DE6912726U - Abgeschirmter behaelter, insbesondere transportbehaelter fuer radioaktive produkte - Google Patents

Description

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DR. HANS ULRICH MAY

8 MÜNCHEN 2, OTTOSTRASSEIa TELEFON CO8I13 OB 36 82

B.2603-3 PG München,28. März 1969

ι Dr.M./Eh

Cg 273/708

Commissariat ä 1*Energie Atomique in Paris / Frankreich Abgeschirmter Behälter, insbesondere Transportbehälter für

radioaktive Produkte

Die Neuerung betrifft abgeschirmte $ahälter, die sun Lagern und Transportieren radioaktiver Produkte benutet werden, und insbesondere eine Verbesserung dieser Behälter hinsichtlich ihrer Schutzvirkung gegen mechanische Stöße und/oder einen Brand.

Bei der Konstruktion derartiger Behälter muß man, auch zur Erfüllung bestimmter Vorschriften internationaler Abkommen, verschiedene mögliche Einwirkungen auf diese Behälter berücksichtigen» und zwar sowohl einen plötzlichen Anstieg der Umgebungstemperatur infolge eines in der Nachbarschaft ausbrechenden Brandes wie mechanische Stöße, die bein Hantieren oder Transport auftreten können. Die durch einen Brand verursachte Erhitzung kann sahireiche Schäden am transportierten Material» den Dichtungen usw. zur Folge haben. In gewissen Extremfall«* kann das die Wand solcher Behälter bildende Material ,im allgemeinen Blei, schmelzen und so zur Zerstörung der von dieser Wand gegenüber den radioaktiven Strahlungen gebildeten biologischen Abschirmung ftthren,

indem die das Blei im allgen einen umgebende Metallhülle durch die Volumenvergrößerung des· Bleis zerrissen wird. Außerdem kann bei einem Unfall, bei dem die Behälter herabfallen, eine teilweise oder vollständige Zerstörung derselben eintreten, und zwar insbesondere der Hüllen, velche das die Wände bildende Blei umgeben. Schließlich kann im Fall einer gemeinsamen Einvirkung eines Brandes und eines mechanischen Stoßes die Zerstörung der Wände zu nicht behebbaren Schäden führen, da das durch den Temperaturanstieg geschmolzene Blei aus seiner Hülle durch Risse oder öffnungen entweichen kann, die durch den Stoß hervorgerufen wurden.

Es sind bereits Haßnahmen bekannt, um diese genannten Schwö?igkeiten ia gewissem Maß zu beheben, und zwar verwendet man entweder ein hochfeuerfestes Wärmeisolationsmaterial, wie Vermiculit, Stein- oder Glaswolle, Asbest, das in geeigneter Schicht in Berührung mit der Innenwand der Behäl :er angeordnet ist, oder ein Material, das während einer gegebenen Zeitdauer eine Wärmeschrenke mit gleichbleibender Temperatur bildet. Das ist besonders der Fall bei wassergesättigten Stoffen, bei denen die latente Verdampfungswärme dieses Wassers die Temperatur der Wand des Behälters in der Nähe von 100° C hält. Allgemein gesehen findet man jedoch, daß die zum Schutz von Transportbehältern radioaktiver Gegenstände gegen Brand angewandten Mittel umso wirksamer sind, je leichter sie sind, und eine geringere mechanische Festigkeit besitzen, wodurch sie ungeeignet sind, gleichzeitig einen Schutz gegen Stoßeinwirkungen zu übernehmen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, abgeschirmte Behälter zu schaffen, welche nicht diese erwähnten Nachteile aufweisen,

indem bei der Konstruktion dieser Behälter die Punktionen des Wärmeschutzes und mechanischen Schutzes ohne Übermäßige Gewichte» erhöhung voneinander getrennt werden, indem man verformbare Elemente verwendet, die gleichzeitig eine hohe Wärmewirksamkeit und eine verhältnismäßig hohe mechanische Festigkeit besitzen, wodurch die Auswirkungen von Stößen begrenzt werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung in der Hauptsache dadurch gelöst, daß die abgeschirmten Behälter mit Schutzelementen versehen werden, die abwechselnd aus mit einem wärmeisolierenden leit^tenj^aterial gefüllten Zonen und Zonen, die ein schwereres Material mit höherer mechanischer Widerstandsfähigkeit enthalten, bestehen und deren Verteilung der Forir des Behälters angepaßt ist.

