DE3138485A1

DE3138485A1 - Behaelter zur aufnahme und aufbewahrung von radioaktiven stoffen und verfahren zum dichten verschliessen des behaelters

Info

Publication number: DE3138485A1
Application number: DE19813138485
Authority: DE
Inventors: Günther Ing. Dudek (grad.), 2132 Visselhövede; Heinolf 2814 Bruchhausen-Vilsen Schrader; Günter Dr.-Ing. 5802 Wetter Schröder
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1981-09-28
Filing date: 1981-09-28
Publication date: 1983-04-14
Also published as: SE8205510D0; GB2106442A; CA1187634A; CH658537A5; JPS5866899A; BE894314A; GB2106442B; DE3138485C2; FR2513800B1; FR2513800A1; SE8205510L; US4673814A; SE448923B

Description

Behälter zur Aufnahme und Aufbewahrung von radioaktiven Stoffen und Verfahren zum dichten Verschließen des Behälters

Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufnahme und sicheren Aufbewahrung von radioaktiven und anderen bioschädlichen Stoffen, insbesondere verglaste radioaktive Spaltprodukte oder bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, in dessen stirnseitige, kreisförmige Aufnahmeöffnung ein den Behälter dicht abschließender. Verschlußdeckel einge- · setzt ist.

Radioaktive Stoffe, wie beispielsweise verglaste radioaktive Spaltprodukte'· oder bestrahlte Kernbrennstoff elemente, müssen zum Zweck des Transportes und der Lagerung in spezielle Aufnahmebehälter gebracht werden. Die Aufnahmebehälter haben eine hohe Strahlenabschirmung, eine ausreichende Kühlfläche sowie eine hohe Stabilität. Metallische Aufnahmebehälter gewährleisten einen sicheren Verschluß von radioaktivem Abfall. Die metallischen Aufnahmebehälter sind nur an einer Stirnseite offen, wodurch, eine Aufnahmeöffnung entsteht.

Nach dem Befüllen eines für die Endlagerung vorgesehenen Aufnahmebehälters mit dem Glas aus hochradioaktiven Spaltprodukten war es bisher üblich, in die stirnseitige Aufnahmeöffnung einen zylindrischen Verschlußdeckel einzusetzen und diesen mit dem anliegenden Behälterrand zu verschweißen. Durch den dichten Verschluß des Aufnahmebehälters mit dem Verschlußdeckel sollten die radioaktiven oder bioschädlichen Stoffe sicher von der Biosphäre getrennt werden.

Die bisher erreichten Ergebnisse dieser Vorgehensweise sind unbefriedigend. Die Verschweißung muß in einer sogenannten Heißen Zelle vorgenommen werden. Daraus entsteht die Forde-

rung, die Verschweißung über Fernbedienung, der sogenannten remote-Technik, vorzunehmen. Bisher konnte die Schweißung die gewünschte Gasdichtheit des Behälterverschlusses von 10 Torr Liter/ Sekunde nicht mit Sicherheit und nicht reproduziefbar erreichen. Die die Schweißung ausführende Bedienungsperson führt zwangsläufig jede Schweißung individuell mit einer stets unterschiedlichen Güte durch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufnahmebehalter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem ein sicherer Verschluß des Behälters mit der erforderlichen Gasdichtheit durch den eingesetzten Verschlußdeckel erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sich das Ende der Innenbohrung des Behälters zu einer konischen Auslauffläche erweitert, daß in den Abschnitt der konischen • Auslauffläche ein Verschlußdeckel mit einer gleichkonischen, sich zum Behälterinneren verjüngenden Mantelfläche eingedrückt ist und daß die Behälterwand und der Verschlußdeckel durch eine umlaufende Schmelzflußverbindung miteinander verschweißt sind.

Nach dem Befüllen des Aufnahmebehälters wird der konische Verschlußdeckel in die konische Aufnahmeöffnung eingedrückt. Bei dem Eindrücken des konischen Verschlußdeckels übt dieser eine radiale Kraft auf den Behältermantel aus, so daß Unrundheiten des den Verschlußdeckel umgebenden Behältermantels minimiert oder sogar eliminiert werden. Der Behältermantel paßt sich dem Umfang des Verschlußdeckels gut an.

