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Transport- und Abschirmbehälter für
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Kokillen mit hochradioaktivem Abfall
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Transport- und Abschirmbehälter für Kokillen
mit hochradioaktivem Abfall, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben ist.
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Radioaktive Abfälle, wie z.B. in Kokillen eingebrachte Glasschmelzen
mit radioaktiven Stoffen oder abgebrannte Brennelemente, sollen in einen Transportbehälter
eingebracht, transportiert und am Zielort, z.B. einem Zwischen-oder Endlager, ausgeschleust
und deponiert werden. Dabei ergeben sich folgende Forderungen: 1. Bei allen Arbeitsabläufen
muß eine Abschirmung gewährleistet sein, 2. das System soll in den Phasen des Be-
und Entladens automatisierbar sein, 3. das Be- und Entladen soll ohne Verwendung
einer Heißen-Zellen-Technologie sowie ohne Wasserabschirmung geschehen, 4. Störfälle
müssen zu bewältigen sein, ohne daß die Abschirmung ausfällt.
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Da bisher hochradioaktiver Abfall noch nicht im routinemäßigen Betrieb
eingelagert worden ist, sind auch noch keine Transportgebinde bzw. -behälter bekannt
geworden, die all diesen Anforderungen genügen.
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Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, einen Transport- und
Abschirmbehälter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der für den Einsatz
in dem o.g.
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System optimal geeignet ist und die genannten Anforderungen erfüllt.
Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, daß unter allen Betriebsbedingungen die
Abschirmung optimal gewährleistet ist, und daß äußere Einwirkungen das Verschlußsystem
hinsichtlich seiner Abschirmwirkung und seiner Funktionsfähigkeit möglichst nicht
beeinträchtigen können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung bei
einem Behälter der eingangs beschriebenen Art die erfinderischen Merkmale vor, die
im Kennzeichen der Patentansprüche angeführt sind.
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Ein in dieser Art ausgebildeter Behälter erfüllt nun in optimaler
Weise die oben beschriebene Aufgabenstellung.
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Besonders günstig ist dabei, daß die Verschlüsse des Transportbehälters
auch im geöffneten Zustand vom Behältersysem vollkommen umschlossen werden, so daß
äußere Einwirkungen das Verschlußsystem des Behälters kaum beeinträchtigen können.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der
Figuren 1 bis 6 näher erläutert, wobei die Positionsnummern in den Figuren 1 bis
4 für alle Figuren gelten und der Behälter in Figur 5 getrennt von der Belademaschine
dargestellt ist. Die Figur 6 zeigt dabei einen Detailschnitt entlang der Linie AB
der Figur 5.
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Den Behälter 3, dessen Entladung später anhand der Figuren 1 bis 4
beschrieben wird, zeigt die Figur 5 in einem Längsschnitt.
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Die Gestalt des Transportbehälters 3 wird bestimmt durch die zu transportierende
Kokille 1, ihrer Abschirmung und die Schleusöffnungen. Die Kokille 1 steht im Transportzustand
in einem, in der Mittelachse 18 des Behälters verlaufenden Kanal 46. Der Abschirmkörper
45 des Behälters 3 besteht aus konzentrisch angeordneten Abschirmschichten und am
Außenrand gelegenen Kühlrippen, zwischençdenen zur Neutronenabschirmung Segmente
aus boriertem Polyäthylen eingesetzt sind. Die Segmente werden durch zwei konische
Ringe 59 fixiert, die durch Schrauben über geteilte, in Nuten des Behälterkörpers
geschraubte Ringe 60 angedrückt werden.
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An die beiden Stirnseiten des Behälters 3 sind das obere Endstück
bzw. Walzenschiebergehäuse 47 und das untere 32 angesetzt, welche die Verschlüsse
7 und 8 des Kanales 46 enthalten. Dieser Kanal 46 durchdringt den Behälter 3 zentrisch
von oben nach unten in seiner ganzen Länge.
