DE3005466C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter für die Lagerung radio­ aktiver Substanzen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus Larker, H., Wanland, P., "The Direct Disposal of Spent Nuclear Fuel in Alumina Containers", ASEA Central Research and Development Department, Västeras (Schweden), Aug. 1979, ist ein solcher Behälter bekannt, bei dem ein einziger metal­ lischer Innenbehälter größeren Durchmessers in einen Korro­ sionsschutzmantel aus Aluminiumoxid eingebracht ist. Der Korro­ sionsschutzmantel dient dem Korrosionsschutz für alle in den Innenbehälter in aufgewickelter Form eingebrachten Kernreaktor­ brennelemente. Die Lebensdauer keramischer Korrosionsschutz­ mäntel hängt aber von dem zu einem Mantel verarbeiteten keramischen Material und dessen Abmessungen ab. Bei großer Masse ist es schwierig, Korrosionsschutzmäntel spannungsfrei herzustellen und weiter zu verarbeiten.

Aus der CH-PS 5 19 765 ist ein Verschiffungs- und Transport­ behälter für radioaktives Material bekannt, bei dem einzelne Brennstoffanordnungen aus verbrauchtem Kernbrennstoff in zuge­ ordnete Kammern einer korbartigen Lagerungseinrichtung vor­ zugsweise aus Kupfer eingesetzt werden. Der Korb ist über Verstrebungen an einem Strahlungsabschirmmantel abgestützt, der seinerseits von einem metallischen Außenbehälter umgeben ist. Der Abschirmmantel besteht zur Abschwächung der Gamma­ strahlung aus einer Schicht aus spezifisch schwerem Material und zur Moderierung der Neutronen enthält er mindestens eine Schicht wasserstoffhaltigen, spezifisch leichten Materials, welches vorzugsweise eine Flüssigkeit ist. Die Fragen des Korrosionsschutzes sind nicht angesprochen, da der Behälter alleine als Verschiffungs- und Transportbehälter, nicht aber als Behälter für die Lagerung radioaktiver Substanzen aus­ gelegt ist.

Schließlich ist aus der FR-PS 21 50 569 ein Transportbehälter bekannt, bei dem einzelne metallische Innenbehälter unmittel­ bar in eine Abschirmung aus Blei eingesetzt sind oder die Zwischenräume zwischen den nicht zu einem dichten Paket zusam­ mengesetzten Innenbehältern mit Blei vergossen sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gattungs­ gemäßen Behälter so weiter auszubilden, daß für den Korrosions­ schutz ohne Schwierigkeiten keramische Werkstoffe für die erforderliche Dauer des Korrosionsschutzes eingesetzt werden können.

Diese Aufgabe wird durch den Behälter nach Anspruch 1 gelöst.

Im Rahmen der Erfindung wird anstelle eines einzigen großen Innenbehälters eine Vielzahl von gleichen Innenbehältern mit kleinem Grundriß eingesetzt, beispielsweise so, daß sie ledig­ lich zur Aufnahme eines bestrahlten ggf. demontierten Brennele­ ments geeignet sind. Entsprechend klein sind auch die umgeben­ den Korrosionsschutzmäntel. Die Erfindung erreicht es so, daß für den Korrosionsschutz mit keramischen Bauteilen gearbei­ tet werden kann, die mit den in der Keramikindustrie gegen­ wärtig gängigen Fertigungsmethoden herstellbar sind und die ohne weiteres auch hinreichende Korrosionsbeständigkeit und mechanische Festigkeit aufweisen. Dabei können die Werkstoffe Kohlenstoff, Siliziumcarbid und Aluminiumoxid oder auch Mi­ schungen davon eingesetzt werden. Dabei wird dafür Sorge getragen, daß die einzelnen Korrosionsschutzmäntel als mate­ rialeinheitliches keramisches Bauteil ausgebildet sind.

Es versteht sich von selbst, daß die metallischen Innenbehäl­ ter gasdicht verschlossen werden. Aber auch die Korrosions­ schutzmäntel werden gasdicht verschlossen, wobei im Falle der nicht-einstückigen Ausbildung der Korrosionsschutzmäntel die dann erforderlichen Deckel entsprechend eingerichtet sind.

Bei der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Außenbehälter und dem Behälterpaket ein Abschirmmantel angeordnet, und zwar für Gammastrahlenabschirmung und/oder Neutronenmoderation und/oder Neutronenabsorption. Die Bausteine für den Abschirmmantel können beispielsweise aus Blei, Uran, Strontium oder anderen geeigneten Werkstoffen für die Gammastrahlenabsorption beste­ hen. Die Bausteine für die Neutronenmoderation bestehen z. B. ebenfalls aus Kohlenstoff. Für die Neutronenabsorption können Bor, borgetränkter Kohlenstoff und andere übliche Substanzen ohne weiteres verwendet werden.

Im Zusammenhang mit Temperaturbeanspruchungen ist bei der vorliegenden Erfindung die Tatsache von besonderer Bedeutung, daß infolge der verhältnismäßig kleinen Durchmesser der Korro­ sionsschutzmäntel die Temperaturgradienten in diesen einzel­ nen Aggregaten verhältnismäßig klein sind, was sich günstig auf die Spannungsverhältnisse in den keramischen Bauteilen auswirkt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Korrosionsschutz­ mäntel und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel kraft- und/oder formschlüssig miteinander zu verbinden, z. B. zu verkleben oder mit Nut und Feder inein­ ander einfassen zu lassen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer verschiedene Ausführungsformen darstellenden Zeichnung ausführlich erläu­ tert. Es zeigt in starkter Schematisierung

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Behälter nach Fig. 1,

Fig. 3 den Vertikalschnitt eines einzelnen Innenbehälters aus dem Behälter der Fig. 1 und 2 mit umgebendem Korrosions­ schutzmantel in gegenüber den Fig. 1 und 2 vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 im Maßstab der Fig. 3 einen Horizontalschnitt des Innen­ behälters mit umgebendem Korrosionsschutzmantel,

Fig. 5 eine andere Ausführungsform eines Innenbehälters vergleichbar Fig. 4,

Fig. 6 entsprechend der Fig. 2 einen Behälter anderen Aufbaus und

Fig. 7 entsprechend der Fig. 2 einen Behälter nochmals anderen Aufbaus.

