-
Feuerschutz an Transportbehältern für radioaktive Stoffe"
-
Die Erfindung betrifft einen Feuerschutz an Transportbehältern für
radioaktive Stoffe.
-
Zum Transport von radioaktiven Stoffen, insbesondere von verbrauchten
Kernbrennelementen, sind Transportbehälter bekannt, die aufgrund der Ausbildung
des entsprechend dicken Mantels die radioaktive Strahlung nach außen abschirmen
und gleichzeitig dafür sorgen, daß die relativ hohe Restwärme, die den ausgebrannten
Brennelementen zu eigen ist, durch den Mantel zuverlässig nach außen abgeleitet
wird. Zu diesem Zweck kann die Mantelaußenfläche mit entsprechenden Kühlrippen dicht
besetzt sein.
-
Der Transportbehälter muß geeignet sein, auch bei Unfällen den dabei
auftretenden mechanischen Beanspruchungen und sonstigen äußeren Einflüssen standzuhalten.
So wird gefordert, daß solche Transportbehälter bei Auftreten eines Unfallfeuers
mit Temperaturen bis zu 80o0c diese Temperaturen für die Dauer von 30 Min.
-
aushalten, ohne daß die Temperatur im Inneren des Transportbehälters
eine vorbestimmte niedrigere Temperaturgrenze übersteigt.
-
Es ist daher erforderl@ @, s@lche @@nsporthehälter zusätzlich mit
einem Wärmeschutz zu @ersehen, der das Innere des Transportbehä@ters gegen eine
zu @one Umg@@@@@@temperatur zuverlässig absen.
-
@@@@@@@ in Wärmes@@@tz @@@@@@@@ene@@@@sp@r@@etälter bekannt, der aus
@er Gipsschicht @nnerhalb der ehä@@erwand besteht. Im Unfa@@@@@@@@@ verdampf@@@i@@@@@ager@
@@@ @@@wasser infolge der er@ @@@@@@@@emperatur @n @@@@@@@@@@@@@@@@ @e Öffnungen
im sta@@@@@@@@antel aus der @halter@@@@ nach außen treten. Ein Teil der @@h das
Unfallfeuer zugeführter Wärme wird durch die Verdampfung des Kristallwassers verbraucht,
Während die Gips schicht durch Vcrdarnpfen des Kristallwassers zunehmend porös wird.
Dadurch wird die Wärmeleitung durch die Behälterwand verschlechtert. Durch die eingelagerte
Gipsschicht in der Behälterwand wird aber der geforderte Wärmedurchgang durch die
Behälterwand zur Ableitung der Restwärme der radioaktiven Stoffe ebenfalls erheblich
behindert. Ähnliches gilt für einen anderen bekannten Wärmeschutz, bei dem auf die
Außenfläche der Behälterwand zwischen die Kühlrippen eine Kunststoffschicht aufgebracht
wird, die im Unfallfeuer verbrennt und mit den Verbrennungsrückständen eine zusätzliche
Isolierung bildet. Auch hier wird die Abstrahlung der Restwärme der Brennelemente
auf der Außenfläche des Behälters durch die Kunststoffschicht behindert.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung einen bei Unfallfeuer besonders wirksamen
Wärmeschutz zu schaffen, der den normalen Wärmeableitevorgang fUr die Restwärme
der Brennelemente weder stört noch beeinträchtigt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich
der Außenfläche des Behälterrumpfes eine Schicht aus wärmeleitendem Material vorgesehen
ist, dessen Schmelzpunkt unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt, und das
einen mit Ausflußöffnungen versehenen Hohlraum ausfüllt. Das wärmeleitende Material
ist zweckmäßigerweise Zinn oder eine Blei-Zinnlegierung mit der der Hohlraum vollständig
ausgegossen ist.
-
Bei normalem Betrieb bildet die Schicht aus wärmeleitendem Material
eine solide, die Wärme vorzüglich leitende Brücke zwischen dem eigentlichen Behälterrumpf
und der Behälteraußenfläche. Ein mit diesem Wärmeschutz ausgerüsteter Transportbehälter
weist somit ein Wärmeableitvermögen aut, das dem von Behältern ohne Wärmeschutz
entspricht. Bei Ansteigen der Außentemperatur über einen kritischen Wert hinaus
beginnt die Schicht aus wärmeleitendem Material zu schmelzen und aus dem Hohlraum
auszufließen. Ein wesentlicher Teil der von außen zugeführten Wärme wird dabei durch
das Aufschmelzen der wärmeleitenden Schicht verbraucht. Darüber hinaus entsteht
durch das Ausfließen des geschmolzenen Materials ein eingeschlossener Luftraum,
der die Behälterwand mantelförmig umschließt und die Behälterwandung gegen die Wärmeaufnahme
von außen isoliert.
