werden, kann der erzeugte Dampf durch die Durchbrüche 5a der Profilstücke 5 entweichen und durch zu diesem Zweck im Metallschutzmantel 3 vorgesehene Öffnungen nach außen gelangen; letztere sind normalerweise durch schmelzbare Verschlüsse 3j verschlossen.

Fig. 3 zeigt eine abgewandelte Au.sführungsfovm der Erfindung, bei der die Strahlenschutzverkleidung 2 noch mit einem Neutronen-Schutzschirm 10 versehen ist. In diesem Fall weisen die Winkelstücke 6 einen radialen Schenkel von großer Länge auf, um Räume zur Aufnahme eines geeigneten Materials zu schaffen, das insbesondere eine Zusammensetzung der folgenden Art aufweisen kann (in Gewichtsprozent):

gekörntes Polyäthylen 38%

Aluminiumhydroxyd (Al₂O₃ · 3 H₂O) 18%

Colemanit (2 CaO · 3 B₂O₃- 5 H₂O) 7%

Zement 14%

Gips 7%

Wasser 16%

Wahlweise kann der Schutzschirm 10 ar.cn aus Jiner Reihe von Bündeln aus Polyäthylenfäden mit geringem Durchmesser gebildet sein, die parallel zueinander gerichtet sind und z. B. durch Tauchen mit einem borhaltigen Binde.nittel überzogen werden, das nach dem Trocknen ihr Haften in den Räumen zwischen den Winkelstücken 6 sicherstellt. In der Praxis kann dieser Schutzschirm 10 folgende Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) aufweisen:

Polyäthylenfädeii

Colemanit

Zement Gips

Wasser

75% 7"c 6%

Bei dieser Ausführungsform wird ein festes Material mit großer Wirksamkeit hinsichtlich Neutronenschutz und geringer Dichte (nahe derjenigen des Wassers) erhalten.

Es ist offensichtlich, daß der Neutronen-Schutzschirm 10 die Ableitung der durch das radioaktive

Material freigesetzten Wärme In keiner Weise beeinträchtigt, da die Winkelstücke 6 eine hohe Wärmeleitfähigkeit gewährleisten; das Ableiten der Wärme erfolgt auf die gleiche Welse wie bei Flg. 2 durch den Außenkranz der Profilstücke 5, die ringförmige Lage 9 sowie den Mantel

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Behälter zur Lagerung und zum Transport radioaktiver Materialien, mit einem Innenbehälter, einer diesen umgebenden Strahlenschutzverkleidung aus Blei oder einem anderen Strahlenschutzmaterial und mit einem äußeren Metallschutzmantel, wobei zwischen der Innenwand des äußeren Metallschutzmantels und der gegenüberliegenden Wand der Strahlenschutzverkleidung ein als Brandschutz dienender ringförmiger Zwischenraum vorgesehen ist, der mit einem endothermen Material gefüllt ist, durch eingesetzte Wärmeleitelemente die vom radioaktiven Material freigesetzte Wärme abführt und die Strahlenschutzverkleidung gegen die sich bei einem etwa auftretenden Brand entwickelnde Hitze isoliert, dadurch gekennzeichnet, daß der Brandschutz (4) zwei konzentrische Reihen sich nicht beri«Sirender radialer Schenkel aus Profilstücken (5) mit U-förmigem Querschnitt einerseits und Winkelstücken (6) andererseits aufweist, die derart zueinander ausgerichtet sind, daß jeweils einer der Schenkel des Winkelstücks (6) im Innern des U-förmigen Profilstücks (5) verläuft, daß sich die freien Enden der radialen Schenke; der Winkelstücke (6) und der U-förmigen Profilstücke (5) jeweils an einer Leiste (7) mit geringer Wärmeleitfähigkeit abstützen, und daß die Querstege der U-förmigen Profilstücke (5) zum äußeren Metallschutzmantel (3) hin gerichtete Durchbiüche (5a) aufweisen.

2. Behälter nach Anspru;.^vj 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel-Reihen mittels zweier ringförmiger Lagen (9) us einem Vergußmaterial mit guter Wärmeleitfähigkeit in ihrer Stellung gehalten sind.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial auf hydriertem Kaiziumsulfat basiert.

4. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergußmaterial folgende Zusammensetzung (in Vol.-*) aufweist: