DE3207312A1 - Closed container for accommodating radioactive materials - Google Patents

Closed container for accommodating radioactive materials

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DE3207312A1 DE19823207312 DE3207312A DE3207312A1 DE 3207312 A1 DE3207312 A1 DE 3207312A1 DE 19823207312 DE19823207312 DE 19823207312 DE 3207312 A DE3207312 A DE 3207312A DE 3207312 A1 DE3207312 A1 DE 3207312A1
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Bernhard Dipl.-Ing. 4300 Essen Leidinger
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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
    • G21F5/06Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/10Heat-removal systems, e.g. using circulating fluid or cooling fins

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

In order to improve convective heat dissipation from closed containers in which radioactive materials having afterheat products are transported and/or stored, vertical gaps which open at the upper end into an overflow space are provided in the stored item. As a result, the container filler gas can circulate between the stored item and the container inner wall, and thus transport the heat from the central region of the stored item to the environment in conjunction with small temperature differences. <IMAGE>

Description

Beschreibung:Description:

Geschlossenes Behältnis zur Aufnahme radioaktiver Stoffe Die Erfindung betrifft ein geschlossenes Behältnis zur Aufnahme radioaktiver Stoffe mit Nachzerfallswärmeproduktion, insbesondere verwendbar zu Transport und Lagerzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhr der im Lagergut erzeugten Nachzerfaliswärme an die Umgebung zum großen Teil mittels natürlicher Konvektion über speziell gestaltete Spalte innerhalb des Lagerguts und über einen Überströmraum oberhalb des Lagerguts erfolgt.Closed container for holding radioactive substances The invention concerns a closed container for holding radioactive substances with decay heat production, in particular usable for transport and storage purposes, characterized in that the dissipation of the post-decay heat generated in the stored goods to the environment to a large extent Part by means of natural convection through specially designed gaps within the Storage goods and takes place via an overflow space above the storage goods.

Die sichere Abfuhr der im Inneren des Behältnisses erzeugten Nachzerfallswärme muß zu jedem Zeitpunkt seiner Verwendung gewährleistet sein.The safe removal of the decay heat generated inside the container must be guaranteed at all times of its use.

Dabei dürfen, um die Integrität der verwendeten Strukturmaterialien nicht zu gefährden, bestimmte vorgegebene Maximaltemperaturen nicht überschritten werden.In doing so, in order to ensure the integrity of the structural materials used not to endanger, certain specified maximum temperatures not exceeded will.

Momentan konzipierte oder verwendete Behältnisse werden überwiegend durch Mechanismen wie Wärmeleitung und Wärmestrahlung gekühlt.Containers designed or used at the moment are becoming predominant cooled by mechanisms such as thermal conduction and thermal radiation.

Aus Gründen der Minimierung des Raumbedarfs erfolgt die Lagerung des radioaktiven Stoffes im Behälter meist so kompakt, daß nur schwache Konvektionsströme der jeweiligen Behälterfüllgase auftreten, deren Effizienz auch aus Gründen zu kleiner Wärmeübergangsflächen an der Behälterinnenwand sehr gering ist.In order to minimize the space required, the radioactive material in the container usually so compact that only weak convection currents the respective container filling gases occur, their efficiency also for reasons too low Heat transfer surfaces on the inner wall of the container is very small.

(Quellen: Sicherheitsberichte zu den Transportbehälter lagern "Gorleben" und Ahaus") Da aufgrund geometrischer Abmessungen der Wärmetransport im Behälter bislang hauptsächlich in radialer Richtung erfolgt, und da die Temperaturen im zentralen Lagergutbereich mit größer werdenden Wärmetransportwegen ansteigen, bedeutet dies, daß man entweder nur Behältnisse mit kleinen Durchmessern verwenden darf, oder aber das zu transportierende oder zu lagernde Gut erst nach langen Abklingzeiten, durch die die Nachzerfallswärmeproduktion erheblich reduziert wird, einsetzen kann.(Sources: Safety reports on the transport container store "Gorleben" and Ahaus ") Because of the geometrical dimensions of the heat transport in the container so far mainly in radial Direction takes place and there the temperatures increase in the central storage goods area with increasing heat transport routes, this means that either only containers with small diameters can be used may, or the goods to be transported or stored only after long decay times, through which the decay heat production is considerably reduced.

