DE2424697C2

DE2424697C2 - Transportbehälter für radioaktives Material und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2424697C2
Application number: DE19742424697
Authority: DE
Inventors: Gianfranco Dr.-Ing. Rom/Roma Eletti; Giuseppe Dr.-Ing. Pisa Forasassi
Original assignee: Comitato Nazionale Per La Ricerca E Per Lo Sviluppo Dell'energia Nucleare E Delle Energie Alternative E N E A Rom/roma; Comitato Nazionale per la Ricerca e per lo Sviluppo dell Energia
Current assignee: Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie lEnergia e lo Sviluppo Economico Sostenibile ENEA
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-05-21
Publication date: 1986-03-06
Also published as: IT1016901B; ES426666A1; FR2231079B1; GB1460196A; FR2231079A1; SE386532B; DE2424697A1

Description

37 und des Deckels 60 zu schützen.

Am Mantel 21 ist eine Verschlußeinrichtung befestigt, die mehrere Schnappklammern 23 (sechs in F i g. 2) aufweist, welche an einem Verstärkungsgürtel 22 scharnierartig befestigt sind. Der Verstärkungsgürtel 22 ist beispielsweise durch Schweißen mit der Seitenwand des Mantels 21 verbunden.

Die Schnappklammern 23 weisen an ihren freien Enden ein Auge 20 auf, durch welches der Länge nach ein Stahlseil 10 durchgezogen ist und sie in der Schließstellung hält. Die freien Enden des Stahlseiles 10 werden von einer geeigneten Schraubklemme 10' zusammengehalten.

Für das Transportieren des Transportbehälters sind drei Halteösen 27 vorgesehen, die im gleichen Abstand längs des Gürtels 22 befestigt sind. Die ösen 27 sind die einzigen Flansche, durch die ein Seil zum Anheben des Transportbehälters gezogen werden kann.

Zur Verstärkung desjenigen Bereichs, gegen den die freien Enden der Schnappklammern 23 schnappen und an denen sie ruhen, wenn der Transportbehälter geschlossen ist, ist an der Oberfläche des Deckels 60 eine ringförmige Platte 40, beispielsweise durch Schweißen, befestigt.

Im Innenbehälter 2 ist das spaltbare Material angeordnet. Der Innenbehälter 2 besteht aus einem Deckel 5, einem mit einem Flansch versehenen zylindrischen Körper 2' und einen Boden 2", Gewindestiftbolzen 3 und einer Dichtung 4.

Die Außenfläche des Innenbehälters 2 hat praktisch keine Einbuchtungen oder Vorsprünge, um jede nur mögliche lokale Beanspruchungskonzentration zu verhindern.

Der Deckel 5 des Innenbehälters 2 weist einen Umfangsflansch 43 und einen nach unten abstehenden ringförmigen Rand zur Zentrierung des Deckels in der Öffnung des Behälters auf.

Die Oberfläche des Flansches 43 ist mit einer kreisförmigen Nut 42 versehen, in der Köpfe 7 einer Reihe von Gewindestiftbolzen 3 angeordnet sind. In der Mitte des Deckels 5 ist eine Sacklochgewindebohrung 44 angeordnet, in die ein Handgriff zur Verwendung während des Einsetzens und Herausziehens des Behälters eingeschraubt werden kann.

Der Innenbehälter 2 besitzt einen nach innen gerichteten Flansch 46 mit Gewindebohrungen für die Gewindestiftbolzen 3, wobei der Flansch 46 an seiner oberen inneren Kante eine kreisförmige Schulter zur Anlage eines O-Rings 4 aufweist

Die Betonmischung 28, die den Raum zwischen den Mänteln 21 und 30 und den Raum im Hohlstopfen 50 ausfüllt, wird nun im folgenden beschrieben.

Der Beton ist eine Mischung aus Vermiculite, Zement und Wasser, und zwar im folgenden Verhältnis:

1 m³ Vermiculite,
200 kg Zement,
3801 Wasser,

0,75 1 Mittei zur Homogenisierung der Betonmischung.

Vermiculite ist, wie bekannt ein körniges Material, das durch Expansion von festen Hydrosilikaten unter hohen Temperaturen erreicht wird, die im allgemeinen durch Veränderung des Glimmers abgeleitet sind. Seine Dichte beträgt zwischen 0,09 und 0,1 kg/dm³. Der Zement enthält Portlandzement, beispielsweise 325er Portlandzement. Der weitere Bestandteil ist ein oberflächenaktives, mit Kohlensäure versetztes Mittel, dessen Zweck darin besteht, die Mischung homogener zu machen und seine Vermischung zu erleichtern.

