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Verfahren und Behältersystem zum Oberführen bzw.
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Transportieren von Brennelementen aus einem Kernkraftwerk zu einer
Lagerstätte Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Behältersystem zum Oberführen
bzw. Transportieren von Brennelementen aus einem Kernkraftwerk zu einer Lagerstätte,
wobei die Brennelemente im Kernkraftwerk unter Wasser in einen deckelseitig geöffneten
Transportbehälter eingesetzt und dann nach dem Schließen des Deckels in diesem zur
Lagerstätte transportiert werden, wo sie in einem Lagerbehälter abgestellt werden.
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Auch in abgebranntem Zustand geben die Brennelemente eines Reaktors
radioaktive Strahlung in einem für die Umwelt lebensgefährlichen Ausmaß ab, so daß
bei ihrer Entnahme aus dem Reaktor, ihrem Transport zu einer Lagerstätte, z.B.
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ein Zwischenlager, wo die Brennelemente bis zu ihrer Wiederaufbereitung
gelagert werden, sowie bei ihrer Lagerung strenge Sicherheitsvorschriften zu beachten
sind.
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Es sind deshalb spezielle Behälter entwickelt worden, in die die Brennelemente
im Wasserbecken des Kernkraftwerks eingebracht werden, wonach man sie im gleichen
Behälter transportiert und an der Lagerstätte aufstellt. Insbesondere wegen der
Transportfunktion - für den Transport von Brennelementen gelten besonders strenge
Bestimmungen - sind diese Behälter sehr teuer in der Herstellung. Dies fällt vor
allem deshalb besonders ins Gewicht, da die Behälter über viele Jahre hinweg im
Zwischenlager verbleiben, so daß sie praktisch nur für einen einmaligen Gebrauch
zur Verfügung stehen. Man könnte zwar daran denken, die Brennelemente an der Lagerstätte
aus dem speziell für den Transport ausgelegten Behälter zu entnehmen und in einen
zu Lagerzwecken dienenden anderen Behälter umzuladen. Hierzu müßte an der Lagerstätte
jedoch eine sogenannte heiße Zelle mit allen erforderlichen Sicherheitseinrichtungen
geschaffen werden, die ein gefahrloses Umladen ermöglichen würde. Der Aufwand hierfür
wäre enorm.
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Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren bzw. ein Behältersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem
der Transportbehälter lediglich zum Transport benötigt wird, so daß er aufeinanderfolgend
für den Transport beliebig vieler Chargen zur Verfügung steht, ohne daß an der Lagerstätte
aufwendige Sicherheitseinrichtungen gegen ein Freiwerden von Strahlung geschaffen
werden müssen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man
im
Kernkraftwerk entweder einen deckelseitig geöffneten Innenbehälter, dessen Boden
und Deckel von solchem Material und solchen Abmessungen sind, daß sie die radioaktive
Strahlung auf ein zulässiges Maß herabsetzen, in den Transportbehälter einsetzt
und sodann die Brennelemente in den Innenbehälter einbringt oder den Innenbehälter
abseits des Transportbehälters mit den Brennelementen befüllt und den gefüllten
Innenbehälter dann in den Transportbehälter einsetzt, wonach man den Innenbehälter
und den Transportbehälter deckelseitig verschließt und diese Einheit zur Lagerstätte
verbringt, wo man einen gesonderten Lagerbehälter mit geöffnetem Deckel bereitstellt,
den Boden des.Transportbehälters öffnet und den bodenseitig geöffneten Transportbehälter
zusammen mit dem Innenbehälter über den Lagerbehälter hebt oder oberhalb des Lagerbehälters
abstellt, wonach man den Innenbehälter in den Lagerbehälter absenkt, den Transportbehälter
wegfährt und den Deckel des Lagerbehälters verschließt, der dann an seinen Aufstellort
gebracht wird.
