DE2652259C2 - Rohrförmiger Behälter zum Aufnehmen und Lagern verbrauchter Kernbrennstoffelemente in einem Abklingbecken und Verfahren zum Herstellen des Behälters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen rohrförmigen Behälter zum Aufnehmen verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente und Lagern in einem wassergefüllten Abklingbecken, mit einer Behälterwand, die eine Verbundmaterialtafel aus einer neutronenabsorbierenden Zwischenschicht und zwei die Zwischenschicht einschließenden Deckschichten aufweist

Ein derartiger Behälter ist bereits bekannt (DE-GM 19 56 975). Er dient dazu, einen hinreichenden Verfall der nach dem Verbrauch noch in hohem Maße radioaktiven Kernbrennstoffelemsnte zu ermöglichen, damit sich diese gefahrlos handhaben lassen. Dazu werden entsprechende Behälter mit den in ihnen angeordneten verbrauchten Brennstoffelementen in ein mit Wasser gefülltes Becken gestellt, wobei das Wasser gegebenenfalls Bor enthalten kann, um ein vollständiges Einfangen der Neutronen zu gewährleisten.

Der bekannte Behälter ist ausschließlich aus dem dreischichtigen Verbundmaterial aufgebaut, dessen Deckschichten die innere und die äußere Mantelfläche des Behälters bilden. Bei diesem Aufbau ergibt sich eine vergleichsweise geringe Festigkeit des Behälters. Um den diesbezüglichen Sicherheitsanforderungen zu genügen, kann zwar ein Verbundmaterial mit stärkeren Deckschichten verwendet werden, dadurch wird jedoch die Behälterherstellung erschwert, und ebenfalls ergeben sich größere Querschnittsabmessungen des Behälters, so daß entsprechend weniger Behälter im Abklingbecken untergebracht werden können. Das Abklingbekken wird auch dann nicht in optimaler Weise genutzt, wenn die Behälter mit Kreisquerschnitt hergestellt werden, um ihre formbedingte Festigkeit zu erhöhen. Dann verbleiben nämlich zwischen nebeneinander im Abklingbeeken stehenden Behältern entsprechende Zwischenräume, die bei quadratischem oder rechteckigem Behälterquerschnitt vermieden werden können.

Es ist auch bekannt, daß die neutronenabsorbierenden Schichten, welche die verbrauchten Brennstoffelemente umgeben, eingekapselt sein müssen, um nicht vom Wasser aufgelöst zu werden oder zu korrodieren (DE-OS 23 61 363). Dementsprechend müssen bei Verwendung eines Verbundmaterials als Behältermantel insbesondere das im Abklingbecken untere Behälterende eingekapselt und gegen eine Wasserberührung geschützt werden. Eine derartige Maßnahme trägt jedoch nicht entscheidend zur Erhöhung der Festigkeit des Behälters bei.

Schließlich ist es auch bekannt, stehend in einem Abklingbecken anzuordnende Behälter für verbrauchte Kernbrennstoffelemente an ihrem offenen oberen Ende mit einer trichterförmigen Einführungshilfe zu versehen, die das Einbringen der verbrauchten Kernbrennstoffelemente in die Behälter erleichtern (»Nuclear News«, Band 18, Juni 1975, S. 51-52). Auch diese am oberen Behälterende vorgesehene Maßnahme führt nicht zu einer maßgeblichen Erhöhung der Behälterfestigkeit.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine hohe strukturelle Festigkeit mit einer kompakten raumsparenden Ausbildung unter Berücksichtigung der Sicherheitsanforderungen in sich vereinigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behälterwand einen Innenmantel und einen Außenmantel aufweist, die mit Druckberührung an den sich gegenüberliegenden Seiten der Verbundmaterialtafel aus der Zwischenschicht und den beiden Deckschich ten anliegen.

Auf diese Weise läßt sich die erforderliche Festigkeit des Behälters mittels der beiden Mäntel erzielen, die unabhängig von den Verarbe:iungsbedingungen des Verbundmaterials hergestellt werden können. Das zwischen den beiden Mänteln angeordnete Verbundmaterial muß keinen besonderen Festigkeitsanforderungen genügen und kann daher vergieichswdse dünne Deckschichten aufweisen. In Verbindung mit der vorgesehe- nen Druckberührung zwischen den Mänteln und dem Verbundmaterial ergibt sich somit eine vergleichsweise geringe Wandstärke des Behälters, die gleichwohl eine hohe Behälterfestigkeit auch für den Fall gewährleistet, daß der Behälter eine auf möglichst vollständige Aus nutzung des Abklingbeckens abgestellte, von der Kreis form abweichende Querschnittsform aufweist