Die Betonmischung 28, die die Konsistenz stark durchnäßter Erde besitzt, wird über den Boden des Mantels 2t in aufeinanderfolgende Schichten von wenigen Zentimetern Dicke aufgebracht, wobei jede Schicht zur Vermeidung irgendwelcher Hohlräume verdichtet wird. Wenn die Mischung am Boden des Mantels 21 die erforderliche Gesamtdicke erreicht hat, wird ein Kern eingeführt und innerhalb des Mantels 21 zentriert, wobei die Größe des Kerns im wesentlichen gleich der Größe des Mantels 30 ist. Ein solcher Kern sollte feuchtigkeitsundurchlässig sein, um jegliche Feuchtigkeitsabsorption von der Mischung zu verhindern, beispielsweise aus lackiertem Holz. Der Kern sollte ferner aus zerlegbaren Stücken bestehen, um ihn nach Abbinden der Mischung ohne Beschädigung der gegossenen Mischung vollständig herausziehen zu können.

Nach dem Einsetzen des Kerns wird eine weitere Mischung in den Raum zwischen ihm und dem Mantel 21 in aufeinanderfolgenden, verdichteten Schichten gegossen, wobei kontrolliert wird, daß der Kern in seiner zentrierten Lage bleibt und sich nicht nach oben bewegt Dieser Zwischenraum wird dann bis zu einem Niveau aufgefüllt, daß ein klein wenig unterhalb der oberen Kante des Mantels 21 liegt. Die Oberfläche dieser Betonmasse wird dann mit Hilfe eines Glätteisens geglättet.

Während des Abbindens der Betonmischung wird der Transportbehälter in einem abgeschlossenen Bereich bei einer Temperatur zwischen 15 und 30° gelagert. Nach einer Alterung von 3 bis 4 Tagen, in denen das Abbinden genügend weit fortgeschritten ist, wird der Kern herausgezogen, und die Innenfläche der Mischung begrenzt den Raum zur Aufnahme des Mantels 30 mit wenig Spiel. Die Last vom Innenbehälter 2 auf die Betonmischung 28 soll über den Boden des Innenmantels 30 und nicht über die ringförmige Platte 37 übertragen werden. Es wird deshalb von dem Bereich unterhalb der Platte 37 ggf. ein bestimmter Teil der Betonmischung 28 entfernt Danach wird dann die freie Oberfläche der Mischung für den undurchlässigen Überzug bespachtelt.

Das Bespachteln der Oberfläche sollte mit wenig Material ausgeführt werden, so daß die Spachtelschicht etwa 1 mm dick wird. Als Spachtelmasse kann eine Mischung aus gebleichtem Leinöl, polymerisiertem öl, einem Harz, einem Pigment einem ätherischen Verdünner und Trockenmittel ist Ein bestimmter Teil Portlandzement kann hinzugefügt werden.

24 Stunden nach dem Bespachteln wird der Mantel 21 mit der eingefügten Mischung gewogen und sein Gewicht mit dem Gewicht derselben Teile plus dem Gewicht der zugefügten Spachtelmasse verglichen. Die Gewichtsdifferenz entspricht dem Gewicht des verdunsteten Wassers.

Da die thermische Isolierwirkung der Mischung im wesentlichen von der Wassermenge (sowohl des chemisch gebundenen als auch des freien Wassers) abhängt, sollte die Wassermenge nicht weniger als etwa 70% derjenigen betragen, die zum Hersteilen der Mischung verwendet wurde.

Eine neue Mischung sollte dann hergestellt werden, wenn ein niedrigerer Wassergehalt festgestellt wird.

Im Anschluß an ein günstiges Ergebnis bei der Gcwichtskontrolle wird die ganze Mischungsoberfläche mit mindestens drei Überzügen bzw. Filmen 30' mit synthetischem Harzlack undurchlässig gemacht

Ein solcher Lack sollte die folgenden Bedingungen erfüllen:

1. er soll mit der Spachtelmasse verträglich sein,

2. er soll absolut undurchlässig sein,

3. er soll einen dicken geschmeidigen Film bilden, der am darunterliegenden Material haftet und absolut nicht spröde ist und

4. er soll weder schrumpfen, noch zerspringen, noch im Laufe der Zeit spröde werden.

Ein bevorzugter Lack zum Undurchlässigmachen ist ein synthetischer Harzlack mit Alkyd- und Polyurethan-Harzen als Basis in alphatischen Lösungen mit einer Trocknungsdauer von 24 Stunden.