Durch die konische Ausführung der beiden aufeinandergepreßten Flächen, der Auslauffläche und der Mantelfläche, wird eine erheblich bessere Abdichtung zwischen der Innenwand des Behälters und dem Verschlußdeckel erreicht. Die konischen Dichtflächen sind bereits ursächlich für die Verbesserung

ζ, der Gasdichtheit der Verbindung zwischen Verschlußdeckel und Aufnahmebehälter verantwortlich. Nach dem erfolgten Schmelzflußschweißen ist ein sicherer dichter Verschluß, des Aufnahmebehälters erreicht.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt die obere Kante des Verschlußdeckels unter dem benachbarten Behälterrand, wobei der Behälterrand und die obere Kante des Verschlußdeckels durch eine umlaufende Kehlnaht verschweißt sind. Wird der konische Verschlußdeckel so tief in den Behälterkonus eingedrückt, daß zwischen oberer Deckelkante und dem Behälterrand genügend Raum für die Kehlnaht verbleibt, kann so die erforderliche Gasdichtheit und mechnische Verbindung zwischen dem Aufnahmebehälter und dem Verschlußdeckel hergestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch die.im Kennzeichen des Anspruches 3 aufgeführten Merkmale offenbart. Durch die kurze zylindrische Abflachung des.Verschlußdeckels wird ein anfänglicher Keilspalt zwischen der Behälterwand und dem Mantel des Verschlußdeckels erzeugt. Nach dem Eindrücken des Verschlußdeckels in. den Aufnahmekonus des Behälters wird der Verschlußdeckel mit dem Behälter über eine Schmelzflußschweißung unter Schutzgas verschweißt. Dabei kann das Schutzgas das Schmelzbad in den gebildeten Keilspalt einblasen. Diese Ausbildung eignet sich besonders für einen ferngesteuerten,automatisch ablaufenden Schweißvorgang in einer Heißen Zelle. Die Güte der Schweißverbindung ist höher als bei einer durch eine Bedienungsperson individuell durchgeführten Schweißung und jederzeit reproduzierbar.

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In weiterer Ausbildung der Erfindung weist der Verschlußdeckel ein von außen-zugängliches Ventil auf, das-mit dem Behälterinneren in Verbindung steht,wobei das Ventil mit einer Prüfgasquelle verbindbar ist. Durch Offenhalten des Ventils ist während der Verschweißung des Verschlu3deckels ein Druckausgleich zwischen dem aus dem Aufnahmebehälter und dem Verschlußdeckel gebildeten Raum und dem dieses System umgebenden Saum.sicher möglich. Andererseits ist nach Beendigung der Schweißung eine einfache Prüfung auf Gasdichtheit der Schweißverbindung möglich.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 5 aufgeführten Merkmale erreicht. Die das Ventil aufnehmende Ausnehmung bildet einen Ventilschutzraum, so daß das Ventil bei einem Sturz des Behälters nicht beschädigt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird im Kennzeichen des Anspruches 6 aufgezeigt. Der Stopfen kann beispielsweise in ein Innengewinde der Ausnehmung gedreht werden. Bei metallischer Ausführung· der Teile und eines radioaktive Abfallstoffe aufnehmenden Behälters wird der Stopfen zweckmäßigerweise noch zusätzlich mit der Erhebung verschweißt.

Die in den Ansprüchen 7 und 8 aufgeführten Merkmale kennzeichnen eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung, durch die die Behälterverschlußarbeiten problemloser durch ferngesteuerte, programmierte Maschinen ausgeführt werden können.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum dichten Verschließen eines Behälters zur Aufnahme und sicheren Aufbewahrung von radioaktiven oder anderen bioschädlichen Stoffen, insbesondere von verglasten und radioaktiven Spaltprodukten oder bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, in dessen stirn-

seitige, kreisförmige Aufnahmeöffnung ein den Behälter dicht abschließender Verschlußdeckel eingesetzt wird. Das Verfahren wird durch die im Anspruch 9 aufgeführten. Merkmale gekennzeichnet.