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Behälters ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Her stellung des Behälters, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Innenrohr mit allseitigem Abstand in einem gegenüber den Behälteraußenabmessungen unterdimensionierten Außenrohr angeordnet wird, daß der Rohrzwischenraum mit einer oder mehre ren Verbundmaterialtafeln mit der neutronenabsorbie renden Zwischenschicht ausgefüllt wird und daß die so gebildete Anordnung durch hydraulischen Innendruck unter gleichbleibender Druckberührung zwischen den beiden Mänteln und den Verbundmaterialtafeln in AnIa ge an die Formwände einer Preßform aufgespreizt wird, deren Formhohlraum den Behälteraußenabmessungen entspricht

Ersichtlich führt dieses Verfahren nicht nur zu einer einfachen Herstellung, es gewährleistet insbesondere auch eine gute Verbindung und gegenseitige Berührung der Mantelschichten mit dem Verbundmaterial und sichert exakte Außenabmessungen des Behälters, ohne daß die Einzelteile mit entsprechend engen Toleranzen hergestellt werden müssen. Dazu wird mit einem sol chen hydraulischen Innendruck gearbeitet, daß die An ordnung aus den beiden Rohren und den zwischenliegenden Verbundmaterialtafeln sich in vollständiger Anpassung an die Preßform aufweitet, wobei das Verbundmaterial in eine feste Druck- und Reibungsberührung mit den beiden Rohren gebracht wird. Gleichzeitig bietet sich die Möglichkeit, beim Verformungsvorgang mittels des hydraulischen Innendrucks zweckmäßige Behälterausbildungen gemäß den Unteransprüchen zu verwirklichen, beispielsweise Flanschausbildungen und Verschlüsse an den Behälterenden und Versteifungssikken im mittleren Behälterbereich auszubilden. Dazu weist die Preßform eine entsprechende Ausbildung auf. Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind gleichfalls den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine verkürzte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Behälters;

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1; F i g. 3 die Draufsicht des Behälters nach F i g. 1; F i g. 4 einen Teil der Draufsicht eines abgeänderten Behälters; F i g. 5 einen vergrößerten Teilschnitt einer Ecke ei nes Behälters;

F i g. 6 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 6-6 in F i g. 1;

F i g. 7 einen F i g. 6 ähnelnden Teilschnitt einer abge-

änderten Ausführungsform;

F i g. 8 einen vergrößerten Teilschnitt längs der der Linie8-8 in Fig. 3;

Fig.9 und 10 jeweils einen Fig.8 ähnelnden Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform;

F i g. 11 eine verkleinerte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 12 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 12-12in Fig. 11;

Fig. 12A einen Fig. 12 ähnelnden Teilschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 eine verkleinerte, verkürzte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Behälters;

F i g. 14 einen Teil einer Seitenansicht einer weiteren Ausführungsförrn;

F i g. 15 einen Teilschnitt zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Formen eines Behälters;

F i g. 16 einen F i g. 15 ähnelnden Teilschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Verfahrens;

Fig. 17 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 18 einen Querschnitt eines allgemein zylindrischen Behälters nach der Erfindung.

Zu dem in Fig.2 dargestellten Lagerbehälter von allgemein rechteckiger Querschnittsform gehören ein inneres rechteckiges Rohr 12 und ein äußeres rechteckiges Rohr 14, von denen jedes vier im wesentlichen ebene Seitenwände und unter einem sehr kleinen Radius abgerundete Ecken 16 aufweist Die Rohre 12 und 14 bestehen aus Stahl, insbesondere aus nichtrostendem Stahl; sie werden aus flachem Blechmaterial hergestellt, das durch Biegen in die gezeigte Form gebracht wird, und die Längskanten der Blechteile werden miteinander verschweißt, wie es in F i g. 2 bezüglich des inneren Rohrs 12 bei 12a und bezüglich des äußeren Rohres 14 bei 14a angedeutet ist.

Die Außenabmessungen des inneren Rohrs sind kleiner als die Innenabmessungen des äußeren Rohrs, so daß dann, wenn man das innere Rohr konzentrisch mit dem äußeren Rohr anordnet, ein Zwischenraum 18 zwischen den beiden Rohren auf jeder Seite des Behälters vorhanden ist

Der Zwischenraum 18 ist im wesentlichen vollständig von einem tafelförmigen Material ausgefüllt, das die Aufgabe hat, Neutronen zu absorbieren, die von den radioaktiven schmelzbaren Material in dem Brennstoffelement ausgesandt werden. Gemäß F i g. 5 gehört zu jeder Tafel 20 ein allgemein ebener Kern 22. der im wesentlichen aus Borkarbid besteht und auf beiden Flachseiten mit Deckschichten 24 aus dünnem Aluminiumblech versehen ist.

