DE3005466A1

DE3005466A1 - Vorrichtung fuer die lagerung radioaktiver substanzen

Info

Publication number: DE3005466A1
Application number: DE19803005466
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 4030 Ratingen Finkbeiner; Wolfgang von Dipl.-Ing. 4650 Gelsenkirchen Heesen; Ing.(grad.) Peter Quaaßdorff; Wilhelm Dr.-Ing. 4300 Essen Wick
Original assignee: Steag Kernenergie GmbH
Current assignee: Steag Kernenergie GmbH
Priority date: 1980-02-14
Filing date: 1980-02-14
Publication date: 1981-08-20
Also published as: DE3005466C2

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung
für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbes. bestrahlter Kernreaktorbrennelemente, mit einer Mehrzahl von gleichen, metållischen Innenbehältern für die Aufnahme der radioáktiven Substanzen, Korrosionsschutzanordnung und Außenbehälter, wobei die Behälter durch aufgesetzte Deckel verschlossen sind.
Bei den (aus der Praxis) bekannten Vorrichtungen der beschriebenen Gattung sind die Innenbehälter Behälter aus Stahlblech oder dergleichen. Sie sind in einen schweren Außenbehälter eingesetzt, der als Abschirmbehälter ausgelegt ist und aus Gußeisen, insbes.
sphärolithischem Gußeisen, besteht. Der Korrosionsschutz der Innenbehälter besteht einerseits aus eben diesem Außenbehälter und einer Vergußmàsse, die zwischen den Innenbehältern und dem Außenbehälter angeordnet ist und die zugleich auch eine Abschirmfunktion erfüllen kann. Das alles ist aufwendig. Darüber hinaus lassen sich bei dieser Ausführungsform nicht die für einen Korrosionsschutz bei der Endlagerung solcher Vorrichtungen in geologischen Formationen optimalen Werkstoffe, wie Kohlenstoff, Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid, einSetzen.
Allerdings sind auch Vorrichtungen für die Lagerung radioaktiver Substanzen bekannt, die aus einem metallischen Innenbehälter, einem Kohlenstoffmantel und einem metallischen Außenbehälter bestehen. Dabei ist der Kohlenstoffmantel als keramisches Werkstück gefertigt. Die Verarbeitung von im Derchmesser großen keramischen Werkstücken von einem Meter Durchmesser und mehr ist schwierig. Das gilt auch für ähnliche Mäntel aus Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid. Insbes. ist es schwierig, solche Mäntel spannungsfrei herzustellen und weiter zu verarbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Vorrichtung so weiter auszubilden, daß für den Korrosionsschutz die beschriebenen Werkstoffe, nämlich Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid, ohne Schwierigkeiten eingesetzt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die einzelnen metallischen InnenbeläLter von einem keramischen Korrosionsschutzmantel aus Kohlenstoff und/oder Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid umgeben sind, welcher Korrosionsschutzmantel ein einheitliches keramisches Bauteil bildet, daß der Außenbehälter lediglich als Tragkonstruktion ausgeführt ist, die im wesentlichen nach statischen Gesichtspunkten dimensioniert ist, daß die einzelnen Innenbehälter mit ihrem Korrosionsschutzmantel in dichter Packung zu einem Behälterpaket zusammengesetzt sind, welches im Zentrum des Außenbehälters angeordnet ist, und daß endlich zwischen dem Behälterpaket und dem Außenbehälter zumindest ein aus Bausteinen zusammengesetzter Abschirinmantel angeordnet ist, und zwar für Gammastrahlenabschirmung und/oder Neutronenmoderation und/oder Neutronenabsorption. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Korrosionsschutzmäntel mit einem angeformten Boden zu versehen. Im allgemeinen wird man drei Abschirmmäntel der beschriebenen unterschiedlichen Funktion vorsehen, und zwar von innen nach außen zunächst den Abschirrnrnantel für Gammastrahlenabschirmung, danach den Abschirmmantel für Neutronenmoderation und danach den Abschirmmantel für Neutronenabsorption. Die Bausteine für den Abschirmmantel können beispielsweise aus Blei, Uran, Strontium oder anderen geeigneten Werkstoffen für die Gammastrahenabsorpton bestehen. Die Bausteine für die Neutronenmoderation bestehen z. B. ebenfalls aus Kohlenstoff. Für die Neutronenabsorption können Bor, borgetränkter Kohlenstoff und andere übliche Substanzen ohne weiteres eingesetzt werden. Im Rahmen der Erfindung können die Innenbehälter mit sehr kleinem Grundriß ausgeführt werden, beispielsweise so, daß sie lediglich zur Aufnahme eines bestrahlten, ggf. demontierten Brennelementes geeignet sind. Entsprechend klein sind auch die umgebenden Korrosionsschutzmäntel. Die Erfindung erreicht es So, daß für den Korrosionsschutz mit keramischen Bauteilen gearbeitet werden kann, die mit den in der Keramikindustrie gegenwärtig gängigen Fertigungsmethoden herstellbar sind und die-ohne-weiteres auch hinreichende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen. Dabei können die Werkstoffe Kohlenstöff, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid oder auch Mischungen davon eingesetzt werden. Es versteht sich von selbst,daß die metallischen Innenbehälter bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gasdicht verschlossen werden. Aber auch die Korrosionsschutzmäntel werden gasdicht verschlossen, wozu die Deckel entsprechend eingerichtet-sind.
Im einzelnen bestehen -im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung-und Gestaltung. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung -ist dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbehälter mit ihrem Korrosionsschutzmantel sowie die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschiramän-tel die gleiche Grundrißform, anders ausgedrückt den gleichen Modul aufweisen und sich in ihrer Höhe - bis auf besondere Boden- oder Deckelteile - über die gesamte Höhe des Außenbehälters erstrecken.
