DE2749690A1 - Transportbehaelter fuer abgebrannte kernreaktor-brennelemente - Google Patents

Transportbehaelter fuer abgebrannte kernreaktor-brennelemente

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DE2749690A1
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steel
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transport container
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DE19772749690
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Karl Heinz Ing Grad Naumann
Rudolph Dipl Ing Sieber
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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
    • G21F5/005Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
    • G21F5/008Containers for fuel elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Stackable Containers (AREA)

Description

  • "Transportbehälter für abgebrannte Kernreaktor-Brennelemente"
  • Die Erfindung betrifft einen Transportbehälter für abgebrannte Kernreaktor-Brennelemente, bestehend aus einem Doppelstahlmantel, einer strahlenabschirmenden Füllung für den anteil sowie aus den Stirnenden zugeordneten Behälterverschlüssen.
  • Es ist bekannt, daß abgebrannte Brennelemente aus Kernreaktoren in Transportbehältern vorübergehend gelagert und transportiert werden müssen. An die Transportbehälter werden dabei hohe Anforderungen sowohl bezüglich einer ausreichenden Strahlenabschirmung als auch hinsichtlich einer guten Wärmeableitung gestellt. Die Abschirmung gegen Gammastrahlen wird bei den Behältern durch eine entsprechend dicke Ausbildung der Behälterwand erreicht.
  • Bei Brennelementen, die eine nur relativ niedrige Restwärme erzeugen, ist es bekannt, den ringförmigen Raum in dem Doppelstahlmantel mit Blei auszugießen. Abgesehen davon, daß die Herstellung solcher Behälter teuer ist, können mit Blei ausgegossene Doppelstahlmäntel für solche Behälter nicht mehr eingesetzt werden, nachdem sich herausgestellt hat, daß das Blei bei höheren Temperaturen und ggfs. bei Beschädigung des Außenrnantels aufschmilzt und ausläuft. Die höheren Temperaturen brauchen dabei nicht von den abgebrannten Brennelementen herzurühren. Es besteht vielmehr die Forderung, daß ein solcher Transportbehälter bei einem etwaigen Unfall auch Temperaturen von bis zu 80o0c für die Dauer von 30 Minuten aushält.
  • Es ist daher bekannt, den Rumpf des Behälters aus Ganzstahl, d.h. aus einem Stück, herzustellen. Da Transportbehälter für abgebrannte Brennelemente bis zu 100 t schwer sein können, ist die liandhabung und insbesondere die mechanische Bearbeitung solcher Ganzstahlrümpfe außerordentlich aufwendig und kann nur bei wenigen spezialisierten Firmen durchgeführt werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transportbehälter der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß dieser allen Anforderungen an Strahlensicherheit, llarmeableitfähigkeit, Unfallsicherheit und Temperaturbeständigkeit zuverlässig genügt und dennoch in praktisch größeren Apparatebaubetrieben hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Füllung des Doppelstahlmantels aus mehreren ineinanderschachtelbaren Stahlringkörpern, insbesondere aus Gußstahl, besteht.
  • Die zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen des Behälters werden dabei von dem Außennantel des Behälters ohne weiteres aufGenommen. Der Doppelstahlmantel läßt sich leicht auf üblichem Wege ohne größeren Aufwand herstellen. Dabei ist es möglich, die Dichtflächen an den Rumpfenden, die zur Aufnahme der Behälterverschlüsse dienen, fertig zu bearbeiten, bevor in den Doppelstahlmantel die zur Strahlenabschirmung dienende Füllung eingebaut wird. Die Strahlenabschirmung und gleichzeitig die Wärneübertragung vom Inneren des Behälters zum Außenmantel, der in üblicher Weise mit Kühlrippen versehen sein kann, erfolgt über die aus mehreren Stahlringkörpern zusammenGesetzte Füllung des