Gemäß F i g. 5 sind Tafeln 20, die in anderen, in kleinerem Maßstab gezeichneten Figuren durchgehend schraffiert dargestellt sind, so angeordnet, daß sich ihre Ränder überlappen, damit Neutronen nur in einem minimalen Ausmaß in seitlicher Richtung aus dem verbrauchten Brennstoffelement entweichen können. Zwar ist gemäß F i g. 5 zwischen der Stirnkante der einen Tafel und dem benachbarten Rand der anderen Tafel eine Lücke vorhanden, doch sind die Tafeln so bemessen, daß sie sich an ihren Rändern tatsächlich berühren.

Einer der wichtigsten Vorteile der Erfindung besteht darin, daß sich die Behälter unter Einhaltung enger Toleranzen herstellen lassen, und daß es z. B. möglich ist, bezüglich des Innendurchmessers bzw. der inneren Querabmessung eine Toleranz von ± 1 mm einzuhalten. Dies wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht, bei dem die den Behälter bildenden Teile mit den vier Tafeln 20 aus Aluminium und Borkarbid so vereinigt werden, daß die Tafeln zwischen den ebenen Seitenwänden des inneren und des äußeren Rohrs liegen. Nachdem diese Teile zu einer Baugruppe vereinigt worden sind, wird die Baugruppe in einer Preßform angeordnet, die so bemessen ist, daß der Behälter die gewünschten Außenabmessungen erhält, und dann wird die Innenseite des Behälters, und zwar insbesondere die Innenseite des inneren Rohrs 12, mit Hilfe ίο eines Wassersacks oder eines anderen flexiblen und elastischen Beutels, der eine Flüssigkeit enthält, einem Druck ausgesetzt. In der Praxis werden das innere und das äußere Rohr geringfügig unterdimensioniert. Mit Hilfe des hydraulischen Sacks wird ein Druck in der Größenordnung von 345 bar aufgebracht, wodurch eine Aufweitung sowohl des inneren als auch des äußeren Rohrs herbeigeführt wird. Hierbei wird das äußere Rohr natürlich gezwungen, sich der Querschnittsform der Preßform anzupassen, und das innere Rohr nimmt eine dazu kongruente Form an, wobei es Abmessungen erhält, die durch die Dicke der zwischen den beiden Rohren angeordneten Tafeln zum Absorbieren von Neutronen bestimmt werden.

Das Aufbringen eines geregelten hydraulischen Drucks auf die Innenfläche des Behälters dient gleichzeitig dazu, dem unteren Ende des Behälters die gewünschte Form zu geben.

Gemäß F i g. 6 wird das untere Ende des Zwischenraums 18 zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 14 mit Hilfe entsprechend geformter unterer Abschnitte der beiden Rohre verschlossen. Gemäß F i g. 7 liegt der untere Band 34 der Tafel 20 zunächst erheblich höher als die unteren Enden des inneren und des äußeren Rohrs. Das untere Ende des inneren Rohrs 12 wird nach außen abgewinkelt, so daß es einen nach außen ragenden Abschnitt 26 bildet, von dem dann ein Abschnitt 28 in der entgegengesetzten Richtung umgelegt wird, so daß eine Abkantung von doppelter Wandstärke entsteht, die sich über die gesamte Breite der Seitenwand des äußeren Rohrs 14 erstreckt und an der Innenfläche dieser Seitenwand anliegt. Der untere Abschnitt der Seitenwand des äußeren Rohrs 14 wird so abgewinkelt, daß gemäß F i g. 6 eine Abkantung 30 entsteht, die seitlich nach innen ragt und die Abkantung von doppelter Wandstärke überdeckt, welche durch die Abschnitte 26 und 28 des inneren Rohrs 12 gebildet wird. Auf diese Weise wird der Behälter mit einer Tragkonstruktion versehen, die geeignet ist, das Gewicht des Behälters aufzunehmen, und durch die der Behälter verstärkt wird, um eine Verformung seines unteren Endes zu verhindern. Die abgekanteten .Abschnitte 26₄ 28 und 30 werden miteinander verschweißt, um die dargestellte Konstruktion zu vervollständigen.

