DE3620737C1 - Doppelbehaeltersystem zum Transport und zur Lagerung von radioaktiven Stoffen - Google Patents
Doppelbehaeltersystem zum Transport und zur Lagerung von radioaktiven StoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Doppelbehältersystem gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Doppelbehältersystem ist aus der
DE-OS 28 31 646 bekannt.
Zur ausreichenden Abschirmung der Gamma- und Neutronen
strahlung bei radioaktive Stoffe enthaltenden Behältern
sind bestimmte Maßnahmen zu treffen. Üblich ist, zur
zusätzlichen Abschirmung der aus dem radioaktiven Kern
brennstoff austretenden Neutronenstrahlung um den La
gerbehälter eine Neutronenabschirmungsschicht aus einem
wasserstoffhaltigen Material, vorzugsweise Polyäthylen,
vorzusehen. Wegen der schlechten Wärmeleitfähigkeit
solcher neutronenabschirmenden Materialien ist es be
kannt, wärmeleitfähige Stege in dieser Schicht anzuord
nen, die die Behälteroberfläche mit der Außenatmosphäre
wärmeleitend verbinden.
Bei dem aus der DE-OS 28 31 646 bekannten Abschirmbe
hälter besteht die Neutronenabschirmungsschicht aus
granulatförmigem Polyäthylen und weist Wärmeleitstege
auf, die einen inneren Stahlbehälter mit der äußeren
Oberfläche des Außenbehälters wärmeleitend verbinden.
Diese Stege können auf dem Innenbehälter sowohl ange
schweißt als auch angegossen sein.
Bei Doppelbehältersystemen, in denen die beiden inein
ander angeordneten Behälter unterschiedliche Anforde
rungen erfüllen müssen, hat der Abschirmbehälter übli
cherweise eine Wanddicke von etwa 200 mm, um die not
wendige Abschirmung gegen radioaktive Strahlung zu
sichern. Außerdem soll dieser dickwandige äußere
Abschirmbehälter einen mechanischen Schutz des innen
liegenden Behälters bei dem Transport und bei Stoßbe
lastungen ergeben. Der innere Lagerbehälter nimmt die
radioaktiven Stoffe gasdicht auf und ist dafür mit
einem Doppeldeckelsystem versehen, dessen äußerer Se
kundärdeckel mit dem Behälterkörper gasdicht
verschweißt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Dop
pelbehältersystem der eingangs beschriebenen Art einen
Neutronenmoderatoraufbau zu schaffen, der bei einfachem technischen Aufbau eine gu
te Abschirmung über seine gesamte Mantelfläche und dennoch
eine gute Wärmeableitung ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei
chen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Der Moderatoraufbau wird zur Herstel
lung der Wärmeleitbrücken in seiner Mantelfläche nur
durch die waagerechten Stege der H-Profilringe unter
brochen. Die Anordnung der seitlichen, senkrecht zu dem
Steg stehenden Schenkel fixieren die Polyäthylenringe
und gewährleisten gleichzeitig über ihre ausreichend
großen Flächen, die im metallischen Kontakt mit der
Innenfläche des Abschirmbehälters bzw. der Außenfläche
des inneren Lagerbehälters stehen, eine gute Wärmelei
tung. Dicke und Abstand der waagerechten Stege können
entsprechend der abzuführenden Wärme gewählt werden.
Durch die Erfindung wird es möglich, den Moderatorauf
bau in technisch einfacher Weise durchzuführen, da die
Polyäthylenringe unter Fixierung durch die H-Profil
ringe in einfacher Weise übereinandergestapelt werden
können. Es entsteht durch diese Aufeinanderstapelung
ein zylindrischer Verbund.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird
durch die im Anspruch 2 genannten Merkmale gekennzeich
net. Durch diese Ausgestaltung wird sichergestellt, daß
eine Überdeckung der einzelnen Segmente bereits bei
Raumtemperatur gewährleistet ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
wird durch die Merkmale des Anspruchs 3 gekennzeichnet.