Eine konstruktive Maßnahme schafft hier Abhilfe: Oberhalb des Lagerguts wird eine Wärmesenke installiert, d.h. ein Raum geschaffen, der sich dadurch auszeichnet, das er über eine große Wärmeübergangsfläche zur Behälterinnenwand verfügt.A constructive measure provides a remedy here: Above the stored goods a heat sink is installed, i.e. a space is created that is characterized by that it has a large heat transfer surface to the inner wall of the container.

An diesen schließen sich offene Spalte an, die weit (nach unten) in das Lagergut hineinreichen, und deren Spaltweite so ausgelegt iat, daß sich eine natürliche Konvektionsströmung einstellen kann.This is followed by open gaps that go wide (down) into the stored goods reach in, and their gap width is designed so that a can adjust natural convection flow.

Maßgeblich hierfür ist, daß die Ra-Zahl, Ra=Gr-Pr (Rayleigh = Graßhoff-Prandtl), die mit den Stoffdaten des Füllgases, dem hydraulischen Durchmesser des Spaltes und der Temperaturdifferenz am Spalt gebildet wird, die Größenordnung 103 hat.(Quelle: Stelzer,F.;Wärmeübertragung und Strömung; Thiemig Taschenbücher Bot8; München 1971: S.142 u. S. 146-149) Das Gas im Spalt erwärmt sich und steigt wegen der durch die Wärmezufuhr erzeugten Dichteunterschiede in den Überströmraum oberhalb des Lagerguts.The decisive factor here is that the Ra number, Ra = Gr-Pr (Rayleigh = Graßhoff-Prandtl), those with the material data of the filling gas, the hydraulic diameter of the gap and the temperature difference is formed at the gap, which is of the order of 103 (source: Stelzer, F .; Heat Transfer and Flow; Thiemig paperbacks Bot8; Munich 1971: 142 and 146-149) The gas in the gap heats up and rises because of the through the Heat supply generated differences in density in the overflow space above the stored goods.

Aufgrund dessen guten Wärmeübergangs an die kältere Behälterinnenwand kühlt sich das Gas hier ab und sinkt wieder in den Spalt zurück, wodurch sich der Vorgang wiederholt.Because of its good heat transfer to the colder inner wall of the container the gas cools down here and sinks back into the gap, causing the Process repeated.

Dieses Phänomen ist technisch keine Neuheit; neu ist seine Ausnutzung in den beschriebenen Behältnissen, die dadurch ermöglicht wird, daß erfindungsgemäß ein Überströmraum mit großer Wärmeübergangsfläche zur Behälterinnenwand geschaffen wird.Technically, this phenomenon is not new; its use is new in the containers described, which is made possible by the fact that according to the invention a Overflow space with a large heat transfer area to the inner wall of the container is created.

Die Kiihlung durch die Konvektionsströme ist wesentlich effizienter als die über die Mechanismen der Wärmeleitung und der Wärmestrahlung im Gas, so daß sich bei Anwendung der Erfindung bei gleichen Maximaltemperaturen Lagergut mit erheblich höherer Nachzerfall swärmeprodukt ion im Behältnis befinden darf, als es der Stand der Technik heute erlaubt.The cooling by the convection currents is much more efficient than the one about the mechanisms of heat conduction and heat radiation in the gas, so that when using the invention at the same maximum temperatures stored goods with significantly higher post-decay heat production may be in the container than State-of-the-art technology allows it today.

Der wirtschaftliche Gewinn dieser Lösung ist damit gegeben, daß radioaktive Stoffe mit Nachzerfallswärmeproduktion bereits zu einem früheren Zeitpunkt im Behältnis eingesetzt werden können, und damit andere evtl. aufwendigere Lagerungen eingespart werden.The economic gain of this solution is given by the fact that radioactive Substances with decay heat production already in the container at an earlier point in time can be used, and thus save other possibly more complex storage will.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Bild 1 dargestellt: Es handelt sich um den Brennelement Transportbehälter CASTOR, der zum Transport und zur Lagerung abgebrannter Brennelementen aus Kernkraftwerken in Deutschland verwendet werden soll.An embodiment of the invention is shown in Figure 1: It is the fuel assembly transport cask CASTOR, which is used for transport and used for the storage of spent fuel elements from nuclear power plants in Germany shall be.