F i g. 15 zeigt, auf welche Weise die abgekanteten Abschnitte 26, 28 und 30 nach Fig.6 dadurch teilweise ausgebildet werden, daß ein Innendruck zur Wirkung gebracht wird, durch den der Behälter aufgeweitet und zur Anlage an den Innenflächen einer Preßform gebracht wird. In Fig. 15 ist ein Teil einer Preßform 31 dargestellt, in der sich ein hydraulischer Beutel oder Wassersack 32 befindet, der sich auf bekannte Weise mit einem Innendruck beaufschlagen läßt Zum unteren Ende der durch die Teile eines Behälters gebildeten Baugruppe gehören der untere Rand 34 einer Tafel 20 und der untere Abschnitt 36 des inneren Rohrs IZ der nach unten über den unteren Rand 34 der Tafel hinausragt Das äußere Rohr 14 weist den unteren Abschnitt 30 auf, der sich nach unten über den unteren Rand 34 der Tafel

hinaus erstreckt, an der Innenfläche 40 der Preßform 31 anliegt und etwas kürzer ist als der untere Abschnitt 26 des inneren Rohrs 12.

Wird mit Hilfe des hydraulischen Sacks 32 ein Druck aufgebracht, um die beschriebene Baugruppe aufzuweiten und sie zur Anlage an die Innenfläche 40 der Preßform 31 zu bringen, bewirkt der hydraulische Druck, daß der nach unten überstehende Abschnitt 26 des inneren Rohrs so verformt wird, daß er sich quer zum offenen unteren Ende des Zwischenraums 18 erstreckt, d. h. daß er gemäß F i g. 6 den abgekanteten Abschnitt 26 bildet. Hierbei erstreckt sich der Abschnitt 28 senkrecht nach unten längs des nach unten überstehenden Abschnitts 30 des äußeren Rohrs 14. Nachdem die Baugruppe der Preßform 3i entnommen worden ist, werden der Abschnitt 28 sowie der Abschnitt 30 des äußeren Rohrs gemäß F i g. 6 so umgelegt, daß sie nach innen ragen und zur Anlage an den abgekanteten Abschnitt 26 kommen.

F i g. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform für das untere Ende eines Behälters, bei der ein nach außen ragender, insgesamt mit 42 bezeichneter Stützflansch von doppelter Wandstärke vorhanden ist Gemäß F i g. 7 weist das innere Rohr 12 mit gestrichelten Linien angedeutete untere Endabschnitte 43 auf, die gegenüber dem unteren Rand 34 jeder Tafel 20 nach unten überstehen und so nach außen abgewinkelt werden, daß sie einen stirnseitigen Abschluß für das untere Ende des Raums 18 zwischen den Rohren 12 und 14 sowie eine nach außen ragende Abkantung 44 bilden. Die unteren Abschnitte 45 des äußeren Rohrs 14, von denen in F i g. 7 ein Teil mit gestrichelten Linien angedeutet ist, ragen zunächst nach unten über den unteren Rand 34 der Tafeln 20 hinaus und werden so nach außen umgebogen, daß sie Abkantungen 46 bilden, die zu dem Stützflansch 42 gehören.

Es ist wichtig, den Raum 18 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr dicht zu verschließen, damit kein Wasser aus dem Becken in den Lagerbehälter eindringen kann. Der Grund hierfür besteht darin, daß das Wasser in vielen Fällen borhaltig ist, um seine Fähigkeit zum Absorbieren von Neutronen zu verbessern, und daß das borhaltige Wasser eine starke ICorrosionswirkung auf die Deckschichten 24 aus Aluminium der Tafeln 20 ausüben würde.

F i g. 16 veranschaulicht ein Verfahren zum Bilden des nach außen ragenden Stützflansches 42 nach F i g. 7 und zum dichten Verschließen des unteren Endes des Raums 18 zwischen den Rohren 12 und 14 beim Aufbringen eines hydraulischen Innendrucks auf die Behälterteile in einer Preßform. Gemäß F i g. 16 gehört zu der Preßform SIa eine innenwand 4öa mit einer Aussparung 41«, die es beim Aufbringen eines hydraulischen Drucks mit Hilfe des Sacks 32a ermöglicht, die unteren Abschnitte 43 und 45 der beiden Rohre nach außen umzulegen und sie zur Aniage an einer waagerechten Innenfläche 416 der Preßform zu bringen, wie es in F i g. 16 mit gestrichelten Linien angedeutet ist

Die Preßform kann natürlich aus zwei oder mehr quer zu ihrer Längsachse voneinander trennbaren Teilen bestehen, damit sich der aufgeweitete Behälter nach der Durchführung dieses Arbeitsschritts der Preßform entnehmen läßt