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Das erfindungsgemäße Behältersystem ist dadurch gekennzeichnet, daß
drei verschiedene Behälterarten vorhanden sind, nämlich ein die Brennelemente während
des Transports und der Lagerung aufnehmender Innenbehälter, dessen Boden und lösbar
am Behältermantel befestigter Deckel aus solchem Material bestehen und solche Abmessungen
besitzen, daß sie die von den Brennelementen ausgehende radioaktive Strahlung auf
ein zulässiges Maß absorbieren bzw. abschirmen, ein größere Abmessungen als der
Innenbehälter aufweisender und
diesen während des Transports aufnehmender
Transportbehälter mit öffenbarem Deckel und öffenbarem Boden sowie mit einem die
radioaktive Strahlung auf das zulässige Maß herabsetzenden Behältermantel und ein
ebenfalls größere Abmessungen als der Innenbehälter besitzender und diesen während
der Lagerung aufnehmender Lagerbehälter mit einem lösbar befestigten Deckel, dessen
Behältermantel ebenfalls so bemaßt und ausgebildet ist, daß die radioaktive Strahlung
absorbiert bzw.
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abgeschirmt wird.
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Die Brennelemente verbleiben also von Beginn an, d. h. von ihrer Entfernung
aus dem Wasserbecken des Kernkraftwerks an, während des Transports und während ihrer
Lagerung an anderer Stelle ununterbrochen im Innenbehälter, der zum Transport in
den Transportbehälter eingesetzt und an der Lagerstätte aus dem Transportbehälter
in den gesonderten Lagerbehälter umgesetzt wird. Dieses Umsetzen ist wegen der die
Strahlung absorbierenden Boden- und Deckel ausbildung des Innenbehälters problemlos.
Denn beim Absenken des Innenbehälters aus dem Transportbehälter in den Lagerbehälter
sind zwar der Boden des Transportbehälters und der Deckel des Lagerbehälters geöffnet,
der Boden und der Deckel des Innenbehälters lassen hierbei jedoch die Strahlung
nicht nach außen dringen.
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Die seitliche Abschirmung beim Absenken wird durch den Mantel des
Transportbehälters und den unmittelbar darunter befindlichen Mantel des Lagerbehälters
sichergestellt. Anschließend steht der Transportbehälter sofort wieder zur Verfügung.
Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise der Bau einer Umladestation mit einer heißen
Zelle usw. entfällt.
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Der Lagerbehälter ist wegen der unterschiedlichen Sicherheitsbestimmungen
weitaus billiger als der Transportbehälter, so daß sich insgesamt eine große Kostenersparnis
ergibt. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß man bei der Bemaßung und Ausbildung
der Deckel und Böden des Transportbehälters und des Lagerbehälters die Abschirmung
der radioaktiven Strahlen nicht berücksichtigen muß, da an diesen Stellen die Abschirmung
ja vom Innenbehälter übernommen wird. Somit ergeben sich auch vereinfachte Transport-
und Lagerbehälter. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß man nach Abklingen der
radioaktiven Strahlung an der Lagerstätte den Innenbehälter aus dem Lagerbehälter
entnehmen und allein aufstellen kann, so daß der Lagerbehälter für einen mit noch
heißen Brennelementen gefüllten Innenbehälter zur Verfügung steht.
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Ein AusfLihrungsbeispiel der Erfindung sowie zweckmäßige Ausgestaltungen
werden nun anhand der Zeichnung beschrieben.
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Es zeigen: Fig. la bis 1f den zeitlichen Ablauf des Wegbringens der
Brennelemente aus dem Kernkraftwerk und des Umsetzens des Innenbehälters aus dem
Transportbehälter in den Lagerbehälter, jeweils in schematischer Darstellung, Fig.
2 den Längsschnitt eines Innenbehälters, Fig. 3 den Innenbehälter nach Fig. 2 in
Draufsicht,
Fig. 4 einen Transportbehälter im Längsschnitt, Fig.
5 den Längsschnitt einer von einem Transportbehälter und einem in diesen eingesetzten
Innenbehälter gebildeten Einheit und Fig. 6 einen Lagerbehälter ebenfalls im Längsschnitt.