Doppelstahlrnantels. Bevorzugt bestehen diese Stahlringkörper aus Gußstahl. Um jede geradlinige Fuge, durch die die Gammastrahlung mehr oder weniger ungehindert nach außen dringen könnte, zu vermeiden, sind die aneinanderliegenden Stirnflächen benachbarter Stahlringkörper gestuft oder gezahnt ausgebildet. Für die Strahlenabschirmung genügt es, daß weniGstens ein Abschnitt der Stirnfläche zur Achse des Behälterrumpfes geneigt verläuft. Bevorzugt wird eine Ausbildung der Stirnflächen gewählt, bei der wenigstens zwei in radialer Richtung aneinanderschlieende Stirnflächenbereiche unterschiedliche lleigunr zur Längsachse des Rumpfes aufweisen. Vorzugsweise sind jedoch mehr als zwei solche aufeinanderfolgende Abschnitte von unterschiedlicher IQeir,ung vorgesehen. Zwei besonders geeignete Formen bestehen in einer in radialer Richtung erfolgenden Abstufung der Stirnflächen bzw.
  • in einen sich wiederholenden dachförmigen Verlauf der Stirnflächen in einer die Achse des Rumpfes enthaltenen Schnittebene.
  • In jedem Fall sind die einander zugewandten Stirnflächen komplementär ausgebildet, so daß die Stirnflächen unter engem Eingriff ineinandergeschachtelt werden können.
  • Die einzelnen Gußstahlringe lassen sich auf einfache und billige Weise herstellen. Eine Bearbeitung ist in der Regel nicht notwendig. Da die einzelnen Gußstahlringe nur ein vergleichsweise geringes Gewicht haben, lassen sie sich auch leicht und mit einfacnen Mitteln handhaben. Das Einsetzen der Gußstahlringe in den Doppelstahlmantel läßt sich unschwer vornehmen, da die beiden Mäntel eine entsprechende Führung für die Gußstahlrinee beim Einführen bilden.
  • Die Fugen zwischen den benachbarten Gußstahlringen und/oder die Fugen zwischen der inneren und der äußeren Mantel fläche jedes Stahlringes und der gegenüberliegenden Fläche des Doppelstahlmantels werden zur Erzielung einer spaltfreien metallischen Bindung mit einer Blei-Zinn-Legierung ausgefüllt.
  • Dies kann auf besonders einfache Weise dadurch erfolgen, daß beim Zusammenbau des Rumpfes zwischen die aneinander anliegenden Flächen Blei-Zinn-Folien eingelegt werden. Nach dem vollständigen Zusammenbau wird der Rumpf unter Zusammenpressung bei Temperaturen, die über dem Schmelzpunkt der Blei-Zinn-Legierung liegen, einer Temperaturbehandlung unterworfen. Die Menge an Blei-Zinn- Legierung wird durch die Folien so bestimmt, daß alle Hohlräume zwischen der Behälterwand und den Gußstahlringen und alle Fugen zwischen benachbarten Gußstahlringen ausreichend gefüllt sind.
  • Dabei kann in üblicher Weise die metallische Verbindung zwischen den Gußstahlringen und den Behälterwänden durch ein vorheriges Verzinnen der Oberflächen unterstützt werden.
  • Auf diese Weise erhält man einen relativ einfach herstellbaren Transportbehälter, der aus einer Mehrzahl einzelner Teile zusammengesetzt ist und dennoch eine durchgehende metallische Verbindung zwischen allen Teilen gewährleistet, so daß ein durch die Ineinanderschachtelung der Stahlgußringe zu gewährleistender fester mechanischer Zusammenhalt auch unter extremen Belastungen sichergestellt ist. Gleichzeitig wird eine ausreichende Strahlenabschirmung und eine zuverlässige WSrmeableitung erreicht. Der Behälter hält auch hohen Temperaturen zuverlässig stand und läßt sich bei unterschiedlicher Brennelementläne leicht auf jede gewünschte Länge durch lSinzufügung entsprechender Teile einstellen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
  • Die Figur zeigt den Transportbehälter in Seitenansicht, teilweise aufgeschnitten.
  • Der Transportbehälter 1 besteht aus einem hohlzylindrischen Rumpf, dessen Enden entsprechende Behälterverschlüsse 4 und 5 zugeordnet sind. An der Außenseite des Rumpfes können in üblicher Weise Kühlrippen 3 sowie Ansätze 6 vorgesehen sein, welchletztere zur Handhabung der Behälter mit entsprechenden Transport einrichtungen dienen.
