DE2748391A1 - Feuerschutz an transportbehaeltern fuer radioaktive stoffe - Google Patents

Feuerschutz an transportbehaeltern fuer radioaktive stoffe

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DE2748391A1
DE2748391A1 DE19772748391 DE2748391A DE2748391A1 DE 2748391 A1 DE2748391 A1 DE 2748391A1 DE 19772748391 DE19772748391 DE 19772748391 DE 2748391 A DE2748391 A DE 2748391A DE 2748391 A1 DE2748391 A1 DE 2748391A1
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DE19772748391
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Rudolph Dipl Ing Sieber
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GANUK GES ZUR AUSLEGUNG VON NU
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/06Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/10Heat-removal systems, e.g. using circulating fluid or cooling fins
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
    • G21F5/008Containers for fuel elements

Description

  • 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

Claims (5)

  1. Ansprüche 1. Feuerschutz an Transportbehältern für radioaktive Stoffe, insbesondere verbrauchte Kernbrennelemente, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Bereich der Außenfläche des Behälterrumpfes (3) eine Schicht (11) aus wärmeleitendem Material vorgesehen ist, dessen Schmelzpunkt unterhalb einer vorbestimmten Temperatur liegt und das einen mit Ausflußöffnungen (14,16,18) versehenen Hohlraum (10) ausfüllt.
  2. 2. Feuerschutz nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Behälterrumpf (3) von einem den Hohlraum (10) begrenzenden Blechmantel (12,12a) eingeschlossen ist.
  3. 3. Feuerschutz nach Anspruch 2 für Transportbehälter mit äußeren Kühlrippen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der den Hohlraum (10) begrenzende Blechmantel (12) auf seiner Außenseite die Kühlrippen <13) trägt.
  4. 4. Feuerschutz nach Anspruch 1 oder 2 für Transportbehälter mit äußeren Kühlrippen, da dur c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß die den Hohlraum (10) durchsetzenden Kühlrippen (17) im Bereich des Hohlraumes nit in Umfangsrichtung verteilten Öffnungen oder Fenstern (18) versehen sind.
  5. 5. Feuerschutz nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Hohlraum (10) spaltfrei mit Zinn oder einerBlei-Zinn-Legierung (11) ausgegossen ist.
DE19772748391 1977-10-28 1977-10-28 Feuerschutz an transportbehaeltern fuer radioaktive stoffe Withdrawn DE2748391A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2480984A1 (fr) * 1980-04-22 1981-10-23 Lemer & Cie Panier pour stockage compact a sec de barreaux combustibles irradies et leur refroidissement progressif par l'eau
US5061858A (en) * 1987-10-19 1991-10-29 Westinghouse Electric Corp. Cask assembly for transporting radioactive material of different intensities

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2480984A1 (fr) * 1980-04-22 1981-10-23 Lemer & Cie Panier pour stockage compact a sec de barreaux combustibles irradies et leur refroidissement progressif par l'eau
US5061858A (en) * 1987-10-19 1991-10-29 Westinghouse Electric Corp. Cask assembly for transporting radioactive material of different intensities

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8130 Withdrawal