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Zunächst soll anhand der Fig. 1 der mit dem erfindungsgemäßen Behältersystem
ermöglichte Verfahrensablauf geschildert werden. Fig. la zeigt ein Wasserbecken
1 in einem Kernkraftwerk, in dem die abgebrannten Brennelemente bis zu ihrem Abtransport
gelagert werden bzw. in dem die Behälterbeladung erfolgt. In dem Wasserbecken 1
steht ein Transportbehälter 2, dessen Deckel zu diesem Zeitpunkt abgenommen ist.
Der Boden 3, der ebenfalls entfernt werden kann, ist hier jedoch geschlossen und
am Behältermantel 4 des Transportbehälters 2 befestigt. In den Transportbehälter
2 ist von oben her ein Innenbehälter 5 eingesetzt, der deckelseitig ebenfalls geöffnet
ist. In diesen Innenbehälter 5 bringt man nun auf übliche Weise die Brennelemente
6 unter Wasser von oben her ein, so daß sich die Anordnung gemäß Fig. la ergibt.
Man kann auch so vorgehen, daß man den Innenbehälter 5 abseits des Transportbehälters
2 mit den Brennelementen 6 befüllt und den gefüllten Innenbehälter 5 sodann in den
Transportbehälter 2 einsetzt. Anschließend verschließt man den Innenbehälter 5 und
den Transportbehälter 2 deckelseitig mittels des Deckels 7 bzw. 8 (Fig. lb) und
entnimmt diese Einheit aus dem Wasserbecken 1. Hierzu kann der Transportbehälter
2
mit einer Aufhänge-Einrichtung zum Ansetzen eines Flaschenzugs
oder eines anderen Hebezeugs versehen sein oder das Hochheben der Einheit kann mit
Hilfe einer am Deckel 7 des Innenbehälters 5 befestigten Aufhänge-Einrichtung 9
erfolgen, die durch den Deckel 8 des Transportbehälters 2 nach oben vorsteht. Das
in den Behältern zurückgebliebene Wasser wird dann auf übliche Weise abgelassen,
wonach noch eine Trocknung erfolgen kann.
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Hierauf wird die geschilderte Behälteranordnung zur Lagerstätte mittels
eines Fahrzeugs transportiert. Dieser Transport erfolgt, wie Fig. 1c zeigt, liegend.
An der Lagerstätte stellt man einen gesonderten Lagerbehälter 10 mit geöffnetem
Deckel bereit, wie aus Fig. 1d hervorgeht Dabei ist es zweckmäßig, den Lagerbehälter
10 in einer Grube 11 im Erdboden 12 aufzustellen. Man kann den Lagerbehälter 10
selbstverständlich auch auf den Erdboden oder eine andere Unterlage setzen, was
jedoch ein weiteres Hochheben der von dem Transportbehälter 2 und dem Innenbehälter
5-gebildeten Einheit beim anschließenden Umladen des Innenbehälters in den Lagerbehälter
erfordert. Nun wird der Boden 3 des Transportbehälters 2 entfernt und der Transportbehälter
2 zusammen mit dem Innenbehälter 5 über den Lagerbehälter 10 gehoben oder oberhalb
des Lagerbehälters abgestellt, wobei, wenn der Transportbehälter und der Lagerbehälter
gleichen Durchmesser besitzen, der Mantel 4 des Transportbehälters stirnseitig auf
den Mantel 13 des Lagerbehälters 10 aufgesetzt werden kann. Das Lockern der den
Boden 3 des Transportbehälters haltenden Befestigungsschrauben bzw. die Entfernung
des
Transportbehälterbodens kann auch bereits vor dem Hochstellen der Behälteranordnung
in der liegenden Ankunftsstellung (Fig. 1c) erfolgen. Sodann senkt man den Innenbehälter
5 mittels eines Hebezeugs und der Aufhänge-Einrichtung 9 in Richtung gemäß Pfeil
14 in den Lagerbehälter 10 ab.