  • Der Behälterrumpf besteht aus einem Doppelstahlmantel mit einem äußeren Mantel 2 und einem inneren mantel 7. Die beiden Mäntel 2 und 7 können getrennt hergestellt werden, wobei der Innenmantel 7 an seinen Enden vor dem Zusammenbau fertigbearbeitet werden kann, um abdichtend die Behälterverschlüsse aufnehmen zu können.
  • Zwischen die beiden konzentrisch zueinander angeordneten Stahlmäntel 2 und 7 wird eine zur Wärmeableitung und insbesondere zur Strahlenabschirmung dienende Füllung 8 vorgesehen. Diese Füllung besteht aus ringscheibenförmigen Elementen, die untereinander zumindest in ihren radialen Abmessungen und in der Gestaltung ihrer beiden Stirnflächen untereinander gleich ausgebildet sind.
  • Vorzugsweise besitzen sie auch gleiche Abmessungen. Lediglich die an die Enden des Behälterrumpfes angrenzenden Ringelernente sind an der inneren Umfangsfläche und an der axial nach außen weisenden Stirnfläche abweichend von den anderen Ringelementen ausgebildet, um eine Anpassung an die beiden Behälterverschlüsse zu ermöglichen.
  • Die Ringscheibenelemente bestehen aus Stahl und sind vorzugsweise als Gußstahlringe hergestellt. Die einander zugewandten Stirnflächen von jeweils zwei benachbarten Stahlringelementen sind profiliert ausgebildet, und zwar so, daß, in radialer Richtung gesehen, Flächenabschnitte aufeinanderfolgen, die gegenüber der Achse 20 des Behälterrumpfes unterschiedliche Neigung aufweisen. In der oberen Hälfte der Figur sind Ringelemente der Füllung 8 gezeigt, die in einer die Achse 20 enthaltenden Schnitt ebene, d.h. in der Zeichenebene, mehrere dachförmig gestaltete aufeinanderfolgende Flächenabschnitte besitzen, wobei die aufeinander zuweisenden Stirnflächen 11 und 12 komplementär zueinander ausgebildet sind, so daß die profilierten Stirnflächen der aus den Ringelementen zusammengesetzten Füllung 8 mit engem Sitz ineinandergeschachtelt sind oder ineinandergreifen.
  • In der unteren Hälfte der Figur ist eine abgewandelte Ausffihrungs form gezeigt, bei der die ineinandergeschachtelten Stirnflächen 9 und 10 treppenartig ausgebildet sind. Auf diese Weise bilden die aufeinanderfolgenden Stahlrinelenente 8a,8b,8c und 8d eine Stahlringfüllung 8, die gegenüber den in beliebiger Richtung aus dem Inneren des Behälters ausgehenden Gammastrahlen eine zuverlässige Abschirmung darstellt.
  • Um die Teile metallisch fest niteinander zu verbinden, sind die Spalte zwischen den Stirnflächen der aufeinanderfolgenden Ringelemente und/oder die Spalte zwischen den Umfangsflächen der Ringelemente und den zugewandten Flächen der Stahlmäntel 2 und 7 mit einer Metallegierung, insbesondere einer Blei-Zinn-Legierung ausgefüllt. Dadurch ergibt sich eine feste metallische Bindung, die gleichzeitig eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit zeigt.
  • Zur Herstellung des Behälters werden zunächst in üblicher Weise die Stahlmäntel 2 und 7 hergestellt und bearbeitet. Ebenso werden die einzelnen Stahlringe als Stahlgußteile von vorzugsweise Gleicher Form und Abmessungen hergestellt und, soweit erforderlich, bearbeitet. Danach wird die Füllung 8 durch Einsetzen der Stahlringe zwischen die beiden Stahlmäntel 2 und 7 zu einem Stapel zusanimengesetzt. Dabei wird das Blei-Zinn-taterial in Form von Folien jeweils zwischen die Fugen von aufeinanderfolenden Ringelementen und zwischen die Umfangs flächen der Ringelemente und die zugewandten Flächen der Stahlmäntel eingelegt Nach Fertigstellung der Einheit wird diese vorzugsweise unter Zusammenpressung der Teile auf eine auf die Schnelztenperatur der Blei-Zinn-Legierung abgestimmte Temperatur erwirkt, so daß das dabei schmelzende Legierungsmaterial in alle Fugen, Ausnehrungen oder dgl. einfließt und eine feste metallische Verbindung eewährleistet, wenn der Behälter vorzugseise unter Aufrechterhaltung des Druckes abgekühlt wird.
  • Die eingelenten Folien sind in der Figur mit 13 und 15 angedeutet.

