DE69413259T2

DE69413259T2 - Einen schmiedestahlkörper mit einem nichtkreisförmigen schnitt enthaltende kernbrennstoffelementverpackung

Info

Publication number: DE69413259T2
Application number: DE69413259T
Authority: DE
Inventors: Yves F-92190 Meudon Brachet; Bernard F-91190 Gif-Sur-Yvette Kirchner
Original assignee: Societe pour les Transports de lIndustrie Nucleaire Transnucleaire SA
Current assignee: TN International SA
Priority date: 1994-03-24
Filing date: 1994-03-30
Publication date: 1999-04-08
Anticipated expiration: 2014-03-31
Also published as: KR970700921A; ES2122265T3; ZA952420B; JPH09510545A; FR2717945B1; EP0752150B1; CZ274496A3; FR2717945A1; EP0752150A1; KR100315717B1; TW265448B; US5844245A; WO1995026029A1; JP3502100B2; DE69413259D1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Verpackung oder einen Behälter zum Transport oder zur Lagerung von Kernbrennstoffelementen, wobei die Verpackung einen geschmiedeten Metallkörper - in der Regel aus Schmiedestahl - umfaßt, der einen Hohlraum abgrenzt, in welchen die Kernbrennstoffelemente eingelagert werden.
Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zu ihrer Herstellung.

Stand der Technik und Aufgabenstellung

Kernbrennstoffelemente sind gewöhnlich prismen- oder zylinderförmig mit oftmals quadratischem (z. B. PWR, BWR, usw.), mitunter sechseckigem (VVER usw.) und manchmal kreisförmigem Querschnitt (CANDU, RBMK, usw.).
Ein Problem des Verpackungsgestalters besteht darin, unter Berücksichtigung der gültigen Vorschriften eine größtmögliche Zahl Brennstoffelemente im Hohlraum der Verpackung unterzubringen. Die Verpackung muß insbesondere folgende Merkmale aufweisen:
- eine ausreichende Abschirmung gegen die Strahlungen der enthaltenen radioaktiven Stoffe;
- eine ausreichende mechanische Festigkeit und Abdichtung, um auch unter Störfallbedingungen den sicheren Einschluß der enthaltenen radioaktiven Stoffe zu gewährleisten;
- eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit, damit die Wärme, die von den im Hohlraum gelagerten Brennstoffelementen eventuell abgegeben wird, zum Verpackungskörper abgeführt werden kann, so daß das Temperaturniveau in Grenzen gehalten wird.
Außerdem muß zwecks Kompatibilität mit den Einrichtungen der Versorgungsanlagen (Reaktoren, Einrichtungen zur Zwischenlagerung, Wiederaufbereitungsanlagen, Transportmittel) auch das Gewicht der Verpackung und ihr Platzbedarf begrenzt werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Verpackung mit einem Hohlraum, dessen Querschnittsform der Form der Brennstoffelemente angepaßt ist, und mit einem Körper, der formmäßig so ausgebildet ist, daß eine Lagerung mehrerer Verpackungen nebeneinander so wenig Platz wie möglich beansprucht.
Unter diesem Gesichtspunkt ist die Verwendung einer Verpackung beispielsweise mit einem Hohlraum kreisförmigen Querschnitts zur Einlagerung von Brennstoffelementen quadratischen Querschnitts nicht vollständig zufriedenstellend. Auch sind Verpackungen, bei denen die Außenfläche des Körpers einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, nicht immer zufriedenstellend.
Es gibt mehrere Techniken zur Herstellung metallischer Verpackungen Gußeisenverpackungen (gegossen), Stahl/Stahl-Mehrschichtverpackungen (gerollt und geschweißt), Bleiverpackungen (Bleiguß zwischen zwei Behältern aus gerolltem und geschweißtem Stahl), Schmiedestahlverpackungen (geschmiedeter und mit der Drehmaschine bearbeiteter Ring).
Diese Techniken, die auf Rotationsverfahren um eine Achse beruhen (Rollen von Blechen, Schmieden von Ringen, Bearbeitung auf der Drehmaschine, usw.) sind für die vorstehend genannte Aufgabe der kompakten Lagerung wenig geeignet.
Andererseits können mit den Techniken, die auf Verfahren wie dem Gußverfahren beruhen, prinzipiell zwar Verpackungen nichtkreisförmigen Querschnitts hergestellt werden, jedoch ist es aus Gründen, die mit dem Gesundheitszustand des gegossenen Materials zusammenhängen, oftmals ratsamer, kreisförmige Verpackungen zu verwenden, die eine bessere Kontrolle der Abkühlungsbedingungen ermöglichen.
In dem Patent GB 2 003 782 ist z. B. ein Transport- und Lagerungsbehälter für radioaktiven Abfall aus Gußeisen oder Gußstahl mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt beschrieben.
Erwähnenswert ist auch das Patent FR 2 563 652, in dem ein Schutzmantel mit zwei höchstens 4 mm starken Stahlwänden beschrieben wird, zwischen denen sich ein dünne, Neutronen absorbierende Schutzwand befindet; die quadratische Form des Schutzmantels wird durch plastische Verformung der Stahlwände erhalten.
Die Anmelderin hat sich somit mit der Entwicklung von Verpackungen beschäftigt, die einen Gewichts- und Platzgewinn im Verhältnis zur Menge der dort gelagerten Brennstoffelemente aufweisen und gleichzeitig die geforderten Bedingungen bezüglich Abschirmung, Wärmeleitfähigkeit und mechanischer Festigkeit erfüllen.