Durch die Trennfugen der H-Profilringe wird eine gute
Einbaumöglichkeit dieser Ringe erreicht. Unter einer
Vorspannung können diese Ringe eingebracht werden, so
daß ein enges Anliegen der Außenschenkel der Profilrin
ge an der Innenfläche des Abschirmbehälters erreicht
wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
sind gemäß Anspruch 4 die Polyäthylenringe aus ultra
hochmolekularem Niederdruckpolyäthylen. Es hat sich
gezeigt, daß dieses ultrahochmolekulare
Niederdruckpolyäthylen besonders für die Abschirmung
eines Doppelbehältergebindes geeignet ist. Dieses wird
darauf zurückgeführt, daß dieses Niederdruckpolyäthylen
keine Weichmacher und Lösungsmittel aufweist und somit
eine minimale Ausgasung erleidet. Bei den eingesetzten
Temperaturbereichen tritt darüber hinaus kein Schmelzen
des Niederdruckpolyäthylens ein. Zudem bleibt das Nie
derdruckpolyäthylen bis 250 Grad Celsius gummielas
tisch.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung
ist gemäß dem Anspruch 5 der Neutronenmoderatoraufbau
auf seiner Oberseite federbelastet. Durch diese in
Längsrichtung wirkende Federbelastung ist eine Längen
kompensation des Moderatoraufbaus aufgrund der Wärme
entwicklung möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Druckfederanordnung
für den Moderatoraufbau ist in den Merkmalen des An
spruchs 6 gekennzeichnet.
Durch die Merkmale des Anspruchs 7 wird in vorteilhaf
ter Weise erreicht, daß der Neutronenmoderatoraufbau
von Stoßbelastungen freigehalten wird. Stoßbelastungen
wird der innere Lagerbehälter über die Führungen auf
den Abschirmbehälter abtragen.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nach
stehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 ein Doppelbehältergebinde mit einem Außen- und
einem Innenbehälter sowie einer zwischen den
beiden Behältern liegenden Moderatorschicht,
Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt des
Aufbaus des Moderators,
Fig. 3 eine Draufsicht eines in Segmente unterteilten
Polyäthylenringes,
Fig. 4 eine Draufsicht eines H-förmigen Aluminiumpro
filringes,
Fig. 5 eine den Moderatoraufbau belastende Druckfeder
anordnung,
Fig. 6 eine Teildraufsicht von Fig. 5.
Das gezeigte Doppelbehältergebinde weist einen Ab
schirmbehälter 11 aus GGG 40 auf, dessen Beladeöffnung
13 durch einen eingeschraubten Abschirmdeckel 15 ge
schlossen ist. In dem kreisförmigen Innenraum des Ab
schirmbehälters 11 ist ein Lagerbehälter 17 aus Stahl
eingesetzt, der in seinem Hohlraum ein Einsatzgitter 19
zur Aufnahme von einzelnen, dicht angeordneten Brenn
stäben 21 eines zerlegten Kernreaktorbrennelementes
aufweist. Im freien Mittelraum 23 des Einsatzgitters 19
sind die Schrotteile 25 der zerlegten Kernreaktorbrenn
elemente unter Verfüllung mit einer abbindenden Masse,
wie beispielsweise Kunstharz, eingebracht.
Der Lagerraum des Lagerbehälters 17 ist durch einen
aufgeschraubten Primärdeckel 27 unter Einschluß von
Dichtungsringen 29 und 31 verschlossen. Über dem Pri
märdeckel 27 ist in der Beladeöffnung des Lagerbehäl
ters 17 ein bündig mit der oberen Außenkante des Lager
behälters 17 abschließender Sekundärdeckel 33 einge
setzt und mit dem Behälterkörper verschweißt.
Der Abschirmdeckel 15 des Abschirmbehälters 11 weist
eine innere zylindrische Ausnehmung 35 auf, in die das
obere Ende des Lagerbehälters 17 passend hineinragt.
Der untere Teil des Lagerbehälters 17 wird von einem
inneren Ansatz 37 des Abschirmbehälters 11 geführt.
Über diesem inneren Ansatz 37 springt der Innendurch
messer des Abschirmbehälters 11 auf und ergibt so einen
Ringspalt 39, in dem ein Neutronenmoderatoraufbau 41
angeordnet ist. Dieser Neutronenmoderator 41 besteht
aus einzelnen übereinanderliegenden Polyäthylenringen
43.