Die Geometrie der Korrosionsschutzmäntel und der genannten Bausteine ist damit praktisch identisch gleich. Soweit die Vorrichtung Temperaturbeanspruchungen erfährt, besteht im Rahmen der Erfindung ohne weiteres die Möglichkeit, die Anordnung so zu treffen, daß unerwünschte Wärmespannungen nicht auftreten. Dazu lehrt die Erfindung, daß die Korrosionsschutzmäntel und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel mit Wärmespannungsausgleichsspiel gegeneinander beweglich angeordnet sind. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Korrosionsschutzmäntel und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel kraft- und/oder formschlüssig miteinander zu vereinigen, z. B. miteinander zu verkleben oder mit Nut und Feder ineinander einfassen zu lassen. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß infolge der verhältnismäßig kleinen Durchmesser der Innenbehälter bzw. Korrosionsschutzmantel die Temperaturgradienten in diesen einzelnen Aggregaten verhältnismäßig klein sind, was sich günstig auf die Spannungsverhältnisse in den keramischen Bauteilen auswirkt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert.
Es zeigen in starker Schematisierung: Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, Fig. 3 den Vertikalschnitt eines einzelnen Innenbehälters aus dem Gegenstand der Fig. 1 und 2 mit umgebendem Korrosionsschutzmantel in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab, Fig. 4 im Maßstab der Fig. 3 einen Horizontalschnitt des Innenbehälters mit umgebendem Korrosionsschutzmantel, Fig. 5 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 4, Fig. 6 entsprechend der Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung anderen Aufbaus und Fig. 7 entsprechend der Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung nochmals anderen Aufbaus Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen sind für die Lagerung radioaktiver Substanzen, und zwar insbes. für die Lagerung bestrahlter Kernreaktorbrennelemente B bestimmt. Zum grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung gehört eine Mehrzahl von gleichen metallischen, im Ausführungsbeispiel zylindrischen Innenbehältern 1 aus Stahl oder dergleichen mit z. B. aufgeschweißten Deckeln 2. Zur Vorrichtung gehört außerdem eine Korrosionsschutzanordnung für die Innenbehälter 1 sowie ein Außenbehälter 3 mit Deckel 4. Insbes. aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 2 und 3 bzw. 4 entnünmt man, daß die einzelnen metallischen Innenbehälter 1 von einem keramischen Korrosionsschutzmantel 5 aus Kohlenstoff und/oder Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid umgeben sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß der Korrosionsschutzmantel 5 ein einheitliches keramisches Bauteil bildet. Der Außenbehälter 3 ist lediglich als Tragkonstruktion ausgeführt und im wesentlichen nach statischen Gesichtspunkten dimensioniert. Es handelt sich beispielsweise um einen Stahlbehälter in Schweißkonstruktion. Es kann sich aber auch um einen aus Stahl oder Gußeisen verhältnismäßig dünnwandig gegossenen Behälter 3 handeln. Die einzelnen Innenbehälter 1 sind mit ihren Korrosionsschutzmänteln 5 in dichter Packung zu einem Behälterpaket P zusammengesetzt, welches in den Fig. 2 sowie 6 und 7 durch besondere Kreuzshraffur gekennzeichnet ist. Es befindet sich im Zentrum des Außenbehälters 3.
Zwischen diesem Behälterpaket P und dem Außenbehälter 3 befinden sich im Ausführungsbeispiel mehrere Abschirmmäntel 7, 8 und 9, und zwar ein Abschirmmantel 7 für die Gammastrahlenabschirmung, ein Abschirmmantel 8 für Neutronenmoderation und ein weiterer Abschirmmantel für Neutronenabsorption 9. Auch diese sind durch unterschiedliche Schraffur verdeutlicht. Die gemeinsamen oberen und unteren Deckel 6 mögen aus den gleichen Werkstoffen aufgebaut sein. Im Ausführungsbeipiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung im übrigen so getroffen, daß die Innenbehälter 1 mit ihrem Korrosionsschutzmantel 5 sowie die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel 7, 8, 9 die gleiche Grundrißform, anders ausgedrückt, das gleiche Modul M aufweisen, und sich in ihrer Höhe - bis auf Bodenteil und Deckelteil - über die gesamte Höhe des Außenbehäters 3 erstrecken. Die Korrosionsschutzmäntel 5 und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel 7, 8, 9 mögen mit Wärmespannungsausgleichsspiel gegeneinander beweglich angeordnet sein, was aus Maßstabsgründen in den Figuren nicht erkennbar ist. Sie können aber auch kraft- und/oder formschlüssig miteinander vereinigt sein. - Die Module M werden im Rahmen der Erfindung systematisch nach ihrer Aufgabe und gemäß den Anforderungen an das endzulagernde Material zusammengesetzt. Dabei kann man sowohl die Zahl der Innenbehälter 1 bzw. Korrosionsschutzmäntel 5 als auch die Anzahl der Bausteine für den Abschirinmantel bzw. die Abschirnmäntel 7, 8, 9 den verschiedensten Zwecken anpassen.
Die Anordnung kann stets so getroffen werden, daß ein vorgegebenes Transport- oder Manipulationsgewicht eingehalten werden kann. Es versteht sich von selbst, daß bei Verwendung von Kohlenstoff für die Korros.ionsschutzmäntel 5 der Korrosionswiderstand durch Tränken mit Pyrokohlenstoff oder Siliziumcarbid oder durch entsprechende Beschichtungen verbessert werden kann.
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Claims

