DE3336580C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufpralldämpfer für Behälter zur Aufnahme von bestrahlten Kernbrennelementen, radioaktiven Stoffen und/oder gefährlichen chemischen Substanzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Aufpralldämpfer sind aus der veröffentlichten internationalen Patentanmeldung WO 81/00 642 bekannt.

Als Behälter für abgebrannte Brennelemente dienen Gefäße von vorzugsweise zylindrischer Gestalt, die aus Metall, vorzugs­ weise dickem Stahl, hergestellt sind, mindestens einen ver­ schraubten oder mittels Bolzen befestigten, abgedichteten Deckel haben und außen von einem Neutronenschirm umhüllt sind. Die internationale Atomenergiebehörde verlangt, solche Behäl­ ter einer Reihe von Prüfungen zu unterziehen. Dabei muß zum Beispiel der Behälter aus einer Höhe von 9 m auf eine nicht verformbare, horizontale Fläche fallen gelassen werden, er muß eine halbe Stunde lang einer Umgebungstemperatur von 800°C ausgesetzt werden, und er muß aus 1 m Höhe auf eine zylindri­ sche Stahlstange von 150 mm Durchmesser fallen gelassen werden.

Bekannte für Brennelementbehälter verwendete Aufpralldämpfer weisen zwei Arten von Merkmalen auf:

• a) Sie haben die Form von Rippen, die entweder am Behälter oder an einer abnehmbaren Stütze angeschweißt sind.
• b) Sie haben die Form von profiliertem Holz, meist Balsaholz, welches in entsprechender Hülle an beiden Enden des Behälters befestigt ist.

Diese Aufpralldämpfer haben folgende Nachteile:
Der Typ a hat nur geringe spezifische Verformbarkeit. Die ma­ ximale Verformung eines rippenartigen Aufpralldämpfers geht meistens nicht über 50% der Höhe der nicht verformten Rippen hinaus. Außerdem eignet er sich nicht zur Energieabsorption bei seitlichem Fallen. Meistens sind bei dieser Art von Auf­ pralldämpfung zusätzliche Energieaufnehmer, z. B. Umfangsrip­ pen vorgesehen, deren Aufgabe es ist, kinetische Energie des Behälters beim seitlichen Fallen zu absorbieren. Ferner ist die Energieabsorption bei dieser Art von Aufpralldämpfung kaum fortschreitend, und der Behälterdeckel ist starken Beanspru­ chungen beim Aufprall ausgesetzt. Die Energieaufnahme hängt stark vom Fallwinkel ab.

Auch ist der Behälterdeckel schlecht vor Wärmebeanspruchung bei dem von der internationalen Atomenergiebehörde verlangten Brandtest geschützt, und die Ventile sind nicht vor Manipula­ tion und/oder Sabotage gesichert.

Mit dem Aufpralldämpfer des Typs b, wie er beispielsweise aus der Druckschrift WO 81/00 642 bekannt ist, werden zwar einige der Nach­ teile der rippenartigen Aufpralldämpfer vermieden, aber er eignet sich nicht zur Energieaufnahme in seitlicher Richtung. Dies läßt sich nur durch eine komplizierte Formgebung der höl­ zernen Klötze erreichen, mit der die Maserung in Rich­ tung senkrecht zur Aufprallfläche ausgerichtet werden.

Ferner bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Beständigkeit und Gleichförmigkeit der Materialeigenschaften von Holz, die Schwankungen durch Beeinflussung von Umgebungsfaktoren, wie Temperatur, Feuchtigkeit usw. unterliegen.

Weiterhin ist es beispielsweise aus der DE-OS 30 25 795 bekannt, Brennelementbehälter mit einem eigentlichen Verschlußdeckel und einem weiteren Sicherheitsdeckel zu versehen und den Zwischen­ raum zwischen den verschiedenen Dichtungen mittels sog. "Schnüffelleitungen" zu überwachen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Aufpralldämpfer für einen Behälter zur Aufnahme von bestrahlten Kernbrennelementen, radioaktiven Stoffen und/oder gefährlichen chemischen Substanzen zu schaffen, der verbesserte Energieabsorptionseigenschaften, insbesondere bei seitlichem oder schrägem Aufprall, beinhaltet und gleichzeitig auch als dicht aufgebrachter Sicherheitsdeckel für den die gefährlichen Substanzen enthaltenden Behälter dient.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind aus den Unteransprüchen ersichtlich.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Gesamtanordnung aus Behälter und Aufpralldämpfer;

Fig. 2 eine Ansicht des am Behälter angebrachten Aufpralldämp­ fers, im Schnitt.

Wie die Figuren zeigen, ist der zwei konvexe Schalen 1 und 2 auf­ weisende Aufpralldämpfer am Behälter 13 mittels Klemmringen 9 befestigt. Die beiden Schalen 1 und 2 sind durch eine Umfangs­ schweißnaht 4 miteinander und mittels einer Umfangsschweiß­ naht 5 mit einem Vorsprung oder kegelstumpfförmigen Flansch 3 verbunden. Die Klemmringe 9 sind als Paar von Halbringen aus­ gebildet.

Zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter sind elastomere Dichtungsringe 10 und 11 wirksam. Der Behälter 13 selbst hat Deckeldichtungen 16 und ist außerdem mit Ventilen 15 versehen. Mit Gewinde versehene Elemente 6 und 7 ermöglichen eine Bewe­ gung des Aufpralldämpfers. Eine Öffnung 8 dient zur Druckbe­ aufschlagung bzw. Druckentlastung, während durch eine Öffnung 12 Leckverluste an den Dichtungsringen 10 und 11 vorbei über­ wacht werden. Die Anordnung ist mit einem Neutronenschirm 14 versehen.

An jedem Ende des Behälters 13 ist ein Aufpralldämpfer aus zwei konvexen Schalen vorgesehen, die aus einem ersten, offe­ nen, d. h. nicht geschlossenen Metallbauteil, nämlich der Scha­ le 1 und einem zweiten, ringförmigen Metallbauteil, nämlich der Schale 2 bestehen. Die konvexe Krümmung der Schalen kann gleich oder unterschiedlich sein. Das zweite, ringförmige Me­ tallbauteil ist längs seines größten Umfanges am offenen Me­ tallbauteil in einer der Öffnung entsprechenden Stellung ange­ schweißt, wobei der Durchmesser der Öffnung dem Durchmesser des größten Umfanges des ringförmigen Metallbauteils entspricht. Die Schale in Form des ringförmigen konvexen Metallbauteils ist an ihrem kleinsten Umfang an einem ringförmigen Verbin­ dungsstück angeschweißt, welches die Verbindung mit dem Be­ hälter 13 ermöglicht. In dem mit dem Behälter 13 in Berührung stehenden Endbereich ist das Verbindungsstück vorzugsweise mit einem nach außen weisenden ringförmigen Vorsprung, vorzugs­ weise dem kegelstumpfförmigen Flansch 3 versehen. Dieser Flansch 3 dient zum Aufbringen des Aufpralldämpfers am Behälter 13, der seinerseits einen Gegen- oder Stützflansch von ent­ sprechender Gestalt hat. Die beiden Vorsprünge oder Flansche werden mittels Bolzen, Schrauben oder vorzugsweise den Klemm­ ringen 9 zusammengeklemmt, die ihrerseits durch Bolzen und Mut­ tern zusammengehalten sind und auf die Flansche passen.

Die Menge des möglicherweise an den Dichtungsringen 10 und 11 vorbei aus dem Behälter entweichenden radioaktiven Gasver­ lustes kann durch die Öffnung 12 überwacht werden.

Der massive Neutronenschirm 14 hat die Aufgabe, die Gammadosis und Neutronenwerte bis unter die maximal zulässigen Werte der Vorschriften der inter­ nationalen Atomenergiebehörde zu senken.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung haben die konvexen Schalen die Öffnung 8, durch die der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter 13 unter Druck gesetzt oder von Druck entlastet werden kann. Die Druckbeauf­ schlagung oder Druckentlastung dieses Raums bezieht sich auf den Umgebungsdruck und soll während bestimmter Zeitspannen sicherstellen, daß es keine Leckverluste von im Behälter ent­ haltenen radioaktiven oder gefährlichen Stoffen an die Umge­ bung gibt. Der Zwischenraum kann auch mit anderen Substanzen als Luft gefüllt werden, und zwar unter Über- oder Unterdruck. Er kann auch ganz oder teilweise mit Substanzen gefüllt werden, die auf Leckverluste gefährlicher Flüssigkeiten aus dem Behälter neu­ tralisierend, löschend oder absorbierend wirken.

Die elastomeren Dichtungsringe 10, 11 bewirken gemeinsam mit den Dichtungen 16, die die Hauptdichtungen des Behälters dar­ stellen, eine mehrfache Sicherung der flüssigen oder gasförmigen Stoffe im Behälter, die möglicherweise durch die Ventile 15 und Dichtungen 16 entweichen könnten.

Die mit Gewinde versehenen Elemente 6 und 7 ermöglichen Bewe­ gungen des Aufpralldämpfers, und zwar Anhebungen und horizon­ tale Verlagerungen gegenüber der vertikalen und horizontalen Achse.

Die Aufpralldämpfer können aus Stahl, Titan oder einem beliebigen Werkstoff mit hohem spezifischem Energieabsorptionsvermögen, wie Aluminium, Eisen usw. herge­ stellt sein. Die Schalen können aber auch aus hartem, schlag­ festem Kunststoff hergestellt sein, wenn gefährliche chemische Stoffe transportiert oder gelagert werden sollen.

Die konvexen Schalen haben eine Dicke im Größenordnungsbereich von 0,5 bis 6 cm, vorzugsweise von 3 cm und zeichnen sich da­ durch aus, daß ihr Außendurchmesser um 20 bis 40 cm größer ist als der größte Gesamtdurchmesser des Behälters. Das ermöglicht eine starke Verformung oder hohe Energieabsorption bei gerin­ ger Beschleunigung, ohne daß der Aufprall oder Stoß das primä­ re Behältnis beeinträchtigt.