Zur Fixierung der Polyäthylenringe 43 sind zwischen je
weils zwei übereinanderliegenden Polyäthylenringen 43
jeweils ein H-Profil-förmiger Aluminiumring 45 (Fig. 2)
angeordnet. Durch diese stapelförmige Anordnung ent
steht ein zylindrischer Verbund des Moderatoraufbaues
41. Der waagerechte Steg 47 jedes einzelnen Profilrin
ges 45 durchbricht die Neutronenmoderatorschicht 41 nur
auf einer kleinen Fläche. Die senkrechten Schenkel 49
liegen benachbart zur Innenfläche des Abschirmbehälters
11 bzw. zur Außenfläche des Lagerbehälters 17.
Vor der Einbringung des beladenen Lagerbehälters 17 und
vor einer Erwärmung durch die Nachzerfallswärme der ra
dioaktiven Stoffe besteht zwischen der inneren seitli
chen Fläche des Neutronenmoderators 41 ein Luftspalt zu
der Außenfläche des Lagerbehälters 17. Dieser wird bei
einer Erwärmung und Ausdehnung geschlossen.
Die Polyäthylenringe 43 bestehen jeweils aus einzelnen
zusammengesetzten Segmenten 51, deren Trennfugen 53 un
ter einem spitzen Winkel α zur Mittellinie liegen (Fig.
3).
Die H-Profilringe 45 aus Aluminium sind jeweils durch
eine Trennfuge 55 unterbrochen, so daß die Möglichkeit
besteht, die H-Profilringe 45 mit einer Vorspannung in
das Doppelbehältergebinde einzubringen. Es wird ein en
ges Anliegen der Außenschenkel 49 der Profilringe 45 an
der Innenfläche des Abschirmbehälters 11, erreicht.
Der Zusammenbau des Doppelbehältergebindes geschieht
auf folgende Weise:
In den offenen Abschirmbehälter 11 wird der Moderator
aufbau 41 durch Einbringen der einzelnen Lagen Poly
äthylenringe 43 und zwischenliegender H-Profilringe 45
eingebracht. Dabei erstreckt sich der zylindrische Mo
deratoraufbau 41 in seiner Länge bis in den Deckelbe
reich bzw. in den Bodenbereich des anschließend einge
brachten Lagerbehälters 17. Es ist somit eine ausrei
chende Abschirmung über die Höhe des Lagerbehälters 17
gewährleistet. In einer heißen Zelle wird der Lagerbe
hälter 17 mit den radioaktiven Stoffen beladen. Der
Primärdeckel 27 wird eingesetzt und auf der vorsprin
genden Wand des Lagerbehälters 17 verschraubt. An
schließend kann eine Verschweißung des Primärdeckels
33 erfolgen. Der Lagerbehälter 17 wird dann in den
Abschirmbehälter 11 eingebracht.
Der Abschirmdeckel 15 wird in die Öffnung des Abschirm
behälters 11 eingeschraubt. Der Lagerbehälter 17 ist
nun fixiert. Etwaige Stoßbelastungen bei dem Transport
werden durch die Führung 35 im Abschirmdeckel 15 bzw.
die Führung 37 im Bodenbereich des Abschirmbehälters
aufgenommen. Der Neutronenmoderator 41 wird von Stoßbe
lastungen freigehalten.
Die Trennfugen 53 der Polyäthylenringe 43 sind durch
ihre Schräge α so angeordnet, daß bereits bei Raumtem
peratur eine Überdeckung der einzelnen Segmente 51 vor
handen ist. Bei der höchsten zu erwartenden Betriebs
temperatur sind die Trennfugen 53 geschlossen.
In Fig. 5 wird eine Druckfederanordnung 57 gezeigt, die
zwischen der Oberfläche des Moderatoraufbaus 41 und
dem Abschirmdeckel 15 des Abschirmbehälters 11 abge
stützt ist. Auf den waagerechten Steg 47 des obersten
H-profilförmigen Aluminiumringes 45 ist ein flacher
Ring 59 aufgelegt. Auf diesen Ring 59 sind zwölf Blatt
federsegmente 61 mit einem Niet 63 befestigt. Jedes
Blattfedersegment 61 hat zwei nach oben gebogene Feder
schenkel 65 und 67, deren freie Enden gegen den Ab
schirmdeckel 15 anliegen.
