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"Transportbehälter für abgebrannte Kernreaktor-Brennelemente"
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Füllung
des Doppelstahlmantels aus mehreren ineinanderschachtelbaren Stahlringkörpern, insbesondere
aus Gußstahl, besteht.
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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.
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in einen sich wiederholenden dachförmigen Verlauf der Stirnflächen
in einer die Achse des Rumpfes enthaltenen Schnittebene.
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In jedem Fall sind die einander zugewandten Stirnflächen komplementär
ausgebildet, so daß die Stirnflächen unter engem Eingriff ineinandergeschachtelt
werden können.
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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.
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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.
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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.
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Dabei kann in üblicher Weise die metallische Verbindung zwischen den
Gußstahlringen und den Behälterwänden durch ein vorheriges Verzinnen der Oberflächen
unterstützt werden.
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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.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung
näher erläutert.
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Die Figur zeigt den Transportbehälter in Seitenansicht, teilweise
aufgeschnitten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die eingelenten Folien sind in der Figur mit 13 und 15 angedeutet.