DE3842353C1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein solcher Endlagerbehälter ist zum Beispiel aus der DE-OS 27 56 634 bereits bekannt.

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit dem allseitig dichten und hohlraumfreien Umschließen radioaktiver Abfälle bzw. kera­ mischer Formkörper mit metallischen Materialien, bei gleich­ zeitiger Verdichtung des umschlossenen Materiales zur Verrin­ gerung der Porosität. Bekannt ist zu diesem Zweck ein massiver Kupferkanister mit relativ dicken Wänden, der verbrauchte Kernbrennstäbe aufnehmen soll, wobei die Leerräume um die Stäbe und in dem Kanister mit Kupferpulver gefüllt sind. Ein Deckel mit einem Bund wird aufgesetzt und der Kanister in ei­ nem dickwandigen Behälter angeordnet. Danach wird die Behäl­ teranordnung einer isostatischen Heißpressung (HIP) unterzo­ gen, wobei durch den sehr hohen Druck der Deckel mit dem Be­ hälter durch Sintern verbunden wird.

Dabei hat sich jedoch gezeigt, daß sich der Deckel beim Ver­ dichtungsprozeß zu weit einbeulen kann und reißt. Dieser Ef­ fekt wird durch die immer vorhandenen Hohlräume bewirkt, die zu einer zu starken Verformung führen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, diesen Zustand zu verbessern und einen Endlagerbehälter anzugeben, der auch bei einer starken Druckaufgabe durch das HIP-Verfahren nach der Behandlung intakt bzw. dicht bleibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfin­ dung die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 und c) bis g) angegeben sind. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters ergibt sich aus den Merkmalen, die in den Unteransprüchen angegeben sind.

Durch eine solche erfindungsgemäße Ausbildung der Deckelkon­ struktion des Behälters wird nun trotz relativ großer Verfor­ mungswege ein Undichtwerden des Behälters mit Sicherheit ver­ hindert, da der Faltenbalg einen längeren Weg aufnehmen kann. In besonders vorteilhafter Weise werden auch die Hohlräume in­ nerhalb des Behälters erfindungsgemäß minimiert. Ein gewisser Resthohlraum, der bei der Verformung aufgefüllt werden muß, bleibt jedoch immer erhalten. Zum Abziehen der darin enthalte­ nen Luft ist ein Vakuumrohr vorgesehen, mit dessen Hilfe der Innenraum vorher evakuiert wird.

Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden im fol­ genden anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert. Die

Fig. 1 zeigt die Elemente des dickwandigen Außenbehäl­ ters, die

Fig. 2 die Elemente einer Kokille zur Aufnahme in dem Außen­ behälter und die

Fig. 3 Innen- und Außenbehälter zu Beginn des isostatischen Heißpreßvorganges.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Behälteranordnung wird zum Verschließen den folgenden Verfahrensschritten unterzogen:

• 1. Füllen der Kokille 1 aus z. B. Chrom- Nickelstahl mit Ab­ fallproduken 2, z. B. hochradioaktiven, verglasten Spalt­ produkten in einer heißen Zelle.
• 2. Aufschweißen des Kokillendeckels 3 mit einer Schweißvor­ richtung vorort.
• 3. Evakuieren der Kokille 1 auf ca. 10 ^-2 bis 10 ^-6 mbar · 1 Sek. mittels eines nicht näher dargestellten Evakuierungsrohres, sowie Verschweißen desselben.
• 4. Dekontaminieren der verschweißten Kokille 1 und Aus­ schleusen in eine Verpackungszelle.
• 5. Kokille in einen dickwandigen (DA zu DI 1,28) Bau­ stahlaußenbehälter 4 gemäß Fig. 1 einsetzen.
• 6. Dickwandigen Deckel 5 aus demselben Material auf Behälter 4 aufsetzen und mit diesem durch eine Dichtschweißnaht auf später beschriebene Art verschweißen.
• 7. Evakuieren des Innenraumes mittels des Evakuierrohres 6.
• 8. Einbringen des gefüllten Behälters 4 mit verschweißtem Deckel 5 in eine Anlage zum heißisostatischen Verpressen (HIP-Anlage) mit Erwärmen in derselben.
• 9. HIP behandeln des Behälters 4 gem. Fig. 3 bei ca. 850- 1000°C und ca. 100 MPa Außendruck 19 sowie einer Haltezeit von 1 Std., dabei laufen folgende Vorgänge ab:
  • - Normalisierung des Stahls
  • - Diffusionsverschweißung des dickwandigen Deckels 5 sowie der Evakuierungsbohrung im Rohr 6
  • - Gefügeverbesserung des Stahls bezügl. Lunkern
  • - Beseitigung der evakuierten und durch Ausgleichsteile bzw. Verfüllmaterial minimierten Hohlräume
• 10. Entnahme des Behälters aus der HIP-Anlage zur weiteren Ver­ wendung

Der dickwandige Außenbehälter 4 besteht gem. der Fig. 1 aus dem dickwandigen zylindrischen Außenteil 7, dem Boden 8 und dem Deckel 5. Zur Minimierung der Hohlräume im Inneren weist der Boden 8 an seiner Innenseite dieselbe Kontur 9 auf wie der Innenbehälter - als Beispiel hier eine Kokille 1. Der Deckel 5 besitzt einen Bund 10 mit einer an den Kokillendeckel 3 ange­ paßten Innenfläche 20 sowie einen diesen überragenden oberen Rand 11. Der Bund kann zur Vorbestimmung seines Einpreßweges zum Behälter hin leicht konisch ausgebildet sein. Die Länge des Bundes soll größer sein als die Differenz zwischen Ober­ seite 12 des Behälters und Oberseite 13 des Innenbehälters bzw. der verschweißten Kokille 1.