Nach dem Trocknen des Lacks sollten sich keine wesentlichen Gewichtsverluste des Transportbehälters ergeben, wenn dieser in richtiger Weise abgedichtet ist. Diese Bedingung sollte in regelmäßigen Abständen über einen Zeitraum von 30 Tagen kontrolliert werden. Nach diesem Zeitraum wird der Mantel 30 in den Zwischenraum gesetzt, der zwischen der Betonmischung 28 freigelassen ist, und die Platte 37 wird längs der oberen Kante des Mantels 30 und längs der Innenfläche des Mantels 21 in geringem Abstand vom oberen Rand 52 angeschweißt.

Das Füllen des Hohlzyiinders 50' des Hohlstopfens 50 erfolgt ebenso wie der Füllvorgang des Raums zwischen den Mänteln 21 und 30. Dies bedeutet, daß der Hohlzylinder 50' mit der Mischung in aufeinanderfolgenden Schichten gefüllt ist. Darauf folgt das Abbinden und Altern. Die freie Fläche der Mischung wird dann bespachtell, und nach 24 Stunden wird der Hohlzylinder 50' wieder gewogen und sein Gewicht mit dem obengenannten Gewicht plus dem des Spachtelmittels verglichen.

Wenn die Differenz innerhalb des geforderten Berei-

Iches liegt, wird die freie Fläche der Mischung mit Lackfilm versiegelt, und der Hohlzylinder 50' wird über einen Zeitraum von 30 Tagen kontrolliert. Danach wird der Hohlzylinder 50' dann an die Unterfläche des Deckels 60 angeschweißt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

45

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Claims

Patentansprüche:

1. Transportbehälter für radioaktives Material, bei dem zwischen einem äußeren (21) und einem inneren Mantel (30) aus Metall eine Betonmischung eingebracht ist, die Zement, Wasser und Vermiculite enthält, dadurchgekennzeichnet,

a) daD die Betonmischung (28) gegen Wasserverlust flüssigkeit- und gasdicht abgedichtet ist, daß die in der Betonmischung enthaltene Wassermenge, die entweder chemisch gebunden odei frei ist, mindestens 70% der ursprünglich bei der Herstellung vorhandenen Wassermenge enthält, wobei das ursprüngliche Mischungsverhältnis von Wasser und Zement 13:1 beträgt, und

b) daß im Inneren des Transportbehälters ein Innenbehälter (2) zur Aufnahme des radioaktiven Materials angeordnet ist

2. Transportbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallmäntel (21, 30) mit einer horizontalen ringförmigen Platte (37) zur BiI-dung eines wasserdichten Raumes zwischen den Metallmänteln (21,30) verbunden sind.

3. Transportbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportbehälter über einen flachen Deckel (60) mit einem dünnwandigen, wasserdichten und mit der Betonmischung gefüllten Hohlzylinder (50') verfügt, der sich nach unten in die öffnung des inneren Metallmantels (30) erstreckt und dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner ist als der des inneren Metallmantels (30).

4. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Betonmischung (28) und dem inneren Metallmantel (30) ein undurchlässiger Lackfilm (30') aufgebracht ist, der auf der Betonmischung (28) haftet und der mit seinem Rand an der Innenfläche des äußeren Metallmantels (21) in der Höhe des oberen Randes (52) angeklebt ist, und daß ein ebensolcher Lackfilm an der Oberseite des Betons in dem Hohlzylinder (50') angeklebt ist.

5. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betonmischung aus folgenden Bestandteilen besteht:

50

1 m³ Vermiculite mit einer Dichte von 0,09

bis 0,1 kg/dm³
200 kg Portland-Zement
3801 Wasser und
0,75 I Mittel zur Homogenisierung der Be-

tonrnischung.

6. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der undurchlässige Lackfilm (30') aus einem synthetischen Harzlack mit Alkyd- und Polyurethan-Harzen als Basis in aliphatischen Lösungen besteht.

7. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (2) unterhalb des Hohlzylinders (50') mit geringem vertikalen Spiel einsetzbar ist.

8. Transportbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden des inneren Metallmantels (30) und dem undurchlässigen Lackfilm (30') auf der Betonmischung (28) eine elastische Zwischenlage (30") angeordnet ist

9. Verfahren zur Herstellung eines Transportbehälters nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) eine Betonmischung mit Vermiculite, Portland-Zement, Wasser und einem Mittel zur Homogenisierung der Betonmischung wird hergestellt;

b) die Betonmischung wird schichtweise auf die Innenfläche des Bodens des äußeren Metallmantels (21) gegossen, bis die Gesamtdicke gleich der vorgesehenen Dicke des Zwischenraumes zwischen innerem und äußerem Metallmantel ist;

c) in den äußeren Metallmantel (21) wird koaxial ein zylindrischer Kern eingesetzt, dessen Durchmesser etwas größer als der Durchmesser des inneren Metallmantels (30) ist;

d) der Raum zwischen dem äußeren Metallmantel (21) und dem Kern wird entsprechend dem unter b) angegebenen Verfahrensschritt mit der Betonmischung bis in den Bereich der oberen Kanten gefüllt;

e) der Hohlraum im Hohlzylinder (50') des Dekkels wird entsprechend dem unter b) angegebenen Verfahrensschritt gefüllt;

f) die Anordnung aus äußerem Metallmantel (21), gegossener Betonmischung und Kern wird zusammen mit dem Hohlzylinder (50') samt Betonfüllung gewogen;

g) die Anordnung und der Hohlzylinder (50') werden bei einer Temperatur zwischen 15 und 30"C in einem abgeschirmten Bereich drei bis vier Tage lang gelagert, bis die Betonmischung abgebunden hat;

h) der Kern wird aus dem äußeren Metallmantel (21)herausgezogen;

i) die freie Fläche der Betonmasse wird bespachtelt;

j) der äußere Metallmantel (21) mit dem Beton sowie der Kern und der Hohlzylinder (50') mit Betonfüllung werden zur Kontrolle gewogen, ob der Unterschied zwischen diesem Gewicht und dem nach f) gemessenen Gewicht weniger als 30% der Wassermenge beträgt, die zum Herstellen der Betonfüllung in dem äußeren Metallmantel (21) und in dem Hohlzylindcr (50') verwendet wurde;

k) die freien Flächen der Betonmasse im äußeren Metallmantel (21) und im Hohlzylinder (50') werden mit mindestens drei Überzügen aus einem undurchlässigen Lackfilm überzogen, der an der Betonmasse haftet und an seinen Endbereichen mit dem äußeren Metallmantel (21) verbunden ist;

I) der innere Metallmantel (30) wird in den vorher vom Kern eingenommenen Raum eingesetzt, wobei zuvor zwischen dem Boden des inneren Metallmantels (30) und der Betonmasse eine elastische Zwischenlage (30") eingesetzt wird;

m) die oberen Kanten des inneren und äußeren Metallmantels (30,21) werden mit einer ringförmigen Platte (37) derart verbunden, daß um die Betonmasse zwischen den Mänteln ein flüssigkeits- und gasdichter Verschluß entsteht, und

η) die Betonmasse in dem Hohlzylinder (50') wird versiegelt, indem die obere Kante des Hohlzylinders (50') an die Unterfläche des Deckels (60) angeschweißt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transportbehälter für radioaktives Material gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Transportbehälter für radioaktives Material müssen bestimmten Sicherheitsanforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Strahlenschutz und Wärmeisolierung genügen.

Aus der DE-OS 20 01 936 ist eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur strahlensicheren Aufnahme von radioaktivem Abfall bekannt, die einen Behälter aufweist, bei dem zwischen einem äußeren und einem inneren Mantel aus Metall eine Betonmischung eingebracht ist, die Zement, Wasser und Vermiculite enthält. Der Behälter dient zur stationären Aufnahme von radioaktivem Abfall, insbesondere zur Aufnahme von radioaktiven Harz-Wasser-Zementbrühen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transportbehälter der eingangs genannten Gattung verfügbar zu machen, der eine wirksame thermische Isolierung und eine bessere Stoßsicherheit gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen Transportbehälter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Transportbehälters gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 8 genannt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird vorteilhaft ein Transportbehälter für radioaktives Material geschaffen, der einfach und preisgünstig hergestellt werden kann und eine besonders günstige thermische Isolierung sowie eine ausreichende Stoßsicherheit gewährleistet. Vorteilhaft wird die Wirkung der Betonmischung als thermischer Isolator in Abhängigkeit von der sowohl chemisch gebundenen als auch freien Wassermenge derart ausgenutzt, daß sich der Feuchtigkeitsgehalt innerhalb der Betonmischung nach dem Abbinden nicht vermindert.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen dargestelltes Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine halb geschnittene Seitenansicht einer Ausbildungsform des Transportbehälters;

Fig. 2 eine halbgeschnittene Draufsicht auf den Transportbehälter gemäß F i g. 1 und

F i g. 3 eine halbgeschnittene Seitenansicht des Behälterdeckels.