Es ist zweckmäßig, den betreffenden Behälter an seinem oberen Ende mit einer Trichterkonstruktion zu versehen, wie es in F i g. 1,3,4,10,11 und 13 dargestellt ist

Gemäß F i g. 1, 2, 3 und 8 kann die insgesamt mit 50 bezeichnete Trichterkonstruktion als Trichter aus Blech ausgebildet sein, der untere Abschnitt 52 aufweist, welche von dem Raum 18 zwischen den oberen Enden des inneren Rohrs 12 und des äußeren Rohrs 14 aufnehmbar sind. Die Abschnitte 52 stehen in Verbindung mit nach 5 oben und außen geneigten Trichterabschnitten 54, die gemäß F i g. 3 jeweils eine solche Querabmessung haben, daß zwischen den freien Enden 56 benachbarter Abschnitte 54 Lücken vorhanden sind. Die Abschnitte 52 des Trichters bilden einen Verschluß für das obere

ίο Ende der Räume 18 zwischen den Rohren 12 und 14 des Behälters und bewirken gleichzeitig eine erhebliche Verstärkung des oberen Behälterrandes.

Die Oberkanten der Rohre 12 und 14 werden gemäß F i g. 8 mit den Abschnitten 52 und 54 durch Schweißnähte 58 und 60 verbunden.

F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Trichterkonstruktion, bei der die Trichterabschnitte 54 so ausgebildet sind, daß ihre Enden zueinander passen und durch Schweißnähte 62 verbunden werden können.

In F i g. 9 ist eine Trichterkonstruktion dargestellt die derjenigen nach F i g. 8 weitgehend ähnelt, abgesehen davon, daß jeder der insgesamt mit 64 bezeichneten Trichterabschnitte einen unteren Abschnitt 66 aufweist, dessen Wandstärke so gewählt ist, daß er von dem Raum 18 zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 14 aufgenommen werden kann, während ein oberer Abschnitt 68 eine etwas größere Wandstärke hat und eine Schulter 70 bildet die den oberen Rand des inneren Rohrs 12 überdeckt, so daß eine lückenlose Innenfläche vorhanden ist, die sich von dem Trichter aus zum Innenraum des Lagerbehälters erstreckt Gemäß F i g. 9 ist jeder Trichterabschnitt 64 wiederum mit den Oberkanten der beiden Rohre 12 und 14 durch Schweißnähte 72 und 74 verbunden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Trichterkonstruktion, bei der ein nach außen ragender oberer Tragflansch 76 vorhanden ist, der mit dem anhand von F i g. 7 beschriebenen, nach außen ragenden unteren Stützflansch 42 zusammenarbeiten kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 weist die Trichterkonstruktion 86 ein Verschluß- und Tragelement 78 auf, zu dem ein nach unten ragender Verschlußabschnitt 80 gehört der sich in den Raum 18 zwischen den oberen Enden des inneren Rohrs 12 und des äußeren Rohrs 14 einführen läßt. Das Element 78 ist mit den oberen Rändern der beiden Rohre 12 und 14 durch Schweißnähte 82 und 84 verbunden. Zu dem Element 78 gehört ein nach außen ragender Tragflanschabschnitt 85, der gemäß Fig. 10 in einer waagerechten Ebene liegt Zur Trichterkonstruktion 86 gehören ein nach oben und außen geneigter Trichtersbschnitt 88 und ein waagerecht nach außen ragender Stützabschnitt 90, der mit dem Tragflanschabschnitt 85 in Flächenberührung steht, so daß der nach außen ragende Tragflansch 76 von doppelter Wandstärke gebildet ist

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bestehen die Trichterabschnitte aus nichtrostendem Stahl, damit sie sich einwandfrei mit den ebenfalls aus nichtrostendem Stahl hergestellten Rohren 12 und 14 verschweißen lassen.

In Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform eines Lagerbehälters dargestellt und insgesamt mit 92 bezeichnet Die zugehörige Trichterkonstruktion 50 am oberen Ende kann entsprechend der anhand von F i g. 8 bis 10 gegebenen Beschreibung ausgebildet sein.