Bei einer Erwärmung des Doppelbehältergebindes kann
sich der Moderatoraufbau 41 in seiner Längsrichtung
nach oben ausdehnen. Der Federweg dient als Wärmekom
pensation und Fixierung des Moderatoraufbaus 41 bereits
bei Raumtemperatur. Sinnvollerweise wird die Federkraft
entsprechend des Moderatorgewichtes gewählt.
- Bezugszeichenliste
11 Abschirmbehälter
13 Beladeöffnung
15 Abschirmdeckel
17 Lagerbehälter
19 Einsatzgitter
21 Brennstäbe
23 freier Mittelraum
25 Schrotteile
27 Primärdeckel
29 Dichtungsring
31 Dichtungsring
33 Sekundärdeckel
35 zylindrische Ausnehmung
37 innerer Ansatz
39 Ringspalt
41 Neutronenmoderatoraufbau
43 Polyäthylenringe
45 H-profilförmige Aluminiumringe
47 waagerechter Steg
49 senkrechte Schenkel
51 Ringsegmente
53 Trennfugen
55 Trennfugen
57 Druckfederanordnung
59 flacher Ring
61 Blattfedersegmente
63 Niet
65 Federschenkel
67 Federschenkel
Claims (7)
1. Doppelbehältersystem zum Transport und zur Lagerung
von radioaktiven Abfällen oder bestrahlten Kernbrenn
stoffen mit einem inneren Lagerbehälter aus Stahl für
den gasdichten Einschluß des zu lagernden radioaktiven
Materials und mit einem äußeren Abschirmbehälter, der
die erforderliche Abschirmung und mechanische Sicher
heit bei Handhabung und Transport sicherstellt, wobei
im Ringspalt zwischen äußerem Abschirmbehälter und
innerem Lagerbehälter eine Neutronenmoderatorschicht
aus einem wasserstoffhaltigen Material, nämlich
Polyäthylen, vorhanden ist und wärmeleitende Elemente zwischen
dem inneren Lagerbehälter und dem äußeren Abschirmbehälter vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Moderatorschicht (41) aus einzelnen übereinan dergestapelten Ringen (43) aus Polyäthylen besteht, und
daß zwischen zwei Polyäthylenringen (43) jeweils ein H-Profilring (45) aus einem wärmeleitenden metallischen Werkstoff angeordnet ist, dessen Schenkel (49) die Seiten der beiden Polyäthylenringe (43) umfassen.
daß die Moderatorschicht (41) aus einzelnen übereinan dergestapelten Ringen (43) aus Polyäthylen besteht, und
daß zwischen zwei Polyäthylenringen (43) jeweils ein H-Profilring (45) aus einem wärmeleitenden metallischen Werkstoff angeordnet ist, dessen Schenkel (49) die Seiten der beiden Polyäthylenringe (43) umfassen.
2. Doppelbehältersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Polyäthylenring (43) aus mindestens zwei Seg
menten (51) besteht, wobei die Trennfugen (53) unter
einem spitzen Winkel (α) zur Mittellinie verlaufen und
bei Raumtemperatur einen Spalt aufweisen, der bei der
höchsten zu erwartenden Betriebstemperatur geschlossen
ist.
3. Doppelbehältersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die H-Profilringe (45) aus Aluminium bestehen und
daß die H-Profilringe (45) durch eine Trennfuge (55) unterbrochen sind.
daß die H-Profilringe (45) aus Aluminium bestehen und
daß die H-Profilringe (45) durch eine Trennfuge (55) unterbrochen sind.
4. Doppelbehältersystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Polyäthylenringe (43) aus ultrahochmolekularem
Niederdruckpolyäthylen bestehen.
5. Doppelbehältersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Moderatoraufbau (41) von einer Druckfederanord
nung (57) belastet ist.
6. Doppelbehältersystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckfederanordnung (57) aus mehreren kreis
förmig angeordneten Blattfedersegmenten (61) gebildet
ist, deren nach oben gebogene Federschenkel (65 und 67)
sich gegen den Abschirmdeckel (15) abstützen.
7. Doppelbehältersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Enden des Lagerbehälters (17) von inneren Füh
rungen (35 und 37) des Abschirmbehälters (11) aufge
nommen werden, deren Innendurchmesser etwa dem Innen
durchmesser des Moderatoraufbaus (41) entsprechen, der
sich über die Länge zwischen den Führungen (35 und 37)
erstreckt.
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