Über den Bund 10 ist ein metallischer Faltenbalg 14 als Dicht­ membran gestülpt, dessen eines Ende an den Rand 11 gasdicht angeschweißt ist und dessen anderes Ende ebenfalls dicht an einem Ring 15 angeschweißt sein kann, der wiederum an der Be­ hälteroberseite 12 dicht angeschweißt ist. Der Balg 14 kann jedoch auch direkt an der Oberseite 12 angeschweißt sein. Un­ ter dem Faltenbalg 14 ist ein längselastisches Bauelement zu verstehen, das eine hohe radiale Festigkeit mit einer leichten Axialen- bzw. Längsverformbarkeit verbindet. Im vollständig verformten Zustand sollen dabei die Windungenlagen auf Lage dicht aufeinanderliegen, um Hohlräume im Inneren zu minimie­ ren.

In dem angeschweißten Zustand ragt nun der Bund 10 ein Stück in den Innenraum des Außenteiles 7, optimal etwa bis zur An­ lage an die Oberseite 13 der Kokille 1 bzw. ihres Deckels 3 (siehe Fig. 3).

Die Kokille besitzt normalerweise einen hinterschnittenen Greifkopf 16, hinter welchem ein Hohlraum 17 gebildet wird. In den Hohlraum 17 ist ein quergeteiltes metallisches Füllstück 18 eingelegt, dessen Außenform der Form des Hohlraumes 17 ent­ spricht. Quergeteilt deswegen, um es in die Hinterschneidung einsetzen zu können.

Gemäß der Fig. 3 wird nun der gefüllte und dicht verschlos­ sene Außenbehälter 4 mit seiner speziellen Deckelkonstruktion dem unter 9. beschriebenen HIP-Verfahren unterzogen.

Dabei erfolgt nun die Verdichtung zweiphasig:

In der ersten Phase werden nichtbeeinflußbare Hohlräume, die etwa 5 bis 10% betragen, verdichtet, d. h. der Deckel mit dem Bund 10 bewegt sich, der Faltenbalg 14 wird verformt. In der zweiten Phase wird die gesamte Kapsel verdichtet. Bei einer optimalen Abstimmung der Geometrie schließt die Oberseite des Deckels mit der Oberseite des Behältergrundkörpers ab. Der Faltenbalg ist dann so verdichtet, daß seine einzelnen Falten dicht an dicht aufeinanderliegen, d. h. Kapsel und Balg bilden wie schon vor der Verformung eine geschlossene, kompakte Ein­ heit.

Bezugszeichenliste

1 Kokille
2 radioaktiver Abfall
3 Kokillendeckel
4 dickwandiger Außenbehälter
5 dickwandiger Deckel
6 Evakuierrohr
7 Außenteil, Grundkörper
8 Boden
9 Kontur
10 Bund
11 Rand
12 Oberseite
13 Oberseite
14 Faltenbalg
15 Ring
16 Greifkopf
17 Hohlraum
18 Füllstück
19 Außendruck
20 Innenfläche

Claims (4)

1. Endlagerbehälter für wärmeabgebende hochradioaktive Ab­ fälle, z. B. für verglaste in Kokillen abgefüllte radioak­ tive Spaltprodukte oder Rückstände aus der Wiederaufarbei­ tung, der zum Verschließen und Verdichten durch heißisosta­ tisches Pressen (HIP) geeignet ist mit einem die Abfälle aufnehmenden metallischen Innenbehälter, einem diesen umge­ benden, ebenfalls metallischen dickwandigen Außenbehälter und einer vorzugsweise metallischen Ausfüllung mit den fol­ genden weiteren Merkmalen:

• a) der dickwandige Außenbehälter (4) besteht aus einem topfförmigen Grundkörper (7) mit einem auf - in diesen einsetzbaren Deckel (5), der
• b) einen in den Behälterinnenraum einragenden Bund (10) aufweist,

gekennzeichnet durch die weiteren Merkmale:

• c) der Bund (10) ist länger als die Differenz zwischen den Durchmessern der Oberseiten (12, 13) von Innen- und Außenbehälter,
• d) am Außenrand (11) des Deckels (5) ist ein Faltenbalg (14) gasdicht befestigt, der den Bund (10) mindestens teilweise überdeckt bzw. einschließt,
• e) das dem Behälter (4, 7) zugewendete Ende des Balges (14) ist gasdicht z. B. unter Zwischenschalten eines Ringes (15) an dem dickwandigen Grundkörper (7) angeschweißt,
• f) der Faltenbalg (14) ist aus metallischem Werkstoff und bei hoher radialer Festigkeit axial labil bzw. leicht verformbar,
• g) der Innenraum im Faltenbalg (14) bzw. der mit ihm über den Spalt zwischen dem Deckel (5) bzw. Bund (10) im Be­ hältergrundkörper in Verbindung stehenden Behälterinnen­ raum ist mittels eines Rohres (6) evakuierbar.

2. Behälter nach Anspruch 1, zur Aufnahme einer Kokille mit hinterschnittenem Greifkopf, gekennzeichnet durch die wei­ teren Merkmale:

• h) in den Hohlraum (17) der Hinterschneidung des Greif­ kopfes (16) ist ein der Hohlraumform entsprechendes me­ tallisches Füllstück (18) mit etwa Behälterinnendurch­ messer eingelegt,
• i) das Füllstück (18) ist zur Einlage in die Hinterschnei­ dung quergeteilt.

3. Behälter nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch das weitere Merkmal:

• j) das Füllstück (18) füllt den gesamten Hohlraum (17) zwi­ schen den Oberflächen des Innenbehälters ein und der In­ nenfläche (2) des Deckelbundes (10) aus.