Wie erwähnt, führt das Verfahren zum Herstellen der rohrförmigen Behälter durch Aufbringen eines sehr hohen hydraulischen Innendrucks zu einer genauen Ein-

haltung der vorgeschriebenen Abmessungen, da der Behälter die Innenform der Preßform annimmt, und insbesondere ist es möglich, bezüglich der Innenabmessungen der Behälter enge Toleranzen einzuhalten. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der fertigen Baugruppe nach ihrem Entnehmen aus der Preßform alle Behälterteile, d. h. das innere Rohr, das äußere Rohr und die dazwischen angeordneten Tafeln, in Druckberührung miteinander stehen und daher reibungsschlüssig aneinander verankert sind. Außerdem wird die Baugruppe zusätzlich dadurch zusammengehalten, daß die Trichterabschnitte mit den oberen Rändern der beiden Rohre verbunden sind und daß am unteren Ende des Behälters eine Verbindung zwischen den waagerechten Flanschabschnitten bzw. abgekanteten Abschnitten vorhanden ist. Jedoch wird eine weitere mechanische Verankerung zwischen den Seitenwänden des inneren Rohrs, der Tafeln 20 und den Seitenwänden des äußeren Rohrs herbeigeführt, und zu diesem Zweck kann man die Preßform 31 entsprechend ausbilden.

In Fig. 12 ist eine Sicke 94 dargestellt, die sich im rechten Winkel zur Längsachse des Behälters erstreckt und sich aus vier miteinander verbundenen Abschnitten zusammensetzt, welche sich über die verschiedenen Wandflächen des Behälters von quadratischem Querschnitt erstrecken. Zu der Sicke gehören seitlich nach außen verlagerte Abschnitte des inneren Rohrs 12, der Tafel 20 und des äußeren Rohrs 14. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Innenseite des Behälters eine eine Innenwandeinschnürung bildende Rinne % vorhanden, der entsprechend verlagerte Abschnitte der Tafel 20 und des äußeren Rohrs 14 entsprechen, so daß auf der Außenseite des Behälters eine nach außen vorspringende Rippe 98 vorhanden ist. In der Praxis zeigt es sich, daß sich eine ausreichende Verankerungswirkung erzielen läßt, wenn die Rinne % eine Tiefe von etwa 1,5 mm hat, so daß die Rippe 98 eine mit dieser Tiefe vergleichbare Höhe aufweist.

Fig. 12A zeigt eine Ausführungsform, bei der eine Sicke 94a vorhanden ist, zu dem eine Rinne 96a gehört, deren Tiefe annähernd gleich der Dicke der Tafel 20 ist, so daß auf der Außenseite des Behälters eine Rippe 98a mit entsprechenden Abmessungen vorhanden ist. Die so gebildeten Verstärkungsgruppen können an den Ecken des Behälters enden oder sich um die Ecken herum erstrecken.

Fig. 13 zeigt einen insgesamt mit 100 bezeichneten Behälter mit einer Trichterkonstruktion 102 am oberen Ende. Bei dieser Ausführungsform sind nach außen vorspringende Stützflansche vorhanden, und zwar untere Stützflansche 42 und obere Stützflansche 76. Der obere Flansch 76 kann entsprechend der anhand von Fig. iö gegebenen Beschreibung ausgebildet sein, während der untere Flansch gemäß F i g. 7 hergestellt worden sein kann. Jedoch kann man die Teile des unteren Flansches 42 gegebenenfalls dadurch bereitstellen, daß man Stützelemente mit einem L-förmigen Querschnitt einführt, die den Elementen 78 nach F i g. 10 ähneln oder entsprechen, so daß das untere Ende des Behälters in einem besonders hohen Ausmaß verstärkt wird, und daß gleichzeitig ein dichter Abschluß am unteren Ende des Raums 18 zwischen den beiden Rohren erzielt wird.

Die vorstehend beschriebenen inneren Verstärkungsrinnen 96 und die äußeren Verstärkungsrippen 98 erstrecken sich in Form eines Gürtels über den ganzen Umfang des Behälters. In bestimmten Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, solche zur Verstärkung dienenden Rinnen und Rippen so anzuordnen, daß sie sich jeweils unter einem Winkel zur Längsachse des Behälters über die betreffende Seitenwand des Behälters erstrecken. Eine solche Anordnung ist in Fig. 14 dargestellt, wo man eine schräg verlaufende Sicke 112 eines Behälters 110 und eine zweite, schräg verlaufende Sicke 114 erkennt, welche letztere die Sicke 112 kreuzt, so daß eine zusammengesetzte X-förmige Sicke vorhanden ist, die nicht nur die drei Behälterteile aneinander verankert, sondern auch die Steifigkeit der betreffenden Seitenwand erhöht.

In manchen Fällen werden solche Behälter in einem Wasserbecken in eigens dafür konstruierten Gestellen unterstützt; bei einer solchen Konstruktion gehören zu dem Gestell senkrecht verlaufende zylindrische Rippen oder Rohre, die an den vier Ecken eines Quadrats angeordnet sind und dazu dienen, jeweils einen oder mehrere Lagerbehälter aufzunehmen.