Insbesondere ist die Verteilungsdichte der das schwerere Material mit höherer mechanischer Widerstandsfähigkeit enthaltenden Zonen proportional der Krümmung der Wand des Behälters.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Neuerung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung verschiedener nur als Beispiele angegebener Ausführungsformen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen. Hierin zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt sines abgeschirmten Behälters mit Bleiwand, der neuerungsgemäß abwechselnde Zonen besitzt, die jeweils seine Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeeinwirkungen bzw. Stoßeinwirkungen gewährleisten; Fig. 2 ein Schnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform; Fig. 3 ein Schnitt durch eine weitere abgewandelte Ausführungs-

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Pig. 4 und 5 svei schematische schnitte eines Schutsnantels in |! Verbindung mit einem abgeschirmten Behälter von an sich

Üblicher Bauweise. t!

Vie aus Fig. 1 ersichtlich, besitzt der neuerungsgemäfie abgeschirmte Behälter 1 zum Transport radioaktiver Gegerstände eine dicke Bleiwand 2, die von einer Hülle 3 umgeben ist, die insbesondere aus Stahlblech besteht. In der Mitte der Wand 2 ist ein Platz 4 vorgesehen, in den ein beliebiges radioaktives Element oder Produkt 5 eingeführt werden kann, wobei der Hohlraum 4 nor« malerweise durch einen Schutzstopfen 6 verschlossen ist, der ebenfalls eine geeignete Schichtdicke Blei 8 enthält und durch eine HUlIe 7 begrenzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel vird der schutz gegen eine Temperaturerhöhung mittels eines wäraeisolierenden Materials erreicht, beispielsweise Steinvolle in Form eines dichtgepreßten Filzes, eine Zusammensetzung von Asbest und einer hohen Dosis Zement oder ein wassergetränktes Produkt. Dieses Material ist in der Schicht der Bleiwand 2 in Berührung mit der Metallhülle 3 verteilt und besitzt entweder die Form zylindrischer Streifen 9, welche rings am Behälter 1 umlaufen oder die Form von im sphärischen Teil der Hülle 3 an den Enden des Gefäßes 1 in regelmäßigen Abständen verteilten Blöcken 10. In beiden Fällen (Kreisbänder 9 oder Blöcke 10) ist das wärmeisolierende Material an der Metallhülle 3 vor dem Eingießen des Bleis 2 durch Ankleben oder mittels Blechhaken oder Blechschellen 11 im Fall der Streifen 9 oder mittels Kreuzbändern 12 im Fall von Blöcken 10 befestigt, wodurch insbesondere nach einer solchen Befestigung des Isoliermaterials das Eingießen des Bleis nach einem an sich üblichen Yerfahreiusrfolgen kann.

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Die Vervendung des so in Berührung nit der Abschirmwand 2 verteilten Isoliermaterials gewährt dem Behälter einen wirksamen Schutt gegen Stöße und Brandeinvirkungen· Beispielsweise kann bei einem heftigen Stoß, der zu einem Eindrücken des Metal1-blechs 3 führt, das Blei der Abschirmwand seinerseits eine Verformung erfahren» die praktisch frei in den Bereichen erfolgen *cann, wo das Wärme* isoliermaterial angeordnet ist, da dessen Dichte im allgemeinen gegenüber der Dichte des Bleis sehr gering ist.

Das Blei kann unter diesen Bedingungen teilweise den Platz der Wärmeisolation einnehmen und sorgt seinerseits für eine Bremsung ohne lange Verzögerung, wodurch der Bruch des Behälters vermieden wird. Umgekehrt sorgen bei verhältnismäßig schwachen Stößen, wie sie unvermeidbar bei der Handhabung des Behälters auftreten» die unmittelbar mit der Hülle 3 in Berührung stehenden Zonen seiner Abschirmvand 2 für eine geeignete Lagerung der Bleinasse in Inneren dieser Hülle, an der sie sich in regelmäßiger Weise abstutzt.