Durch die Erfindung ist es möglich, radioaktive oder bioschädliche Abfallstoffe aufnehmende Behälter nach ihrem Befüllen unter Erreichen einer hohen Gasdichtheit sicher ' zu verschließen und wiederholt auf Dichtheit prüfen zu können. Die Erfindung erlaubt den fernüberwachten Einsatz von programmierbaren Kraftmanipulatoren und Schweißautomaten zur Herstellung von Verbindungen reproduzierbarer hoher Güte.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Ein metallischer Aufnahmebehälter 1 ist mit seinem offenen Ende dargestellt. Die Innenbohrung 2 des Aufnahmebehälters 1 ist am Ende konisch zu einer Auslauffläche 3 erweitert. Ein Verschlußdeckel 4 ist am Behälterende in diesen eingedrückt und liegt mit seiner konischen Mantelfläche 5 auf der konischen Auslauffläche 3 der Innenbohrung 2 des Aufnahmebehälters 1. Am oberen Ende weist der Verschlußdeckel 4 eine zylindrische Abdrehung 6 seines Mantels auf> so daß sich zwischen der Innenwand des Behälters 1 und dem Verschlußdeckel 4 ein Keilspalt 7 bildet. Der Verschlußdeckel 4 liegt mit seiner oberen Kante unter dem Behälterrand 8 und ist im stirnseitig offenen Ende des Behälters 1 mit der Behälterwand unter Bildung einer Kehlnaht 9 dicht verschweißt.

Auf der Außenseite des Verschlußdeckels 4 ist eine Nabe mittig ausgebildet, in die eine Gewindebohrung 12 eingebracht ist. Unterhalb der Gewindebohrung 12 wird der Verschlußdeckel 4 von einer mit der Gewindebohrung 12 fluchtenden Verbindungsbohrung 13 kleineren Durchmessers durchdrungen.

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In die Gewindebohrung 12 der Nabe 11 ist ein Deckelknopf 14 eingeschraubt, der eine Ausnehmung 15 in Form einer in Achsrichtung liegenden Sackbohrung aufweist. Deckelknopf 14 und Nabe 11 sind an ihrer Verbindungsfuge miteinander verschweißt.

Der Boden 16 der Ausnehmung 15 ist mit einer zentrischen Durchgangsbohrung 17 versehen, durch die ein Ventilkörper 18 eines Rückschlagventils ragt, der bolzenähnlich am Boden 16 der Ausnehmung 15 befestigt ist. Der Ventilkörper 18 ragt mit seinem Druckmittelanschluß 19 in die einen Ventilschutzraum darstellende Ausnehmung 15 des Deckelknopfes

Die Ausnehmung 15 wird am stirnseitigen Ende, von einem eingeschraubten Stopfen 20 verschlossen. Der Stopfen 20 liegt mit einem Flansch 21 auf dem Deckelknopf 14 auf. Der Rand des Flansches 21 und der Deckelknopf 14 sind miteinander verschweißt.

Nachdem der Aufnahmebehälter 1 bis zu einem bestimmten Grad befüllt wurde, wird in sein offenes, konisches Ende der gleichkonische Verschlußdeckel 4 eingeführt und eingedrückt .

Durch das Eindrücken des konischen Verschlußdeckels 4 in den inneren Konus 3 des Behälters 1 wirkt eine resultierende radiale Kraft auf die Behälterwand, so daß sich die Behälterwand dem Umfang des Verschlußdeckels 4 nahezu gleichmäßig anpaßt. Der Verschlußdeckel wird so tief in den Behälterkonus 3 eingedrückt, daß zwischen oberer Deckelkante und Behälterrand 8 auf der konischen Auslauffläche 3 der Innenbohrung 2 genügend Platz für eine Kehlnaht 9 verbleibt.

Unter Offenhalten des Ventils 18 wird der Verschlußdeckel 4 mittels Schmelzfluß-Schutzgasschweißung mit dem Behälter metallisch unter Bildung der Kehlnaht 9 verbunden.

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Die Schutzgasströmung ist in den Keilspalt 7 zwischen Behälterwand und Verschlußdeckel 4 gerichtet.

Anschließend wird über das Ventil 18 ein geeignetes Prüfgas in den aus Verschlußdeckel 4 und Aufnahmebehälter 1 gebildeten Raum gegeben, mit dessen Hilfe die Dichtheit der Umschließung dieses Raumes wiederholt geprüft werden kann. Dabei wird der Gasdruck im Behälter 1 über das Ventil 18 gemessen. Ist der Gasdruck zu niedrig bzw. fällt der Meßwert ab, bedeutet das eine Undichtheit des verschlossenen Aufnahmebehälters 1. Dadurch können entsprechende Maßnahmen zur Behebung der Undichtheit ausgelöst werden.