Beschreibung der Erfindung

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Kernbrennstoffelementverpackung mit einem dicken zylinderförmigen Körper aus Schmiedestahl, der einen Hohlraum abgrenzt, in den die Kernbrennstoffelemente eingelagert werden sollen, wobei der Hohlraum an seinen beiden Enden durch ebenfalls metallische Stopfen dicht verschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zylinderförmigen Körpers nichtkreisförmig ist.
Die erfindungsgemäße Verpackung umfaßt somit einen zylinderförmigen Metallkörper mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt. Mit anderen Worten sieht der Querschnitt wie ein Kranz aus, dessen Innen- und Außenumfang nicht die Form eines Kreises aufweist, sondern in der Regel Segmente von Geraden enthält; der Innen- und Außenumfang hat z. B. die Form eines konzentrischen Vierecks oder eines anderen regelmäßigen Vielecks, dessen Ecken abgerundet sein können.
Dies hängt damit zusammen, daß ausgehend von einem dicken Metallring, der einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und einen inneren Hohlraum abgrenzt, in den die Brennstoffelemente eingelagert werden sollen, auf der Außen- und/oder Innenwand des Ringes eine oder mehrere Abflachungen ausgebildet wurden, wobei die Abflachungen in der Regel symmetrisch auf dem Außen- und Innenumfang angeordnet sind und einander gegenüberliegen. Dazu wurden die Abflachungen durch Schleifen auf der gesamten Höhe der Außenwand realisiert, und/oder innen im Hohlraum wurde mindestens ein Möndchen vorgesehen, das eng an der Innenwand des Hohlraums anliegt und dort befestigt ist. Diese Möndchen haben einen Querschnitt, der einerseits durch einen Kreisbogen gleichen Durchmessers wie die Innenwand des Hohlraums und andererseits durch eine Sehne gebildet ist, die dem Kreisbogen gegenüberliegt und somit eine ebene Fläche der Hohlrauminnenwand darstellt.
Es können 2, 4 oder 6 Abflachungen vorgesehen sein; der Außen- oder Innenumfang des Kranzes hat dann die Form eines Vierecks oder Rechtecks bei 4 Abflachungen oder eines Sechsecks bei 6 Abflachungen.
Die Dicke des zylinderförmigen Metallkörpers nichtkreisförmigen Querschnitts ist in allen Punkten ausreichend, um eine spezifikationsgerechte Abschirmung zu gewährleisten. Sie beträgt in der Regel mehrere Dutzend Zentimeter.
Man sieht, daß sich die Form des inneren Hohlraums an die Art der dort einzulagernden Brennstoffelemente anpassen läßt. So wird beispielsweise bei Brennstoffelementen viereckigen Querschnitts vorzugsweise ein Hohlraum viereckigen oder rechteckigen Querschnitts mit im allgemeinen abgerundeten Ecken gewählt, wodurch sein Füllfaktor erhöht werden kann (weniger verlorener Raum als bei einem Hohlraum mit kreisförmigem Querschnitt).
Durch Abflachungen auf der Außenwand des zylinderförmigen Körpers, wobei die Abflachungen in der Regel den ebenen Flächen der Innenwand gegenüberliegen, wird gleichzeitig - unter Beibehaltung einer ausreichenden Abschirmung und mechanischen Festigkeit - das Gewicht und der Platzbedarf der Verpackung reduziert; außerdem wird durch ihre äußere Form die Lagerungsdichte der Verpackungen pro m² erhöht.
Der Hohlraum im Innern des zylinderförmigen Metallkörpers wird gewöhnlich an seinen beiden Enden verschlossen, und zwar an einem Ende durch einen angeschweißten Boden mit oder ohne Bewehrung und am anderen Ende durch einen abnehmbaren Deckel.
Da der Ausgangsring kreisförmigen Querschnitts verändert werden muß, um den erfindungsgemäßen zylinderförmigen Körper zu erhalten, besteht er gewöhnlich aus Schmiedestahl.
Infolgedessen ist der zylinderförmige Körper in gleicher Weise ausgebildet.
So wurde die Außen- und Innenwand des Schmiedestahlrings koaxial mit der Drehmaschine bearbeitet, um zunächst einen zylinderförmigen Körper kreisförmigen Querschnitts herzustellen; dann wurde die Außenwand geschliffen, um mindestens eine Abflachung auf der gesamten Höhe des Ringes und vorzugsweise 2, 4 oder 6 paarweise parallel und ebenfalls paarweise symmetrisch zur Achse des zylinderförmigen Körpers verlaufende Abflachungen zu erzeugen.
Es werden vorzugsweise 2, 4 oder 6 Möndchen vorgesehen, die alle identisch sind oder nicht und deren Sehnen paarweise parallel und ebenfalls paarweise symmetrisch zur Achse des zylinderförmigen Körpers verlaufen.
Die Innenwand des Ringes und die Möndchen können mit einer Metallschicht, z. B. einer nach dem Schoopchen Metallspritzverfahren realisierten Al-Zn- Schicht überzogen sein.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt eine erfindungsgemäße Verpackung.
Fig. 2 zeigt im einzelnen die Schraubbefestigung eines Möndchens auf der Innenwand des zylinderförmigen Körpers.
Fig. 1 zeigt:
- bei (1) den zylinderförmigen Metallkörper der Verpackung mit einem nichtkreisförmigen Querschnitt:
- bei (2) den inneren Hohlraum der Verpackung;
- bei (3) den dicken Ausgangsring, auf dessen Außenwand (4) Abflachungen (5) durch Schleifen erzeugt wurden,
- bei (6) die Ringinnenwand, auf der Möndchen (7) befestigt wurden, deren Querschnittsumfang im wesentlichen einen Kreisbogen (8) gleichen Durchmessers wie der durch die Innenwand (6) begrenzte innere Hohlraum (2) aufweist, wobei dem Kreisbogen (8) eine Sehne (9) gegenüberliegt, die somit eine ebene Fläche des inneren Hohlraums (2) darstellt.
Daraus geht hervor, daß der zylinderförmige Körper der Verpackung mit den Abflachungen (5) und den Möndchen (7) und deren gegenüberliegenden, parallel zu den Abflachungen (5) verlaufenden Sehnen (9) eindeutig einen nichtkreisförmigen Querschnitt aufweist.
Die Maße der Abflachungen und Möndchen sind veränderbar und können den Brennstoffelementen, die in den Hohlraum (2) eingelagert werden sollen, angepaßt werden, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß die Dickenabmessungen des zylinderförmigen Körpers die Anforderungen bezüglich Abschirmung und mechanischer Festigkeit erfüllen.
Fig. 2 zeigt den Körper des Ringes (3) und das Möndchen (7), das mittels Schrauben (10) an der Innenwand (6) des Ringes befestigt ist.