Gegenüber dem Stand der Technik hat der Aufpralldämpfer gemäß der Erfindung die folgenden Vorteile. Erstens hat er ein hoch­ prozentiges Verformungsvermögen. Bei axialem oder lateralem Stoß kann sich der Aufpralldämpfer verformen, ohne daß es zu gefährlichen Beschleunigungsspitzen kommt, bis er in Stoß­ richtung eine Grenzabmessung erreicht, die nur wenig größer ist als die Dicke des Flachmaterials aus dem er hergestellt ist.

Zweitens wirkt sein Energieabsorptionsvermögen unter jedem Stoßwinkel, dem der Behälter ausgesetzt ist. Das macht zusätz­ liche Anordnungen für die Energieaufnahme in seitlicher Rich­ tung überflüssig. Drittens ist die Energieabsorption sehr stark fortschreitend. In Versuchen und bei numerischen Aus­ wertungen hat sich gezeigt, daß der Aufpralldämpfer gemäß der Erfindung bei entsprechender Dimensionierung die kinetische Energie des Behälters bei einem Aufprall infolge des Fallens aus 9 m Höhe mit einem Kraft-Verformungsdiagramm absorbiert, dessen Spitzenwert nur etwa 25% größer ist als sein Durch­ schnittswert.

Der Deckel des Behälters unterliegt keinen Beanspruchungen von außen, da er in keinem Stadium eines Aufpralls Stöße er­ leidet.

Die im Behälter enthaltenen flüssigen oder gasförmigen Stoffe sind unter normalen Transportbedingungen durch die Dichtungsringe zusätzlich gesichert. Das verringert die Möglichkeit einer Freigabe flüssiger oder gasför­ miger Stoffe, die durch Leckverluste an den Behälterdich­ tungen oder -ventilen vorbei auftreten könnten bzw. macht sie sogar ganz unmöglich. In diesem Zusammenhang kann der Zwischenraum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter druckbeaufschlagt oder druckentlastet werden, um die Freigabe an die Umgebung zu unterbinden, während der Druck im Zwischen­ raum oberhalb des Drucks im Behälter liegt (für den Fall der Druckbeaufschlagung des Zwischenraums) oder unterhalb des Um­ gebungsdrucks gehalten wird (für den Fall der Druckentlastung des Zwischenraums).

Der Behälterdeckel ist vor Hitzebeanspruchungen bei der Brand­ prüfung (30 Minuten lang bei 800°C) geschützt.

Die Ventile und der Deckel, die die schwächsten Bauelemente des Behälters darstellen, sind vor unbeabsichtigter und beab­ sichtigter Manipulation, wie Sabotage geschützt, weil zu­ nächst die Aufpralldämpfer entfernt werden müßten, um Zugang zu ihnen zu erhalten. Ferner bietet die Dicke des Flachmate­ rials, aus dem der Aufpralldämpfer hergestellt ist, einen wirk­ samen Schutz der Ventile und des Deckels vor Sprengkörpern, die nicht an Stellen in der Nähe der Deckeloberfläche angebracht werden können. Weiteren Schutz vor diesem Risiko bietet der eingebaute Neutronenschirm.

Claims (5)

1. Aufpralldämpfer für Behälter zur Aufnahme von bestrahlten Kernbrennelementen, radioaktiven Stoffen und/oder gefährlichen chemischen Substanzen, wobei die Aufpralldämpfer an den Stirnflächen des Behälters angebracht sind, eine nach außen gewölbte Oberfläche aufweisen und schalenförmig aufgebaut sind, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Aufpralldämpfer einen Außendurchmesser aufweisen, der den größten Außendurchmesser des Behälters um 20 bis 40 cm übersteigt,
• b) jeder der Aufpralldämpfer aus einem schüsselförmigen (1) und einem ringförmigen (2) Bauteil, die längs ihres größten Umfangs zusammengeschweißt sind, sowie einem an das ringförmige Bauteil (2) angeschweißten Verbindungsflansch (3) zur Befestigung des Aufpralldämpfers am Behälter (13) besteht und
• c) daß elastomere Dichtungen (10, 11) jeweils zwischen dem Verbindungsflansch (3) des Aufpralldämpfers und dem Behälter (13) angeordnet sind und der Zwischenraum zwischen den Dichtungen (10, 11) durch eine Öffnung (12) auf Leckverluste aus dem Behälter (13) überwacht werden kann.

2. Aufpralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schalenförmigen Bauteile (1, 2) eine Dicke zwischen 0,5 und 6 cm, vorzugsweise 3 cm, haben.

3. Aufpralldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schalenförmigen Bauteile (1, 2) aus Stahl, Titan, Aluminium, Eisen, Kunststoffen oder daraus zusammengesetzten Stoffen mit hohem spezifischem Energieabsorptionsvermögen bestehen.

4. Aufpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) gegenüber dem Umgebungsdruck druckbeaufschlagbar oder druckentlastbar ist.

5. Aufpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen dem Aufpralldämpfer und dem Behälter (13) ganz oder teilweise mit Substanzen füllbar ist, die auf mög­ liche Leckverluste gefährlicher Stoffe aus dem Behälter neutra­ lisierend, löschend oder absorbierend wirken.