Die Dichtheit des verschlossenen Aufnahmebehälters 1 kann wiederholt geprüft werden. Ist die Prüfung befriedigend ausgefallen, so wird der Stopfen 20 auf dem Deckelknopf festgeschweißt, um den Ventilschutzraum 15 dicht abzuschließen. Soll in einem sehr großen Zeitabstand nach Verschließen des Aufnahmebehälters 1 eine neue Prüfung vollzogen werden, braucht lediglich die Schweißnaht des Stopfens 20 zerstört werden. Es kann dann entweder neues Prüfgas definiert aufgegeben werden oder gleich eine Prüfung des Behälterinnendruckes erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	Aufnahmebehälter
2	Innenbohrung, Behälter
3	konische Auslauffläche
4	Verschlußdeckel
5	konische Mantelfläche
6	zylindrische Abdrehung
7	Keilspalt
8	Behälterrand
9	Kehlnaht
11	Nabe
12	Gewindebohrung
13	Verbindungsbohrung
14	Deckelknopf
15	Ausnehmung
16	Boden
17	Durchgangsbohrung
18	Ventilkörper
19	Druckmittelanschluß
20	Stopfen
21	Flansch

Ü Leerseite

Claims

Deutsche Gesellschaft
für Wiederaufarbeitung
von Kernbrennstoffen mbH
Hamburger Allee 4

3000 Hannover 1

Hannover, den 21.09.1981 Gg/Wö/VS

SCHUTZANSPRÜCHE

/11 Behälter zur Aufnahme und sicheren Aufbewahrung von radioaktiven oder anderen bioschädlichen Stoffen, insbesondere von verglasten radioaktiven Spaltprodukten oder bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, in dessen stirnseitige, kreisförmige Aufnahmeöffnung ein den Behälter dicht abschließender Verschlußdeckel eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Ende der Innenbohrung (2) des Behälters (1) zu einer konischen Auslauffläche (3) erweitert, daß in den Abschnitt der konischen Auslauffläche (3) ein Verschlußdeckel (4) mit einer gleichkonischen, sich zum Behälterinneren verjüngenden Mantelfläche (5) eingedrückt ist und daß die Behälterwand und der Verschlußdeckel (4) durch eine umlaufende Schmelzflußverbxndung (9) miteinander verschweißt sind.
2.Aufnahmebehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Kante des Verschlußdeckels (4) unter dem benachbarten Behälterrand (8) liegt, daß der Behälterrand (8) und die obere Kante des Verschlußdeckels (4) durch eine umlaufende Kehlnaht (9> miteinander verschweißt sind.
3.Aufnahmebehälter nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) des Verschlußdeckels (4) an dessen oberem Ende zylinderförmig ausgebildet ist.

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4.Aufnahmebehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußdeckel (4) ein von außen zugängliches Ventil (18) aufweist, das mit dem Behälterinneren in Verbindung steht, daß das Ventil (18) mit einer Prüfgasquelle verbindbar ist.
5.Aufnahmebehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (18) in einer Ausnehmung .(15) einer Erhebung (14) des Verschlußdeckels (4) angeordnet ist.
6.Aufnahmebehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ daß die Ausnehmung (15) von einem Stopfen (20) verschließbar ist.
15
7.Aufnahmebehälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (14) zylinderförmig ausgebildet und auf dem Verschlußdeckel (4) in einer mittigen "Gewindebohrung (12) angeordnet ist.
20
8.Aufnahmebehälter nach Anspruch 5 oder I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebung (14) knopfartig ausgebildet ist.
9.Verfahren zum dichten Verschließen eines Behälters zur Aufnahme und sicheren Aufbewahrung von radioaktiven oder anderen bioschädlichen Stoffen, insbesondere von verglasten radioaktiven Spaltprodukten oder bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, in dessen stirnseitige kreisförmige Aufnahmeöffnung ein den Behälter dicht abschließender Verschlußdeckel eingesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die Innenbohrung des Behälters am der Aufnahmeöffnung zugewandten Ende konisch erweitert wird, daß der Verschlußdeckelmantel· gl·eichkonisch abgedreht wird,

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daß der konische Mantel des Verschlußdeckels am oberen Ende zylindrisch abgedreht wird,

daß der Verschlußdeckel nach dem Beladen des Behälters mit den radioaktiven oder bioschädlichen Stoffen in den Behälterkonus bis unter den oberen Behälterrand eingedrückt wird,

daß unter Druckausgleich zwischen dem Behälterinnenraum und der umgebenden Atmosphäre der Verschlußdeckel mit der. Behälterwand mittels einer Schutzgasschweißung verbunden wird, wobei Schutzgas von oben in den Spalt zwischen Behälter und dem Verschlußdeckel geblasen wird, und daß die Verbindung für den Druckausgleich nach der Schweißung unterbrochen wird.