Claims

1. Verpackung für Kernbrennstoffelemente, umfassend einen dicken zylinderförmigen Körper aus Schmiedestahl, der einen Hohlraum abgrenzt, in den die Kernbrennstoffelemente eingelagert werden sollen, wobei der Hohlraum auf Wunsch an seinen beiden Enden durch ebenfalls metallische Stopfen verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zylinderförmigen Körpers nichtkreisförmig ist.

2. Verpackung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtkreisförmige Querschnitt aus einem Ringkreis gebildet ist, auf dessen Außen- und Innenumfang eine oder mehrere Abflachungen realisiert werden.

3. Verpackung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen symmetrisch auf dem Außen- und Innenumfang angeordnet sind und die Abflachungen auf dem Außen- und Innenumfang einander gegenüberliegen.

4. Verpackung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 2, 4 oder 6 Abflachungen vorgesehen sind und der Außen- oder Innenumfang in den beiden letzten Fällen die Form eines Vierecks oder eines Rechtecks (bei 4 Abflachungen) oder eines Sechsecks (bei 6 Abflachungen) mit abgerundeten Ecken hat.

5. Verpackung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand des Hohlraums mindestens ein Möndchen befestigt ist, dessen Querschnitt einen Kreisbogen gleichen Durchmessers wie der Hohlraum mit einer gegenüberliegenden Sehne aufweist, wobei das Möndchen eng an der Wand des Hohlraums anliegt und die Sehne mit einer inneren Abflachung übereinstimmt.

6. Verfahren zur Herstellung einer Verpackung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem dicken Metallring kreisförmigen Querschnitts die Außen- und Innenwand koaxial mit einer Drehmaschine bearbeitet wird, um zunächst einen zylinderförmigen Körper kreisförmigen Querschnitts herzustellen, dann die Außenwand geschliffen wird, um mindestens eine Abflachung auf der gesamten Höhe des Ringes zu erzeugen und im Hohlraum gegen die Innenwand des zylinderförmigen Körpers mindestens ein Möndchen befestigt wird, dessen Querschnitt einen Kreisbogen gleichen Radius wie die Innenwand (d. h. der Hohlraum) mit einer gegenüberliegenden Sehne aufweist, wobei die Abflachung bzw. die Abflachungen paarweise parallel zur Sehne bzw. zu den Sehnen verlaufen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand zwecks Erzeugung von 2, 4 oder 6 Abflachungen geschliffen wurde, die paarweise parallel und ebenfalls paarweise symmetrisch zur Achse des zylinderförmigen Körpers verlaufen, und 2, 4 oder 6 Möndchen befestigt werden, deren Sehnen paarweise parallel und ebenfalls paarweise symmetrisch zur Achse des zylinderförmigen Körpers verlaufen.

8. Verpackung nach Anspruch 5 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Möndchen durch Verschraubung an der Innenwand befestigt werden.

9. Verpackung nach einem der Ansprüche 4 oder 8 oder hergestellt nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand und die Möndchen mit einer Metallschicht aus Al-Zn überzogen sind.