Außerdem überträgt die Blechhülle 3, wenn sie infolge insbesondere eines Brandes außerhalb des Behälters auf eine hohe praktisch gleichförmige Temperatur erhitzt wird, infolge ihrer eigenen Wärmeleitfähigkeit einem bestimmten WärmefluB in Richtung der bleigefüllten Bereiche, mit denen sie in unmittelbarer Berührung steht. Nur diese Zonen, die untereinander Wärmebracken bilden, führen zur allgemeinen Erwärmung der Bleimasse» da die übrigen Zonen, wo das Wärmeisolationsmaterial angeordnet ist, nur einem sehr geringen oder zu vernachlässigenden Wärmefluß ausgesetzt i sind. Es ergibt sich daraus eine entsprechend begrenzte Erwärmung, wodurch man bei einer geeigneten Verteilung dieser Zonen

im Hohlraum 4 eine annehmbare Temperatur behalten kann· Venn jedoch bestimmte nicht wärmegeschützte Zonen infolge einer tibermäßigen Erhitzung bis auf die Schmelztemperatur der Bleis gebracht werden» kann dieses sofort in benachbarte Bereiche des Wärmeisoliermaterials geringer Dichte auslaufen. Die so durch Ausladen des Bleis leerverdenden Bereiche bilden ihrerseits sofort vieder eine teilweise Wärmeisolierung, da in ihnen die Wärmeübertragung nur durch Strahlung erfolgt.

Wie ersichtlich, kann man so durch eine geeignete Verteilung de» Isoliermaterials im Bereich des eigentlichen Schutzmaterials das gesamte gestellte Problem lösen, wobei diese Verteilung im wesentlichen darin besteht, in Abhängigkeit von der allgemeinen Form des Behälters, seiner Oberfläche, der Art des Isoliermaterials und der Bleimenge abwechselnd Wärmeisolationszonen und Zonen mechanischer Widerstandsfähigkeit anzuordnen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsform ist eine andere Möglichkeit der Ausbildung der Wärmeisolationszonen in Berührung mit der äußeren Metallhülle 3 gazeigt· In diesem Fall besitzt die Wärmeisolation die Form einer durchgehenden Schicht 13, die sich an der Hülle 3 abstützt und eine bestimmte Anzahl von Löchern 14 regelmäßig über ihre Fläche verteilt besitzt, wodurch das später in diese Hülle gegossene Blei mit der Hülle nur über eine verringerte Oberfläche in Berührung kommen kann, die durch die Wärmeisolationsschicht 13 begrenzt wird.

In einer abgewandelten Ausführungsform, die in Figl 3 gezeigt ist, besitzt der Behälter 15 eine allgemein zylindrische Form und wie im Beispiel der Fig. 1 eine äußere Hülle 16, insbesondere

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aus Stahlblech, die sine genügend dicke Schicht 17 eines Schutsmaterials, vie Blei, enthält, das eine biologische Abschirmung gegenüber den radioaktiven Produkten bildet, die in einem in der Mitte des Behäl&s vorgesehenen und durch einen Stopfen 19 verschlossenen Hohlraum 18 angeordnet sind. Bei dieser abgewandelten Ausführungsform besitzt die Bleivand 17 eine bestimmte Zahl zylindrischer Bohrungen 20, die durch zylindrische Hülsen 21 begrenzt werden und rings umdie Achse des Behälters regelmäßig verteilt sind, so daß das Eingießen des Bleis in die Hülle 16 nach einem üblichen Verfahren erfolgen kann. Die Hülsen 21 sind normalerweise an ihren beiden Enden offen und nach Abnehmen von Schutzkappen 22,23 zugänglich. Die Bohrungen 20 werden anschliessend zum Einsetzen von Wärmeisolationsmaterial 24 benutzt, das ähnlich vie das des Beispiels der Fig. 1 sein kann oder auch ein poröses wassergetränktes Material, das insbesondere einen Wärmeschutz durch Zustandsänderung bevirkt. Schließlich sind an den Enden der Bohrungen 20 Stopfen 25 und 26 befestigt, die aus einem schmelz- oder brennbaren Material bestehen, um das Entweichen von Gasen zu ermöglichen, die bei einem zur Erhitzung des Materials 24 führenden Brand erzeugt werden. Außerdem besitzt der Behälter 15 in Berührung mit der Metallhülle 16 bei einer Ausführungsform Bänder 27 aus dem gleichen oder einem ähnlichen Wärmeisolationsmaterial, die in mit geeigneten Abständen aufeinanderfolgenden Bereichen verteilt sind. Dadurch kann bei einem Wärmestoß der Bereich bei gleicher Temperatur gehalten werden, der von dem den Bohrungen 20 einbeschriebenen Zylinder begrenzt wird. Es sei bemerkt, daß bei dieser abgewandelten Ausführungsform das Ende der Bohrungen 20 dauernd zugänglich ist und der Zustand des darin enthaltenen Wärmeisolationsmaterials