Der dargestellte Transportbehälter besteht von außen nach innen aus einem äußeren Mantel 21, einem mit einer isolierenden und stoßabsorbierenden Betonmischung 28 gefüllten Innenraum, einem inneren Mantel 30, einem mit einer Betonmischung gefüllten Hohlstopfcn50und einem Innenbehälter 2.

Der äußere Mantel 21 ist ein aus Metallblech bestehender Zylinder, der eine Seitenwand und einen Boden aufweist, die über Kaltnietnng 48 miteinander verbunden sind. In etwa '/3 und ²I^ seiner Höhe ist der Mantel 21 mit Versteifungsrippen 54, 56 versehen. Die obere Kante des Mantels 21 ragt nach oben über die Kante des Mantels 30 hinaus und ist dann nach außen gebogen und bildet dort einen Rand 52 mit kreisförmigem Querschnitt, der vom Behälterdeckel 60 umfaßt wird.
An den Innenflächen des äußeren Mantels 21 ist eine dicke einheitliche Schicht aus einer isolierenden und stoßabsorbierenden Betenmischung 28 aufgebracht. Die Dicke der Schicht kann innerhalb eines großen Bereichs variiert werden, der von der Art des spaltbaren Materials und den geschätzten Beanspruchungen abhängig ist, denen der Transportbehälter ausgesetzt sein wird. In etwa kann jedoch gesagt werden, daß die Dicke etwa die Hälfte des Durchmessers des Innenbehälters 2 sein kann, in dem das spaltbare Material enthalten ist.
Die Merkmale der Betonmischung und das Verfahren zu ihrer Herstellung werden später beschrieben. Es sei jedoch an dieser Stelle bereits hervorgehoben, daß der Teil der Oberfläche der Betonmischung 28, der mit der Oberfläche des Mantels 21 nicht haftend verbunden ist, mit einem kontinuierlichen haftenden Film aus undurchlässigem, lange haltbarem Firnis oder Lack versiegelt sein muß.

Der innere Mantel 30, der koaxial zum äußeren Mantel 21 verläuft und aus dünnem Metallblech besteht, ist in den von der Betonmischung 28 begrenzten Raum eingelassen.

Der Zweck des inneren Mantels 30 besteht darin, die Betonmischung 28 während des Einsetzens und Herausnehmens des Innenbehälters 2 in und aus dem Transportbehälter zu schützen, und als weitere Versiegelung der Betonmischung 28 zusätzlich zur obenerwähnten undurchlässig machenden Behandlung zu dienen, um eine übermäßige Austrocknung der Mischung zu verhindern.

Unter dem Boden des Mantels 30 ist eine Gummischeibe 30" angeordnet, die denselben Durchmesser wie der zylindrische Raum innerhalb der Betonschicht ist. Der Zweck der Scheibe 30" besteht darin, die Last des Innenbehälters 2 auf die darunterliegende Betonmischung 28 einheitlich zu verteilen und in jedem Fall zu vermeiden, daß der Lackfilm der Mischung durch die Umfangskanten des Mantels 30 beschädigt wird.

Die beiden Mantel 21,30 sind an ihren oberen Kanten über eine ringförmige Metallplatte 37 verschweißt.
Der Innenbehälter 2 sitzt auf dem Boden des Mantels 30 auf und läßt oben einen Raum frei, der die Transportbehälterabdeckung 50 aufnimmt. Die Abdeckung 50 weist einen Deckel 60 auf, der als gewöhnlicher kreisrunder Deckel mit Umfangslippen 62 ausgebildet ist, die den oberen Rand 52 des Mantels 21 übergreifen, wobei dazwischen eine Dichtung 35 angeordnet ist. Der Rand 52 und die Lippe 62 sind mit Hilfe einer U-förmigen Abdeckung 9 und eines Spannschlosses i5 fest gegeneinander angezogen.

Ein Hohlzylinder 50' ist beispielsweise durch Schweißen an der Unterseite des Deckels 60 befestigt, hängt an ihm und ragt in den Innenraum des Maniels 30. Der Durchmesser des Hohlzylinders 50' ist ein wenig kleiner als der Innendurchmesser des Mantels 30. Der Hohlzylinder 50' ist an seiner unteren Kante mit einer Platte 36 verschlossen und mit derselben Betonmischung gefüllt, wie der Raum zwischen dem Mantel 30 und dem Mantel 21.

Am oberen Ende der Betonmischung 28, die den Raum zwischen den Mänteln 21 und 30 ausfüllt, und auf der oberen Fläche der Mischung, mit der der Hohlstopfen 50 gefüllt ist, sind Asbestschichten befestigt, um die Betonmischung 28 während des Schweißens der Platte