-
Besonders vorteilhaft ist die Anordnung, wenn die Kühlrippen nur mit
einem den Hohlraum nach außen begrenzenden Blechmantel verbunden sind. Durch das
den Hohlraum vollständig ausfüllende wärmeleitende Material gelangt die von den
Brennelementen herrührende Restwärme von der Behälterwand zuverlässig und rasch
zu den Kühlrippen, sodaß die Abstrahlung der Wärme nach außen nicht beeinträchtigt
wird. Da andererseits die Kühlrippen in einem Unfall feuer bevorzugt Wärme aufnehmen
und bestrebt sind diese an die kühlere Behälterwand abzuleiten, wird durch Ausschmelzen
des wärmeleitenden Materials in der Hitze des Unfallfeuers die Wärmeleitungsbrücke
zwischen den Kühlrippen und der eigentlichen Behälterwand zuverlässig unterbrochen,
sodaß die Wirkung der Kühlrippen rasch und wirksam ausgeschaltet ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausfhrungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 im Ausschnitt einen Transportbehcilter für radioaktive
Stoffe in Seitenansicht, teilweise geschnitten und Fig. 2 in einem vergrößerten
Ausschnitt die mit einem Wärme schutz gemäß der Erfindung ausgerilstete Behälterwand
in unterschiecIlichen Ausfiihrungsformen.
-
zur Transportbehälter 1 nach Fig. 1 besteht aus einem dickwandigen
Behälterrumpf 3, der an seinen Enden durch Behälterverschlüsse 2 dicht verschließbar
ist. Der Behälterrumpf weist auf seiner Außenfläche ringscheibenförmige Kühlrippen
4 auf, die in dichter Folge über den größten Teil der Länge des Benälters vorgesehen
sind. Nahe den Enden weist der Rumpf Ansätte 8 auf. die zur Erleichterung der Handhabung
der Behälter r -- --- c -- r -Im dargestellten Beispiel besteht der Behälterrumpf
aus einem @@ppelten Stahlmantel, dessen Wände mit 5 und 6 bezeichnet sind und aessen
Hohlraum mit in besonaerer Weise geformten und insinandergeschachtelten Gußstahlringen
7 ausgefüllt ist. Der Hohlraum kann auch mit anderem den Wärmedurchgang ermöglichene
und die Strahlung abschirmenden Material, z.B. Blei ausgegossen sein. Der Behälterrumpf
kann auch als dicker Ganzstahlmantel ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß der Rumpf
die radioaktive Strahlung zuverlässig nach außen abschirmt und die von den in den
Behälter eingefüllten Brennelementen oder anderen radioaktiven Stoffen ausgehende
Restwärme rasch und zuverlässig zu den Kühlrippen 4 ableitet, sodaß die Temperatur
im Inneren des Transportbehälters einen vorbestimmten Wert nicht übersteigen kann.
-
Der mehrere Tonnen wiegende Transportbehälter muß bei Unfällen den
dabei auftretenden Belastungen standhalten können. Dies gilt
auch
bei Auftreten eines Unfallfeuers. So gehen die Forderungen an einen solchen Transportbehälter
dahin, daß die Behälter ein Unfallfeuer mit Temperaturen von 8000C während der Dauer
von etwa 30 Minuten standhalten müssen. Während dieser Dauer darf im Inneren des
Transportbehälters die Temperatur nicht über einen kritischen Wert hinaus ansteigen.
Während alsq der Behälter normalerweise für eine gute Wärmeableitung von innen nach
außen sorgen muß, muß er gleichzeitig in der Lage sein, in bestimmten Situationen
die Wärmeleitung von außen nach innen wirksam zu beeinträchtigen.
-
Fig. 2 zeigt die Maßnahmen nach der vorliegenden Erfindung, mit denen
auf einfache Weise den beiden entgegengesetzten Forderungen bezüglich der Wärmeleitung
wirksam Rechnung getragen werden kann.
-
In der oberen Hälfte der Fig. 2 ist im größeren Maßstabe als in Fig.
1 ein Ausschnitt der Behälterwandung im Schnitt dargestellt. Auch hier ist wieder
angenommen, daß die eigentliche Behälterwand aus einem Stahlblech-Doppelmantel 5,6
besteht, der mit einer abschirmenden Füllung in Form von Gußstahlringen 7 fugendicht
ausgefüllt ist. Die Behälterwand kann aber auch eine Bleifüllung aufweisen oder
als Ganzstahlmantel ausgebildet sein.
-
Die eigentliche Behälterwand ist außen mit Abstand von einem zusätzlichen
Blechmantel 12 umgeben, der mit der Außenseite oder dem Außenmantel 5 der eigentlichen
Behälterwand einen Hohlraum 10 (vgl. untere Hälfte der Fig. 2) begrenzt. Dieser
Hohlraum ist
bis auf einige Schlitze oder Öffnungen, deren Bedeutung
weiter unten näher erläutert wird, nach außen geschlossen. Der zusätzliche Blechmantel
12 schließt somit einen Luftmantel ein, der den Behälterrumpf auf der Außenseite
im wesentlichen vollständig bedeckt. Die radiale Weite des ringförmigen Luftraumes
10 hängt weitgehend von den geforderten Verhältnissen ab, d. h. von der Isolierungawirkung,
die die Luftschicht gegenüber von außen einwirkender Wärme zeitigen soll.