Die in den Figuren dargestellten Behälter 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. aufge­ schweißten Deckeln 2. Zum Behälter gehört außerdem eine Korrosionsschutzanordnung für die Innenbehälter 1 sowie ein Außenbehälter 3 mit Deckel 4. Aus den Fig. 2 und 3 bzw. 4 entnimmt 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 ge­ troffen, daß der Korrosionsschutzmantel 5 ein material-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 Innen­ behälter 1 sind mit ihren Korrosionsschutzmänteln in dichter Packung zu einem Behälterpaket P zusammengesetzt, welches in den Fig. 2 sowie 6 und 7 durch besondere Kreuzschraffur gekenn­ zeichnet 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. Die Anordnung ist im übrigen so getroffen, daß die Innenbehälter 1 mit ihrem Korrosionsschutzmantel 5 sowie die Bausteine des Abschirm­ mantels bzw. der Abschirmmäntel 7, 8, 9 die gleiche Grundriß­ form, anders ausgedrückt, das gleiche Modul M aufweisen, und sich in ihrer Höhe - bis auf Bodenteil und Deckelteil - über die gesamte Höhe des Außenbehälters 3 erstrecken. Die Korro­ sionsschutzmäntel 5 und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel 7, 8, 9 mögen mit Wärmespannungsaus­ gleichsspiel 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 endzu­ lagernde Material zusammengesetzt. Dabei kann man sowohl die Zahl der Innenbehälter 1 bzw. Korrosionsschutzmäntel 5 als auch die Anzahl der Bausteine für den Abschirmmantel bzw. die Ab­ schirmmäntel 7, 8, 9 den verschiedensten Zwecken anpassen. Die Anordnung kann stets so getroffen werden, daß ein vor­ gegebenes Transport- oder Manipulationsgewicht eingehalten werden kann. Es versteht sich von selbst, daß bei Verwendung von Kohlenstoff für die Korrosionsschutzmäntel 5 der Korro­ sionswiderstand durch Tränken mit Pyrokohlenstoff oder Siliziumcarbid oder durch entsprechende Beschichtungen ver­ bessert werden kann.

Claims (5)

1. Behälter für die Lagerung radioaktiver Substanzen, insbesondere bestrahlter Kernreaktorbrennelemente,

• a) mit mindestens einem metallischen Innenbehälter (1) für die Aufnahme radioaktiver Substanzen
• b) und einem den metallischen Innenbehälter (1) umgebenden Korrosionsschutzmantel (5) in Form eines materialeinheitlichen keramischen Materials, insbesondere aus Aluminiumoxid,

dadurch gekennzeichnet,

• c) daß eine Vielzahl von gleichen Innenbehältern (1) mit ihren zugehörigen Korrosionsschutzmänteln (5) in dichter Packung zu einem Behälterpaket (P) zusammengesetzt sind,
• d) wobei die Korrosionsschutzmäntel (5) aus Koh­ lenstoff und/oder Siliziumcarbid und/oder Alu­ miniumoxid bestehen,
• e) daß das Behälterpaket (P) in das Zentrum eines als Tragkonstruktion ausgeführten Außenbehälters (3) mit wenigstens einem darin eingesetzten und aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzten Abschirmmantel (7; 8; 9) angeordnet ist,
• f) und daß die Innenbehälter (1) mit ihren jeweili­ gen Korrosionsschutzmänteln (5) sowie die Bau­ steine des Abschirmmantels (7; 8; 9) einen geo­ metrisch ähnlichen Grundriß aufweisen, damit sie ohne wesentlichen Zwischenraum zusammen­ gesetzt werden können,
• g) und daß die Innenbehälter (1) mit ihren Korro­ sionsschutzmänteln und der Abschirmmantel (7; 8; 9) sich in ihrer Höhe - bis auf besondere Boden- und Deckelteile (6 ) über die gesamte Höhe des Außenbehälters (3) erstrecken.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• h) daß drei ineinandergeschachtelte Abschirmmäntel (7, 8, 9) vorgesehen sind, und zwar ein innerer für die Gammastrahlenabschirmung (7), ein mittle­ rer für die Neutronenmoderation (8) und ein äußerer für die Neutronenabsorption (9).

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• i) daß die Korrosionsschutzmäntel (5) und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel (7, 8, 9) mit Wärmespannungsaus­ gleichsspiel gegeneinander beweglich angeordnet sind.

4. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

• j) daß die Korrosionsschutzmäntel (5) und/oder die Bausteine des Abschirmmantels bzw. der Abschirmmäntel (7, 8, 9) kraft- und/oder form­ schlüssig miteinander vereinigt sind.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet,

• k) daß der einzelne Korrosionsschutzmantel in Form eines materialeinheitlichen keramischen Bauteils einen einzelnen Innenbehälter (Fig. 4) oder mehrere Innenbehälter (Fig. 5) umgibt.