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Hierzu kann man entweder den Deckel 8 des Transportbehälters abnehmen
oder der Deckel 8 kann an der der Aufhänge-Einrichtung 9 gegenüberliegenden Stelle
einen Durchtritt für die Aufhänge-Einrichtung bzw. das Hebezeug besitzen.
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Die abgesenkte Stellung des Innenbehälters 5 zeigt Fig. le.
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Von diesem Zeitpunkt an wird der Transportbehälter 2 nicht mehr benötigt,
so daß er für einen weiteren Transport zur Verfügung steht. Schließlich wird noch
der Deckel 15 des Lagerbehälters 10 verschlossen und dieser zusammen mit dem in
ihm enthaltenen Innenbehälter an den gewünschten Aufstellort gebra-cht. Zum Hochheben
des Lagerbehälters 10 kann dieser ebenfalls eine Aufhänge-Einrichtung aufweisen,
wobei auch ein deckelseitiger Durchtritt für die Aufhänge-Einrichtung 9 des Innenbehälters
möglich ist.
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Der Deckel 7 und der fest am Mantel 16 sitzende Boden 17 des Innenbehälters
besitzen solche Abmessungen und bestehen aus einem derartigen Material daß sie die
radioaktive Strahlung, die von den Brennelementen 6 ausgeht, absorbieren und auf
ein zulässiges Maß herabsetzen. Dies ist in Fig. 1 durch eine dickere Linienführung
für den Deckel 7 und den Boden 17 veranschaulicht. Der Boden 3 des Transportbehälters
kann deshalb zum Umladen des Innenbehälters 5 in den
Lagerbehälter
10 gefahrlos geöffnet werden. Auch beim Verfahrensschritt gemäß Fig. le, wenn der
Transportbehälter weggebracht ist und die Oberseite des Innenbehälters freiliegt,
ist eine Strahlenschädigung nicht zu befürchten,und der Deckel des Lagerbehälters
kann ohne Gefahr aufgesetzt werden. Die seitliche Abschirmung'übernimmt bei jedem
Verfahrensschritt der Behältermantel d-es Transportbehälters bzw. des Lagerbehälters,
die in Fig. 1 ebenfalls entsprechend dick eingezeichnet sind.
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Insgesamt sind also drei verschiedene Behälterarten vorhanden, nämlich
der die Brennelemente während des Transports und der Lagerung aufnehmende Innenbehälter
5, dessen Boden 17 und dessen lösbar am Behältermantel 16 befestigter Deckel 7 aus
solchem Material bestehen und solche Abmessungen besitzen, daß sie die von den Brennelementen
ausgehende radioaktive Strahlung auf ein zulässiges Maß arsorbieren bzw. abschirmen,
ein größere Abmessungen als der Innenbehälter 5 aufweisender und diesen während
des Transportsaufnehmender Transportbehälter 2 mit öffenbarem Deckel 8 und öffenbarem
Boden 3 sowie mit einem die radioaktive Strahlung auf das zulässige Maß herabsetzenden
Behältermantel 4 und ein ebenfalls größere Abmessungen als der Innenbehälter 5 besitzender
und diesen während der Lagerung aufnehmender Lagerbehälter 10 mit einem lösbar befestigten
Deckel 15, dessen Behältermantel 13 ebenfalls so bemaßt und ausgebildet ist, daß
die radioaktive Strahlung absorbiert bzw. abgeschirmt wird.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen den Innenbehälter 5 in gesonderter
Darstellung.