Fig. 17 zeigt die Querschnittsform eines Behälters 120, der dazu bestimmt ist, durch mehrere stehend angeordnete Gestellglieder 122 abgestützt zu werden, die jeweils durch Rohre gebildet sein können. Zu diesem Zweck ist der Behälter 120 auf seiner Außenseite an jeder Ecke mit einer Aussparung 124 versehen, die eine solche Tiefe hat, daß die Gestellglieder 122 vollständig innerhalb von Verlängerungen der Außenflächen des Behälter liegen. Ein Behälter 120 nach Fig. 17 läßt sich leicht herstellen, wenn man eine entsprechend gestaltete Preßform benutzt, in der die Behälterteile einem hohen Preßdruck ausgesetzt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Behälter allgemein rohrförmig, hat jedoch einen quadratischen Querschnitt. Zwar bietet diese Konstruktion viele Vorteile, doch ist zu bemerken, daß es möglich ist, einen Behälter von runder Querschnittsform herzustellen, wie er in F i g. 18 dargestellt und insgesamt mit 130 bezeichnet ist. Natürlich lassen sich die bezüglich Behältern von quadratischem Querschnitt beschriebenen Konstruktionsmerkmale in gleicher Weise auch bei einem Behälter von runder Querschnittsform anwenden.

Sollen die Behälter möglichst raumsparend angeordnet werden, kann man natürlich die Trichterkonstruktionen entsprechend abändern oder fortlassen, damit einander benachbarte Behälter so angeordnet werden können, daß sich ihre Außenflächen berühren.

Zwar können die Abmessungen der Behälter entsprechend den Abmessungen der Brennstoffelemente sowie mit Rücksicht auf andere Faktoren variieren, doch wird die Höhe jedes Behälters so gewählt, daß der Behälter ein Aluminium- und Borkarbid-Laminat mit einer Höhe von etwa 430 m aufnehmen kann. Die Querabmessungen eines Behälters von quadratischem Querschnitt können etwa 300 mm betragen. Das nichtrostende Stahlblech, aus dem das innere und das äußere Rohr hergestellt sind, hat eine Stärke von etwa 0,46 mm, während die Stärke der Verbundmaterialtafel aus Aluminiumblech und Borkarbid etwa 3,4 mm beträgt

Die Behälter, die eine relativ geringe Wandstärke bei relativ großer Länge und erheblicher Breite haben, sind gegen unabsichtliche Verformung verstärkt, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen der Innenfläche des Behälters und der Außenfläche eines darin angeordneten Brennstoffelements vorhanden ist. Dies ist wichtig, weil eine thermische Zirkulation von Wasser innerhalb des Behälters und über die Außenflächen der verbrauchten Brennstoffelemente oder ihrer Umschließungen hinweg möglich sein muß. Ferner bietet die Erfindung den wichtigen Vorteil, daß sich bezug-

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Hch der Innenabmessungen und der Innenform der Behälter enge Toleranzen einhalten lassen, um zu gewährleisten, daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Abstand von den Brennstoffelementen aufrechterhalten wird.

Da jeder Behälter eine lückenlose seitliche Umschlie- 5 ßung von erheblicher Dicke aus Borkarbid aufweist, ist es im Vergleich zu bekannten Behältern möglich, die Behälter zur Lagerung in erheblich kleineren Abständen anzuordnen. Bei den erfindungsgemäßen Behältern mit auf allen Seiten lückenlosen Abdeckungen aus AIu- io minium und Borkarbid können zwischen benachbarten Brennstoffelementen bei der Einlagerung Mittenabstände von weniger als etwa 280 mm eingehalten werden.

15 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (20)

Patentansprüche:

1. Rohrförmigen Behälter zum Aufnehmen verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente und Lagern in einem wassergefüllten Abklingbecken, mit einer Behälterwand, die eine Verbundmaterialtafel aus einer Neutronen absorbierenden Zwischenschicht und zwei die Zwischenschicht einschließenden Deckschichten aufweist, dadurch gekenn- to zeichnet, daß die Behälterwand einen Innenmantel (12) und einen Außenmantel (i4) aufweist, die mit Druckberührung an den sich gegenüberliegenden Seiten der Verbundmaterialtafel (20) aus der Zwischenschicht (22) und den beiden Deckschichten is (24) anliegen.

2. Behälter nach Anspruch 1 zur stehenden Anordnung im Abklingbecken, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Randabschnitt (26, 28, 30; 44) wenigstens eines der beiden Mäntel (12,14) über den unteren Rand (34) der Verbundmaterialtafel (20) hinweg zum anderen Mantel (14 bzw. 12) erstreckt und abdichtend mit diesem verbunden ist.