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tibervacht oder dieses ersetzt werden kann.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen enthalten die Schutzbehälter unmittelbar die Wärme« und StoßSchutzelemente. Es erweist sich jedoch als notwendig, die gesamte Oberfläche des Behälters zu isolieren, wenn das Verhältnis Oberfläche/Blasse sehr groß ist, während die Neuerung auch für übliche Behälter anwendbar ist, vorausgesetzt! daß diese mit einer Außenwand umgeben werden, welche die Schutzelemente enthält* So ist bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel ein abgeschirmter Schutz- und Transportbehälter 28 für radioaktive Gegenstände von an sich bekannter Bauart gezeigt. Zum Schutz gegen Stöße und Brandeinwirkung ist ·' dieser Behälter 28 im Inneren einer Kammer oder eines cSchutzmantels 29 von im ganzen Kugelform angeordnet, der aus zwei konzentrischen Stahlschalen 30,31 besteht, zwischen denen jeweils miteinander abwechselnd stoßschluckende Elemente 32 und feuerhemmende Elemente 33 angeordnet sind. Die stoßhemmenden Elemente bestehen vorzugsweise aus Holzblöcken, die nur bei Einwirkung f einer Kraft zusammengedrückt werden können, die um etwa das ^: Hundertfache größer ist als das Gewicht des im Schutzmantel 29 enthaltenen Behälters 28. Die feuerhemmenden Elemente 33 sind wie in dem obigen Beispiel aus einem geeigneten Wärmeisolationsmaterial hergestellt, das gegebenenfalls seinen Aggregatzustand verändert und zwischen den Schalen 30 und 31 in den die Holzblock 32 voneinander trennenden Räumen angeordnet ist. Außerdem erfolgt die Festlegung des Behälters 28 im Inneren des Schutzmantels 29 i mittels Keilen 34, die vorteilhafterweise aus Kautschukschaumstoff oder einem entsprechenden anderen Material bestehen und jede wesentliche Relativbewegung des Behälters in seinem Schutz-

mantel verhindern, jedoch Relativbevegungen geringer Schwingungsamplitude, vie sie infolge von Schwingungen oder schwachen Stößen auftreten, zulassen. Die Verteilung der stoßdämpfenden Holzblöcke 32 ist so gewählt» daß das Zerdrücken von mindestens einem von ihnen nur unter den höchsten Beanspruchungen erfolgen kann· die von den zu erfüllenden Vorschriften vorgesehen sind.

Eine weitere Besonderheit der Bauweise de Schutzmantels 29 besteht darin, daß dieser zwei konische Plansche 35 und 36 besitzt, die einander berühren und durch Schrauben 37 miteinander fest verbunden sind. Durch diese geometrische Ausbildung kann die Wärmebrücke zwischen diesen Planschen verringert und bei einem radialen Stoß ein Eindrücken mit geringerer Deformation erreicht werden, das keinerlei Aufreißen zurfolge hat und infolgedesssen die Gefahr einer öffnung des Schutzmantels verringert. Bs sei bemerkt, daß die konische Auflagefläche der Flansche aufeinander dennoch bei einem Stoß mit axialer Komponente einem Kammstoß unterworfen ist. Um diesen Nachteil zu beheben, sind Anschläge 38 vorgesehen, welche die aufgenommene Bewegung begrenzen, um den Bruch der Bolzen 37 zu vermeiden, die ihrerseits in Löchern mit einen großen Spiel montiert sind, um eine erhebliche Relativverschiebung zu ermöglichen, bevor Abscheren eintritt.

Eine weitere Besonderheit betrifft die Montage des Schutzmantels 29 auf Füßen 39, die so ausgebildet sind, daß sie in ihren Berührungsbereichen mit dem Schutzmantel keinerlei harten Punkt aufweisen. Zu diesem Zweck sind die Füße aus einem verhältnis-¹ mäßig zerbrechlichen Holz so geschnitten, daß sie im Fall von Stößen sofort zerbrechen und die dabei auftretenden Splitter

auseinanderfallen. Zu diesemZweck ist die Faser des Holzes der Füße senkrecht zur Oberfläche des Schutzmantel 29 gerichtet» während in der Gegend ihres Schwerpunkts ein Loch «40 vorgesehen ist, um ihr Zersplittern senkrecht zur Faserrichtung su bewirken.