Dieser Innenbehälter besteht im wesentlichen aus Stahl, wobei ein Aufnahmeraum 20
für die Brennelemente seitlich vom Behältermantel 16 umschlossen und stirnseitig
vom Deckel 7 bzw. Boden 17 abgeschlossen ist. Der Boden 17 ist beim Ausführungsbeispiel
mit dem Mantel 16 verschweißt und kann aus mehreren übereinander angeordneten Bodenplatten
21, 22, 23 bestehen. Ebenfalls aus übereinander angeordneten Platten 24, 25, 26
besteht beim Ausführungsbeispiel der Deckel 7, dessen Dicke wie die Dicke des Bodens
17 eine Strahlenabschirmung gewährleistet. Der Deckel 7 bzw. dessen Deckenplatten
24, 25, 26 sind mittels strichpunktiert angedeuteten Schrauben am Behältermantel
16 befestigt, an dessen Innenseite ein Befestigungsring 27 angeschweißt ist, der
zum Aufsetzen der untersten Deckenplatte 24 und zum Einschrauben der diese und die
mittlere Deckenplatte 25 haltenden Schrauben dient. An der Oberseite des Innenbehälters
5, zweckmäßigerweise an dessen Deckel 7, ist die schon erwähnte, z. B. haken- oder
ösenförmige Aufhänge-Einrichtung 9, beim Ausführungsbeispiel in Gestalt eines Bügels,
zum Einhängen eines Hebezeugs befestigt. Beim Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen,
daß der Behältermantel 16 des Innenbehälters dünnwandiger als für die Strahlungsabsorption
erforderlich ist. Während des Transports und bei der Lagerung wird ja die seitliche
Strahlenabschirmung vom Behältermantel des Trnaportbehälters bzw. des Lagerbehälters
bewirkt. Dies bringt eine Materialersparnis mit sich. Zur weiteren Verbesserung
der Strahlungsabschirmung kennen der Boden 17 und/ oder der Deckel 7 und/oder der
Behältermantel 16 mit einer Neutronenschutzschicht z. B. aus Borcarbid beschichtet
sein.
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Stahl als Behältermaterial ergibt eine ausgezeichnete Festigkeit.
Auf die Außenseite des Mantels 16 des Innenbehälters 5 sind über den Umfang verteilt
in Längsrichtung verlaufende Kühlprofile 28 aufgesetzt, die oben und unten offen
sind und einen rohr- oder teilrohrförmigen Querschnitt besitzen, so daß sie jeweils
einen Luftkanal 29 bilden, in dem eine Kaminwirk-ung herrscht. Die unten eintretende
Außenluft erwärmt sich an der Außenseite des Behältermantels 16 und nimmt die hier
aus dem Innenbehälter austretende, von den Brennelementen herrührende Wärme nach
oben hin mit.
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Der in Fig. 4 in Einzeldarstellung gezeigte Transportbehälter besteht
im wesentlichen aus Stahl oder Gußmaterial.
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Die Wandstärke des Mantels 4 ist so bemessen, daß keine Strahlung
nach außen tritt. Demgegenüber können der Boden 3 und der Deckel 8 des Transportbehälters
2 dünnwandiger als für die Strahlungsabsorption erforderlich sein, da während des
Transports zwischen den Brennelementen und diesen Stellen des Transportbehälters
ja der Deckel bzw. der Boden des Innenbehälters angeordnet ist. Der Boden 3 und
der Deckel 8 bestehen beim Ausfuhrungsbeispiel jeweils aus zwei Platten, die an
den Behältermantel 4 angeschraubt sind (strichpunktiert angedeutet). Ein auf den
radial überstehenden Rand der unteren Bodenplatte aufgeschraubter Befestigungsring
30 umsch@@@@ßt den Behaltermantel 4 bodenseitig. Der Transportbehälter 2, beim Ausführungsbeispiel
dessen Mantel 4, besitzt ferner untere und obere Lüftungsöffnungen 31 bzw. 32, über
die Außenluft ein- bzw. austreten kann, die im Inneren Jes .ransportbehälters -
ist der Innenbehälter 5 eingesetzt -an
der Außenseite des Innenbehälters
vorbeistreicht und hier teilweise durch die Luftkanäle 29 strömt, so daß der Innenbehälter
gekühlt wird. Im Deckel 8 ist der schon erwähnte Durchtritt 33 für den Aufhängebügel
9 des Innenbehälters 5 vorhanden, der bei eingesetztem Innenbehälter über den Deckel
8 vorsteht, so daß diese Behältereinheit am Bügel 9 hochgehoben werden kann. Der
Durchtritt 33 kann während des Transports auch abgedeckt sein. Der Deckel kann jedoch
auch geschlossen ausgebildet sein, so daß die Aufhänge-Einrichtung des Innenbehälters
sich innerhalb des Transportbehälters befindet In diesem Falle kann man den Transportbehälter
2 mittels eines Hebezeugs an einer an der Außenseite des Mantels 4 befestigten Aufhänge-Einrichtung
34 ergreifen. Zu erwähnen ist außerdem noch, daß auch der Deckel 8 und der Boden
3 Uffnungen zum Durchströmen von Außenluft aufweisen können.Außerdem können sowohl
am Innenbehälter 5 als auch am Transportbehälter 2 nicht eingezeichnete Durchbrüche
zum Ablassen des in ihnen nach dem Herausheben aus dem Wasserbecken des Kernkraftwerks
enthaltenen Wassers angeordnet sein.