-
Die Luftkammer 10 kann aus einzelnen ringförmigen Kammerabschnitten
bestehen, die zwischen benachbarten Kühlrippen vorgesehen sind, welche Kühlrippen
direkt an dem Außenstahlmantel 5 des eigentlichen Behälterrumpfes ansetzen, wie
dies bei der Kühlrippe 17 in der unteren Hälfte der Fig. 2 angedeutet ist.
-
Hierbei besteht der äußere Blechmantel 12 aus Blechmantelringen 12a,
die zwischen die einzelnen Kühlrippen eingesetzt sind.
-
Die Herstellung vereinfacht sich 3edoch wesentlich, wenn die Kühlrippen
13 gemäß der oberen Hälfte der Fig. 2 direkt auf den zusätzlichen Blechmantel 12
aufgesetzt sind, sodaß ein über die ganze Rumpfhöhe reichender Blechmantel 12 vorgesehen
sein kann.
-
Um bei normalem Betrieb die isolierende Wirkung des Luftspaltes in
der Kammer 10 auszuschalten, ist die Kammer mit einem wärmeleitenden und bei vorbestimmter
Temperatur schmelz flüssig werdendem Material 11 ausgefüllt. Hierbei handelt es
sich zweckmäßigerweise
um ein niedrig schmelzendes Metall z. B.
Zinn oder eine Blei-Zinnlegierung. Mit dieser wird bei der Herstellung des Behälters
der Hohlraum 10 spaltfrei ausgegossen.
-
Man erkennt aus Fig. 2 obere Hälfte, daß durch die den Hohlraum 10
vollständig ausfüllende Materialfüllung 11 eine gutwärmeleitende Brücke zwischem
dem Stahlaußenmantel 5 des Behälterrumpfes und dem zusätzlichen Blechmantel 12 und
den darauf angeordneten Kühlrippen 13 geschaffen ist, sodaß bei normalem Betrieb
der Wärmedurchgang und die Wärmeabstrahlung des Behälterrumpfes durch den Hohlraum
10 in keiner Weise beeinträchtigt werden. Sobald durch Ansteigen der Außentemperatur,
z. B. bei einem Unfallfeuer, die Außentemperatur den Schmelzpunkt des Füllmaterials
11 übersteigt, beginnt dieses zu schmelzen. Für diesen Vorgang wird ein wesentlicher
Teil der von außen zugeführten Wärme verbraucht. An entsprechend ausgewählten Stellen
des Zusatzmantels 12 sind entsprechend bemessene Öffnungen oder Schlitze 14 vorgesehen,
durch die das geschmolzene Füllmaterial 11 unabhängig von der Lage des Transportbehälters
nach außen abfließen kann. Mit Ausfließen der Füllung 11 wird dessen brückenbildende
Eigenschaft für den Wärmedurchgang aufgehoben und die isolierende Wirkung des Luftspaltes
in dem Hohlraum 10 zur Wirkung gebracht. Neben der benötigten Schmelzwärme wird
also die gute Wärmeaufnahmefähigkeit der Kühlrippen 13 dadurch kompensiert, daß
statt der Wärmeleitbrücke durch die Füllung 11 ein isolierender Mantel 10 zwischen
den Kühlrippen 13 und dem eigentlichen Behälterrumpf geschaffen wird, der während
der vorgesehenen Zeitspanne zuverlässig dafür sorgt, daß die
Temperatur
im Inneren des Transportbehälters einen vorbestimmten Wert nicht übersteigt. Falls
dies für notwendig erachtet wird, können in dem Hohlraum 10 in Abständen Abstandhalter,
z. B. im Querschnitt U-fdrmig gebogene Blechringe 15 angeordnet werden, die in ihrem
Basisabschnitt Durchtrittsöffnungen 16 für den Durchgang des schmelzflüssigen Füllmaterials
11 während des Ausfüllens des Hohlraums 10 und während des Ausfließens bei Auftreten
von Unfallfeuern aufweisen.
-
Wenn die Kühlrippen nicht am Zusatzmantel 12 sondern am Außenmantel
5 angesetzt sind, wie dies bei der Kühlrippe 17 unten in Fig. 2 gezeigt ist, weist
jede Kühlrippe zweckmäßigerweise im Bereich des Hohlraumes 10 einen Kranz von Durchtrittsöffnungen
18 auf, die dem gleichen Zweck wie die Öffnungen 16 der Abstandhalter 15 dienen.
Die Öffnungen 16 und 18 haben dabei gleichzeitig die Wirkung, daß nach Ausfließen
der Füllung 11 die durch die Abstandhalter 15 bzw. die Kühlrippen 17 gebildeten
Wärmeleitbrücken in ihrer Wärmeleitfähigkeit wesentlich eingeschränkt sind während
bei vorhandener Füllung die Öffnungen 16 und 18 mit gutleitfähigem Material ausgefüllt
sind und eine Behinderung des Wärmedurchgangs nicht vorliegt.
-
Ansprüche
L e e r s e i t e