Schließlich zeigt Fig. 5 eine abgewandelte Ausfuhrungsform, die für den Fall bestimmt ist, daß der im Schutzmantel 42 enthalten« Behälter 41 eine zylindrische Form besitzt. Es sei bemerkt, daß in diesem Fall die Verteilung der als stoßhemmende Elemente dienenden Holzblöcke 43 in den sphärischen Teilen des Schutzmantels 42 dichter als in den zylindrischen Teilen ist, um die Stöße in der Nähe der Ecken 44 des Behälters 41 besser zu dämpfen' Die Zentrierung des Behälters erfolgt mittels Keilen 45 aus geschäumtem Kautschuk oder entsprechendem Material, während in der Doppelhttlle des Schutzmantels 42 die Holzblocke 43 durch eine geeignete Füllung eines Wärmeisolationsmaterials 46 voneinander getrennt sind.

Claims (1)

1. Schutzansprüche

   1.) Abgeschirmter Behälter, insbesondere zum Transportieren radioaktiver Produkte, gekennzeichnet durch Schutzelemente» die aus entsprechend der Form des Behälters und abwechselnd angeordneten Zonen, die mit einem leichten Wärmeisolationsmaterial gefüllt sind, und Zonen, die ein schwereres Material mit hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit enthalten, bestehen.

   2.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Verteilung der das schwerere Material mit höherer mechanischer Festigkeit enthaltenden Zonen proportional der Krümmung der Wand des Behälters ist.

   3.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die das schwerere, mechanisch widerstandsfähigere Material enthaltenden Zonen zur Abschirmungswand des Behälters

   4«) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schwerere Material Blei isty

   5.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende leichtere Material in Form von in der Abschirmungswand des Behälters vorgesehenen Volumina vorliegt, die mit einer dieAbschirmungswand außen umgebenden RUlIe in Berührung stehen.^

   6.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina aus Streifen bestehen.

   7.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Volumina aus Klötzen bestehen. /

   8.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeich«· net, daB die Volumina aus leichtem värmeisolierendeaunMaterial an | der Hülle mittels Klammern befestigt sind, bevor das schwerer«, mechanisch widerstandsfähigere Material eingegossen

   9·) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das värmeisolierende leichte Material in Form einer in Berührung mit der Hülle befindlichen durchgehenden Schicht vorliegt, die in ihrer Oberfläche regelmäßig verteilte Löcher besitzt, durch welche das schwerere, mechanisch widerstandsfähigere Material mit der Hülle in Berührung steht./

   10.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er eine allgemein zylindrische Form besitzt, wobei die Abschirmungswand rings um ihre Achse regelmäßig verteilte Bohrungen aufweist, die zum Einsetzen von wärmeisolierendem leichten Material bestimmt sind. /

   11.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende leichte Material aus einem wassergetränkten Material besteht·

   12.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeisolierende leichte Material aus einem Produkt besteht, das einen bei Erwärmung seinen Aggregatzustand verändernden Stoff enthält« I

   13.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im Inneren eines unabhängigen äußeren Schutzmantels angeordnet ist, der von zwei konzentrischen Schalen begrenzt wird, zwischen denen abwechselnd Elemente aus wärmeisolierendem leichten Material und Elemente aus schwererem, mechanisch widerstandsfähigerem Material angeordnet sindJ

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   14·) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente aus schwererem, mechanisch widerstandsfähigerem Material aus Holzblöcken bestehen. /

   15·) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 13» dadtir&h gekennzeichnet, daß der Außenschutzmantel auf HolzfUßen ruht, deren Paserrichtung senkrecht zur Oberfläche des Schutzmantel verläuft und die in der Nähe ihres Schwerpunkts mit einem Loch versehen sind·

   16.) Abgeschirmter Behälter nach Anspruch 13» dadurch gekennzeich net, daß er mittels Keilen aus elastischem Material gehalten ist, die gegebenenfalls in der Nähe von Ecken angeordnet sind, die von der Abschirmungswand des Behälters gebildet werden· /