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In den beiden Endstücken bzw. Walzenschiebergehäusen 47, 32 sind gleich
ausgebildete Drehkörper 49 und 50 um eine Achse 48 drehbar gelagert, die senkrecht
zur Behälterlängsachse 18 steht. Die Drehkörper 49, 50 sind in etwa scheibenförmig,
wobei ihre Dicke bzw. ihre Höhe (horizontal gesehen) größer als der Durchmesser
des Aufnahmekanales 46 ist. Quer durch die Mitte (vom Umfang her gesehen) ist eine
Bohrung 51 bzw. 52 durch den Drehkörper gebracht, deren Durchmesser dem des Kanales
46 entspricht und der bei entsprechender Stellung des Drehkörpers 49
und
50 die Fortsetzung des Kanales 4-6 aus dem Behälter 3 bildet. Der Durchmesser und
das Material der Drehkörper 49 und 50 sind so bemessen, daß trotz der Schwächung
durch die Bohrungen 51 und 52 in geschlossenem Zustand die nötige Abschirmwirkung
wie die des Abschirmkörpers 45 erreicht ist.
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An den Stirnseiten des Drehkörpers 49 und 50 sind mittig Wellenstümpfe
53 und 54 mit zugehörigen Achsen 33 und 34 zur Lagerung angesetzt, die jeweils in
ein Kupplungsprofil 55 münden. Diese liegen so in der Achse 48, daß das Kupplungsprofil
55 mit der Behälteraußenfläche gerade bündig ist.
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Aus Fertigungsgründen sind die Endstücke bzw. Walzenschiebergehäuse
47, 32 geteilt. Sie werden durch- jeweils zwei Ringe zu einer Einheit zusammengehalten,
die mit einem Gewinde in den Grundkörper 45 eingeschraubt wird.
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Für jeden Verschluß 7 und 8 liegen somit je zwei Profile 55 zum Betätigen
der Drehkörper 49, 50 an der Außenseite.
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Die Achsen 33, 34 mit darüber montieren Abschirmbüchsen 61 dienen
auch als Sicherung der Walzenschiebergehause 32, 47 gegen Herausdrehen. Die Walzenschieber
7, 8 sind in der geschlossenen Stellung durch je zwei gefederte Stifte 57 gegen
Verdrehen gesichert, wobei die zylindrische Form des Bolzens in einer entsprechenden
Ausfräsung 56 der Wellenstümpfe 53, 54 liegt. An der Be- und Entladestation drückt
ein externer Bolzen die Stifte 57 so
weit in den Behälter, daß
eine Eindrehung 58 des Stiftes auf die Höhe der Drehkörpermitte 48 kommt und die
Walzenschieber 7 und 8 zur Drehung freigibt. Zur Anbringung von Störfallzusatzabschirmungen
werden an der Oberseite des Behälters Gewindelöcher vorgesehen, an der Unterseite
kreisförmige T-Nuten 62. Aus Symmetriegründen befinden sich Gewindelöcher und Nuten
auf beiden Behälterseiten gleichmäßig.
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Die Figuren 1 bis 4 zeigen die Belademaschine in ihren verschiedenen
Funktionen mit einem Transportbehälter 3 für mit in Glas eingeschmolzenen hochradioaktiven
Abfällen gefüllten Kokillen 1, die in eine Bohrung 2 abgesenkt werden sollen. Die
Bohrung 2 führt zu einer nicht näher beschriebenen Lagerstätte. Der Behälter 3 befindet
sich bereits in seiner Entladeposition, d.h. er ist auf die Bohrung 2 gesetzt und
die Belademaschine über den Behälter 3 gefahren.
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Die Figuren 1 und 4 zeigen dabei die den Behälter ver- -schließenden
Walzenschieber 7 und 8 in geschlossener Stellung (Anlieferungsstellung), die Figuren
2 und 3 in geöffneter Position (Be- bzw. Entladestellung).
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In der Belademaschine sind alle für den Einlagerungsvorgang nötigen
Funktionen zu einer Einheit integriert: Das nicht näher dargestellte Fahr- und Hubwerk
der Belademaschine, die Abschirmung, die Antriebe der Walzenschieber, das Depot
des Kokillengreifers in Ruhestellung, die Mechanik zum Ablassen und Heben des Kokillengreifers
(Winde) und Einrichtungen zur Behebung diverser Störfälle.
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Nachdem der Transportbehälter 3 zum Ein- und Ausschleusen der Kokille
1 mit Hilfe eines Transportbehältergreifers auf den Bodenschieber 9 gesetzt wurde,
fährt die Belademaschine an bzw. über den Transportbehälter 3. Dabei ist sie von
ihrem Fahrwerk durch eine Hubeinrichtung abgehoben, da am Oberteil 10 die Abschirmung
11 den Transportbehälter 3 in Betriebstellung überlappt. Am Transportbehälter
angekommen
wird die ganze Belademaschine wieder abgesenkt (nicht mehr dargestellt). Im geschlossenen
Zustand des Behälters 3 ist die Kokille 1 durch die Behälterwand ausreichend abgeschirmt.