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Randabschnitt (26,28) des Innenmantels (12) über den unteren Rand (34) der Verbundmaterialtafel (20) hinweg nach außen erstreckt

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Randabschnitt (30) des Außenmantels (14) über den unteren Randabschnitt (26,28)des Innenmantels (12) nach innen erstreckt

5. Behälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Ende (28) des unteren Randabschnitts (26, 28) des Innenmantels (12) auf den sich nach außen erstreckenden inneren Bereich (26) des unteren Randabschnitts (26,28) zurückgefaltet ist.

6. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Randabschnitte (44, 46) beider Mäntel (12 und 14) sich unter Bildung eines vorragenden unteren Stützflansches (42) nach außen erstrecken.

7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mäntel (12 und 14) rechteckigen Querschnitt aufweisen und jeweils aus einem nichtrostenden Stahlblech bestehen, dessen einen Längsstoß bildenden Längskanten durch eine Schweißnaht (12a, i4a) miteinander verbunden sind. so

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbleche der Mäntel (12, 14) eine Stärke von etwa 0,46 mm haben.

9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälterwand mit wenigstens einer quer zur Behälterachse verlaufenden Sicke (94,94a,) versehen ist, die eine Innenwandeinschnürung (96, 96a) und einen Außenwandvorsprung (98,98a,) bildet.

10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke (94,94a,) ringförmig umläuft.

11. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich kreuzende Sicken (112, 114) vorgesehen sind.

12. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur stehenden Anordnung im Abklingbecken, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mäntel (12 und 141 mit oberen Randabschnitten über das obere Ende der Verbundmaterialtafel (20) auftragen und den der Verbundmaterialtafeldicke angepaßten unteren Abschnitt (52,66, 80) einer fest mit den Mänteln (12, 14) verbundenen Verschlußwand (64, 78) zwischen sich aufnehmen.

13. Behälter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußwand (64) eine irichterartige Einführungshilfe bildet, deren über die Mantel (12, 14) aufragender oberer Abschnitt (54, 68) nach außen geneigt verläuft

14. Behälter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (85) der Verschlußwand (80) sich unter Bildung eines vorragenden oberen Stützflansches (76) radial nach außen erstreckt

15. Behälter nach Anspruch 1 oder 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mantel (12 und 14) mit unteren Randabschnitten über den unteren Rand (34) der Verbundmaterialtafel (20) nach unten ragen und den der Verbundmaterialtafeldicke angepaßten oberen Schenkel einer abdichtend fest mit den Mänteln (12, 14) verbundenen L-förmigen Verschlußwand zwischen sich aufnehmen, deren anderer Schenkel einen nach außen vorragenden unteren Stützflansch bildet

16. Verfahren zum Herstellen eines Behälters nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Innenrohr (12) mit allseitigem Abstand in einem gegenüber den Behälteraußenabmessungen unterdimensionierten Außenrohr (14) angeordnet wird, daß der Rohrzwischenraum (18) mit einer oder mehreren Verbundmaterialtafeln (20) mit der Neutronen absorbierenden Zwischenschicht (22) ausgefüllt wird und daß die so gebildete Anordnung durch hydraulischen Innendruck unter bleibender Druckberührung zwischen den beiden Mänteln (12 und 14) und den Verbundmaterialtafeln (20) in Anlage an die Formwände (40) einer Preßform (31) aufgespreizt wird, deren Formhohlraum den Behälteraußenabmessungen entspricht.

17. Verfahren nach Anspruch 16 zum Herstellen eines Behälters gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufspreizen mittels hydraulischen Innendruckes der überstehende untere Randabschnitt (36) des Innenrohrs (12) radial nach außen abgebogen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 zum Herstellen eines Behälters gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Aufspreizen mittels hydraulischen Innendrucks die überstehenden unteren Randabschnitte (43, 44) der beiden Rohre (12 und 14) in Anlage an die Anlagefläche (416,) einer zugeordneten Aussparung(4IaJder Preßform (31ajradial nach außen abgebogen werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der hydraulische Druck über einen in die aufzuspreizende Anordnung eingebrachten flexiblen Sack (32, 32aJ aufgebracht wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19 zum Herstellen eines Behälters gemäß Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicke bzw. Sicken (94, 94a, 112, 114) beim Aufspreizen mittels hydraulischen Innendruckes ausgebildet werden. wozu die Formwände (40, 40a,) der Preßform (31, 31a,)entsprechende Aussparungen aufweisen.