Die linke Seite des Bildes (vorher) zeigt eine heutige Ausführung. Man sieht den dickwandigen aussen berippten Behälter, der an beiden Seiten mit aufsteckbaren Stoßdämpfern versehen ist, und oben einen aufschraubbaren Deckel besitzt.The left side of the picture (before) shows a current version. You can see the thick-walled, externally ribbed container, which can be attached on both sides Is provided with shock absorbers, and has a screw-on lid at the top.

Das Innere ist - zumindest in achsialer Richtung -voll ständig ausgefüllt mit nebeneinanderstehenden Brenn elementen.The interior is completely filled - at least in the axial direction with adjacent fuel elements.

Aus Gründen der Neutronenabschirmung sind zwischen den Brennelementen Bleche angebracht, zwischen denen sich der für die Konvektion erforderliche Spalt befindet.For reasons of neutron shielding, there are between the fuel assemblies Plates attached, between which the gap required for convection is is located.

Die sich einztellende Konvektionsatrömung kann jedoch nicht effizient sein, da eine geeignete Wärmesenke fehlt: die Wärmeübergangsfläche an der Behälterinnenwand beträgt nur Spaltweite . Behältcrhöhe, ist also zu klein, um wirksam zu werden.However, the convection flow that is established cannot be efficient be there a suitable heat sink missing: the heat transfer surface on the inside wall of the container is only a gap width. Container height, so it is too small, to take effect.

Die rechte Seite des Bildes (nachher) zeigt den selben Behälter in verbesserter Ausführung: Das heiße Gas kann durch die Spalte nach oben strömen und findet dort ausreichenden Kontakt zur kalten Behälterinnenwand.The right side of the picture (after) shows the same container in Improved design: The hot gas can flow up through the gap and there is sufficient contact with the cold inner wall of the container.

Eine Arretierung über den Brennelementen verhindert, daß diese durch Relativbewegungen zueinander und zum Behälter beim Transport mechanisch zerstört werden. LeerseiteA lock on the fuel assemblies prevents them from getting through Movements relative to each other and to the container mechanically destroyed during transport will. Blank page

Claims (1)

Patentanspruch: Geschlossenes Behältnis zur Aufnahme radioaktiver Stoffe mit Nachzerfallswärmeproduktion, insbesondere verwendbar zu Transport und Lagerzwecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfuhr eines großen Teiles der im Lagergut erzeugten Nachzerfallswärme an die Umgebung mittels natürlicher Konvektion über speziell gestaltete Spalte innerhalb des Lagerguts und über einen Überströmraum oberhalb des Lagerguts erfolgt.Claim: Closed container to hold radioactive Substances with decay heat production, especially useful for transport and Storage purposes, characterized in that the removal of a large part of the im Storage goods generated decay heat to the environment by means of natural convection via specially designed gaps within the stored goods and via an overflow space takes place above the stored goods.
DE19823207312 1982-03-01 1982-03-01 Closed container for accommodating radioactive materials Withdrawn DE3207312A1 (en)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004558A1 (en) * 1998-07-16 2000-01-27 British Nuclear Fuels Plc Fuel containment apparatus
WO2006030350A1 (en) * 2004-09-15 2006-03-23 Pebble Bed Modular Reactor (Proprietary) Limited Storage of nuclear fuel
CN103460300A (en) * 2011-04-18 2013-12-18 Tn国际公司 Thermally conductive element enabling an improvement in the manufacture of packaging for the transport and/or storage of radioactive material

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CN103460300B (en) * 2011-04-18 2016-01-20 Tn国际公司 For improvement of transport and/or the heat-conduction component of manufacture of packing case storing radioactive material

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