Bei geöffnetem oberen Walzenschieber 7 des Behälters 3 übernimmt das Oberteil 10
der Belademaschine die Abschirmung. Es ist als massiver Gußkörper ausgebildet, der
nur die Hohlräume 12, 13 und 14 für den Betriebsgreifer 4 der Kokille und für einen
Teil der für seine Betätigung erforderlichen Mechanik enthält. Um eine Spaltstrahlung
zu vermeiden, ist die Abschirmung des Transportbehälteroberteiles 10 in Form einer
hutförmigen Überlappung 11 ausgebildet. Der Hohlraum 14 ist zur Aufnahme einer Zusatzabschirmung
15 vorgesehen.
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Über dem Hohlraum 12, der den Betriebsgreifer 4 in einer Art "Parkstellung"
in sich aufnimmt, sitzt eine verschiebbare Büchse 16, die zu der mechanischen öffnung
des Greifers 4 dient. Diese Büchse 16 wird durch ein handbetätigtes Ritzel 28 verschoben,
wobei die einschraubbaren Bolzen 29 zur mechanischen öffnung des Betriebs- oder
des Störfallgreifers dienen.
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Wie bereits erwähnt, ist in dem Hohlraum 13 ein Teil der Hubmechanik
des Greifers 4 angeordnet. Im oberen Teil des Hohlraumes 13 sind zwei Umlenkrollen
17 vorhanden, über welche das Seil 5 innerhalb der Abschirmung um 1800 umgelenkt
und in die Transportbehälterachse 18 geführt wird.
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Diese fluchtet mit der Bohrung 2, so daß das Seil 5 mit dem daran
nach unten hängenden Greifer 4 durch den Behälter 3 hindurch mit daran hängender
Kokille 1 abgelassen werden kann.
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An der dieser Achse abgewendeten Seite des Oberteiles 10 ist innerhalb
der Abschirmung das Seil 5 nach unten geführt, wo es durch das im Unterteil 19 der
Belademaschine seitlich neben dem eingesetzten Behälter 3 in der Kammer 37 angeordnete
Hebezeug 6 hochgezogen bzw. abgelassen werden kann.
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Diesen vertikalen Bewegungsvorgang des Einlagerns und evtl.
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Rückholens der Kokille 1 durch das Hebezeug 6 übernimmt zusammen mit
dem Kokillengreifer 4 die in der Belademaschine integrierte Winde 20 mit der Trommel
21, angetrieben durch einen Motor 22, auf der das Seil 5 in der für die maximale
Einlagerungstiefe benötigten Länge aufgewickelt ist. Es trägt nicht nur den Kokillenbetriebsgreifer
4, je nach Arbeitsphase mit anhängender Kokille 1, sondern beinhaltet auch gegeneinander
isolierte elektrische Leiter zur Betätigung des Kokillengreifers.
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Um die Seilbelastung anzeigen zu können, ist die Trommel 21 einschließlich
Motor 22 um ihren Drehpunkt 23 drehbar gelagert. Über einen Hebel 25 und eine Zugfeder
24 wird das Drehmoment der Trommel 21 aufgenommen. Ein Linearpotentiometer 26 erfaßt
die Auslenkung und damit die Seilbelastung. Feder und Potentiometer können auch
durch eine Druckmeßdose ersetzt werden. Der Längenausgleich der Seilabwicklung in
Trommelachsrichtung kann entweder durch eine in dieser Richtung wandernde Trommel
oder durch einen Arm im Oberteil der Belademaschine geschehen, in dem die Umlenkscheiben
gelagert sind und der um die Transportbehälterachse schwenkt (nicht dargestellt).
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Unterteil 19 der Belademaschine ist ebenfalls als Abschirmkörper mit
einseitig dicker Wandung 44 ausgebildet. Er nimmt den Antrieb des Hebezeuges 6 und
den Behälter 3 in sich auf. Auf seiner oberen Zwischenwand 37 ist das Belademaschinenoberteil
10 seitlich verschiebbar gelagert, wobei das Seil 5 durch einen Schlitz in der Zwischenwand
27 geführt ist, um seine horizontale Auslenkung zu ermöglichen.