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In Fig. 5 ist die Transportsituation gezeigt, wenn also der Innenbehälter
5 in den Transportbehälter 2 eingesetzt ist. Im Hinblick auf die Beschreibung der
Figuren 3 und 4 ist die Fig. 5 aus sich heraus verständlich. Zusätzlich ist noch
zu erwähnen, daß bodenseitig und deckelseitig jeweils eine Stoßdämpferplatte 35,
36 zwischen dem Innenbehälter und dem Transportbehälter enthalten ist, so daß der
Innenbehälter stoßgedämpft gegen den Boden bzw. den
Deckel des
Transportbehälters gelagert ist.
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Im Falle des Lagerbehälters 10 (Fig. 6) handelt es sich beim Ausführungsbeispiel
ebenfalls um einen mit Bezug auf den Innenbehälter größeren Behälter, so daß der
Innenbehälter in ihm Platz findet. Die Abmessungen des Lagerbehälters 10 entsprechen
etwa denen des Transportbehälters 2. Der Lagerbehälter 10 besteht im wesentlichen
aus Beton oder betonartigem Material, wobei der Boden 37 des Lagerbehälters 10 fest
mit dem Behältermantel 13 verbunden sein kann. Der Deckel 15 ist, wie schon erwähnt,
lösbar mittels Schrauben am Behältermantel 13 befestigt und weist ebenfalls einen
z. B. verschließbaren Durchtritt 38 für die Aufhänge-Einrichtung 9 des Innenbehälters
auf (siehe auch Fig. If).
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Ebenfalls wie im Falle des Transportbehälters kann man jedoch gegebenenfalls
auch einen geschlossenen Deckel 15 verwenden. Zur Handhabung des Transportbehälters
und des in ihm sitzenden Innenbehälters kann man dann eine an der Außenseite des
Mantels 13 sitzende Aufhänge-Einrichtung 39 für ein Hebezeug benutzen. Auch hier
können der Boden 37 und der Deckel 15 dünnwandiger als für die Strahlungsabsorption
erforderlich sein. Um eine Kühlung des Innenbehälters während der Lagerung durch
Außenluft zu erhalten, besitzt auch der Transportbehälter 10 untere und obere Lüftungsöffnungen
40 bzw. 41, die den Lüftungsöffnungen 31 bzw. 32 des Transportbehälters entsprechen.
Beim Ausführungsbeispiel sind im Mantel 13 des Lagerbehälters 10 noch sich in Längsrichtung
erstreckende Konvektionskanäle 42 vorgesehen, die in die durchgehenden Lüftungsöffnungen
40, 41 münden und
zur Kühlung des Mantels 13 beitragen. Auf eine
gesonderte Darstellung der Lagersituation wurde verzichtet. Diese ergibt sich ohne
weiteres aus einer Kombination der Figuren 2 und 6.
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