Claims (6)

  1. Ansprüche ;1 'Transportbehälter für abgebrannte Kernreaktor-Brennelemente, bestehend aus einem Doppelstahlmantel, einer strahlenabschirnenden Füllung sowie den Stirnenden zugeordneten Behälterverschlüssen, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß die Füllung (8) aus mehreren ineinanderschachtelbaren Stahlringkörpern (8a bis 8d), insbesondere aus Gußstahl, besteht.
  2. 2. Transportbehälter 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 die Stahlringkörper in Form von dem Querschnittsumriß und den Abmessungen nach gleichen Ringscheiben (8a bis 8d) ausgebildet sind.
  3. 3. Transportbehä.lter nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die aneinander angrenzenden Stirnflächen (9,10 bzw. 11,12) von jeweils benachbarten Stahlringkörpern in einer die Behälterachse (20) enthaltenen Schnittebene wenigstens zwei aufeinanderfolwende Flächenabschnitte von zur Behälterachse (20) unterschiedlicher Neigung aufweisen.
  4. II. Transportbehälter nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stirnflächen (9,10 bzw. 11,12) einen treppenförmigen bzw. dachförmigen Verlauf aufweisen.
  5. 5. Transportbehälter nach Anspruch 1 bis 4, d a d u r c h ; e k e n n z e i c h n e t, daß die Stoßfugen zwischen den Stahlringkörpern (8a bis 8d) und/oder die Fugen zwischen den Umfangsflächen der Stahlringkörper und den diesen zugewandten Flächen der Stahirnäntel (2,7) mit einer netallegierung, insbesondere einer Blei-Zinn-Legierung, spaltfrei ause-ossen sind.
  6. 6. Verfahren zum erstellen des Rumpfes eines Transportbehälters nach Anspruch 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß zunächst einzelne Stahlguß-Ringscheiben mit in radialer Richtung von einer radialen Linie mehrfach abweichenden Stirnflächenverlauf hergestellt werden, daß die Ringscheiben unter Ineinanderschachteln der Stirnflächen und unter jeweiligem Einlegen von Blei-Zinn-Folien in die Fugen zu einem Scheibenstapel gewünschter Höhe aufgebaut und unter Einlegen von Blei-Zinn-Folien in die Umfangsfugen zwischen den Umfangswünden der Ringscheiben und der Stahlmäntel zwischen die Stahlrnäntel eingesetzt werden, worauf die Einheit einer Wärmebehandlung und einer Anwendung von Druck bei 'Cemperaturen über dem Schmelzpunkt der Blei-Zinn-Jeglcrung unterworfen wird.
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Cited By (3)

* 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
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