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In der Oberplatte 30 des Bodenschiebers 9, über den die Belademaschine
gefahren wird, ist ein Drehteller 31 zentrisch in der Achse 18 gelagert, der das
Behälterunterteil 32 in sich aufnimmt. Ist nun der Behälter 3 auf dem Drehteller
31 des Bodenschiebers 9 soweit orientiert, daß die Achsen 33 und 34 seiner Walzenschieber
7 und 8 mit denen der Antriebseinheiten 35 und 36 in der seitlichen Kammer 37 der
Belademaschine fluchten, werden die Kupplungsnüsse 38 durch Magneten 39 vorgeschoben.
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Beim Einlagerungsvorgang wird zunächst der obere Walzenschieber 7
durch eine 9O0-Drehung geöffnet, nachdem ein aus der Belademaschine herunterfahrender
Stift (nicht dargestellt) seinen Verriegelungsbolzen heruntergedrückt hat. Wenn
der Kokillengreifer 4 bis auf die Kokille 1 heruntergefahren ist, sie gefaßt und
vom unteren Walzenschieber 8 abgehoben hat, kann auch der untere Walzenschieber
8 geöffnet werden, nachdem' ein aus dem Bodenschieber hochfahrender Stift dessen
Verriegelungsbolzen angehoben hat (nicht dargestellt),
Die Antriebsmotoren
35 und 36 für die Walzenschieber 7 und 8 besitzen je ein zweites Wellenende 41,
mit dem die Schieber 7, 8 bei Ausfall der Motoren 35, 36 von Hand gedreht werden
können. Auch die Trommel 21 des Seiles 5 kann von Hand über einen Schneckenantrieb
42 gedreht werden, wenn durch eine Wechselkupplung der Motorantrieb aus- und der
Handantrieb angeschaltet wird.
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Es ist auch möglich, die Motoren der Antriebe 35 und 36 unmittelbar
über die zweiten Wellenenden 41 zu drehen.
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Der Beladevorgang erfolgt nun wie folgt: a) Der Behälter 3 ist auf
die Bohrung 2 gesetzt, die Belademaschine steht fertig darüber. Die Walzenschieber
7 und 8 sind noch geschlossen, der Greifer 4 befindet sich in Parkstellung, die
Walzenschieber 43 des Bodendrehschiebers 9 sind ebenfalls noch geschlossen (Figur
1).
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b) Die nach öffnen der Schieber 7, 9 und 43 mit dem Betriebsgreifer
4 gefaßte Kokille wird mittels des Hebezeuges 6 in die Bohrung 2 abgesenkt (Figur
2) und am Grund der Lagerstätte durch Öffnen des Greifers 4 abgesetzt.
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c) Der leere Greifer wird bei geöffnetem Schieber 7, 8 und 43 durch
den Behälter 3 wieder hochgezogen (Figur 3).
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d) der Greifer 4 befindet sich danach wieder in seiner Parkstellung
im Hohlraum 12, die Walzenschieber 7, 8 und 43 werden geschlossen, der Behälter
3 kann nach Hochfahren des Belademaschinenoberteiles 10 wieder wegtransportiert
werden.
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Bezugszeichenliste: 1 Kokille 2 Bohrung 3 Transportbehälter 4 Betriebsgreifer
5 Seil bzw. Tragkabel 6 Hebezeug 7 Walzenschieber 8 Walzenschieber 9 Bodenschieber
10 Belademaschinenoberteil 11 Überlappung 12 Hohlraum für Greifer 13 Hohlraum für
Mechanik 14 Hohlraum für Zusatzabschirmung 15 Zusatzabschirmung 16 Büchse 17 Umlenkrollen
18 Behälterachse 19 Unterteil 20 Winde 21 Trommel 22 Motor 23 Drehpunkt 24 Zugfeder
25 Hebel 26 Potentiometer 27 Zwischenwand 28 Ritzel 29 Bolzen 30 Oberplatte 31 Drehteller
32 Behälterunterteil 33 Achse 34 Achse 35 Antrieb 36 Antrieb 37 seitliche Kammer
38 Nüsse 39 Magnete 40 Antriebswellen 41 Wellenende 42 Schneckenantrieb 43 Walzenschieber
44 seitliche Abschirmwand 45 Abschirmkörper 46 Aufnahmekanal 47 oberes Endstück
bzw. Walzenschiebergehäuse 48 Achse 49 Drehkörper 50 Drehkörper 51 Bohrung 52 Bohrung
53 Wellenstumpf 54 Wellenstumpf 55 Kuppclprofil 56 Aufrä'sung 57 Stift 58 Eindrehung
59 konischer Ring 60 Ring 61 Abschirmbüchse 62 T-Nuten