Vorrichtung für die Lagerung radioaktiver Substanzen Ansprüche 9 Vorrichtung für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbes.

bestrahlter Kernreaktorbrennelemente, mit einer Mehrzahl von gleichen, metallischen Innenbehältern für die Aufnahme der radioaktiven Substanzen, Korrosionsschutzanordnung und Außenbehälter, wobei die Behälter durch aufgesetzte Deckel verschlossen sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die einzelnen metallischen Innenbehälter (1) von einem keramischen Korrosionsschutzmantel (5) aus Kohlenstoff und/oder Siliziumcarbid und/oder Aluminiumoxid umgeben sind, welcher Korrosionsschutzmantel (5) ein einheitliches keramisches Bauteil bildet, daß der Außenbehälter (3) lediglich als Tragkonstruktion ausgeführt ist, die im wesentlichen nach statischen Gesichtspunkten dimensioniert ist, daß die einzelnen Innenbehälter (1) mit ihrem Korrosionsschutzmantel (5) in dichter Packung zu einem Behälterpaket (P) zusammengesetzt sind, welches im Zentrum des Außenbehälters (3) angeordnet ist, und daß endlich zwischen dem Behälterpaket (P) und dem Außenbehälter (3) zumindest ein aus Bausteinen zusammengesetzter Abschirmmantel (7, 8, 9) angeordnet ist, und zwar für Gammastrahlenabschirmung (7) und/oder Neutronenmoderation (8) und/oder Neutronenabsorption (9).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei ineinandergeschachtete Abschirmmäntel (7, 8, 9) vorgesehen sind, und zwar einer für die Gammastrahlenabschirmung (7), einer für die Neutronenmoderation (8) und einer für die Neutronenabsorption (9) 3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbehälter (1) mit ihrem Korrosionsschutzmantel (5) sowie die Bausteine des Abschirmmantels bzw.
der Abschirinmantel (7, 8, 9) die gleiche Grundrißform aufweisen und sich in ihrer Höhe - bis auf besondere Boden- und Deckelteile (4) - über die gesamte Hohe des Außenbeh-älters (3) erstrecken.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzmäntel (5) und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel (7, 8, 9) mit Wärmespannungsausgleichsspiel gegeneinander beweglich angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrosionsschutzmäntel (5) und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel (7, 8, 9) kraft- und/oder formschlüssig miteinander vereinigt sind.