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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Strahlenschutzvorrichtung, die an der Außenseite von Behältern für den Transport
oder für
die Lagerung von radioaktiven Stoffen angebracht wird, um für deren Sicherheit
zu sorgen.
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Stand der Technik
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Die Behälter für radioaktive Stoffe umfassen in
der Regel einen Schutzmantel großer Höhe mit einem zylindrischen
Körper
und Verschlußeinrichtungen,
die ihn an seinen beiden Enden dicht abschließen; im inneren, derart begrenzten
Raum befinden sich die besagten radioaktiven Stoffe, insbesondere abgebrannte
Brennelemente oder eingeglaste Abfälle.
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Dieser Mantel muss selbst größten mechanischen
Beanspruchungen standhalten können,
biologischen Schutz gegen Strahlung bieten und gewährleisten,
dass die von den radioaktiven Stoffen abgegebene Wärme abgeführt werden
kann.
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Gewöhnlich besteht der zylindrische
Körper im
Wesentlichen aus einem dicken Metallmantel, zum Beispiel aus Gußstahl oder
geschmiedetem Stahl, aus Flußstahl
oder aus einer sandwichartigen Aufschichtung verschiedener Metalle;
die Dicke des Körpers
kann mehrere Zehn Zentimeter und das Gewicht des Behälters 100
bis 150 Tonnen erreichen.
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Der Körper besitzt an seiner Außenfläche in vielen
Fällen
Kühlrippen,
um eine bessere Wärmeabfuhr
an die Umgebung zu gewährleisten.
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Die Kühlrippen können durch Bolzen oder durch
Schweißen
angebracht oder schon beim Gießen
des Behälters
gleichzeitig mit ausgeformt werden.
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Der dicke Metallkörper gewährleistet den größten Teil
des biologischen Schutzes, ist aber im Allgemeinen nicht ausreichend,
um einen vollkommenen Neutronenschutz sicherstellen zu können.
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Um diesen Neutronenschutz zu verbessern, trägt man daher
bekanntlich auf dem Körper
ein Neutronenabsobermaterial auf, zum Beispiel leichte Festharze,
die im Allgemeinen zwischen die Kühlrippen gegossen werden, wobei
diese eine ausreichende Abmessung behalten, um die Wärmeabfuhr
sicherzustellen.
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Um eine Alterung dieser Harze zu
vermeiden, ist es ebenfalls bekannt, dass man sie - zur Abschirmung
von der äußeren Atmosphäre - in
geschlossene Behälter
oder Gehäuse
einbringt, die sich auf dem Körper
befinden und mit Kühlrippen ausgestattet
sind.
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So beschreibt die Anmeldung GB 2033287 das
Anwendungsprinzip solcher um den Körper des Behälters herum
angeordneter hohlen Gehäuse
aus gut wärmeleitendem
Material, die mit Neutronenabschirmaterial befüllt und mit Kühlrippen
versehen sind. Diese Gehäuse
sind so ausgebildet, dass sie sich, nebeneinander angeordnet, gegenseitig überlappen;
sie sitzen auf austauschbaren Ringen, die die äußere Oberfläche des Behälters umschließen und damit
nicht direkt auf dem Behälter.
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Die Anmeldung FR 2521764 beschreibt
eine spezielle Ausführungsart,
mit der die Abschirmung mit Hilfe von Gehäusen erreicht wird, die mit
Neutronenabschirmmaterial befüllt
sind in der Weise, wie eben erwähnt.
Die Gehäuse
sind aus längsseitig
offenen Profilen großer
Länge hergestellt,
deren Querschnitt V-förmig
mit einem an der Spitze stumpfen Winkel ist. Die Profile sind parallel
zur Behälterachse nebeneinander
und in engem Wärmekontakt
zum Metallmantel angeordnet und anschließend mit dem Mantel und untereinander
so verschweißt,
dass sie die geschlossenen Behälter
von großer
Länge bilden.
Die Gehäuse
sind an ihrer Außenseite
mit Kühlrippen
versehen.
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Nachdem die Gehäuse auf dem Metallmantel angebracht
sind, werden sie anschließend
einzeln mit neutronenabsorbierendem Harz befällt, das an ihrem offenen Ende
eingegossen wird.
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Obgleich diese Behälter ihre
Schutzfunktion und die Funktion, das Material aufzunehmen, welches
eine Neutronenabschirmung gewährleistet,
erfüllen,
ist ihre Herstellung doch zeitaufwendig und teuer. Denn es sind
eine große
Anzahl von Schweißvorgängen nötig, und
das Befüllen
der Gehäuse, während diese
bereits auf dem Behältermantel
angebracht sind, erfordert zahlreiche und schwierige Bewegungen
einer sehr schweren Masse (bis zu 100 bis 150 t, wie bereits erwähnt) und
hat eine bedeutende Verlängerung
der Herstellungsdauer zur Folge.
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Deshalb hat die Anmelderin eine Abschirmungsvorrichtung
mittels Gehäusen
gesucht, die einfacher herzustellen ist, um dadurch die Kosten reduziert
und auch um die Sicherheit bei der Herstellung der Gehäuse, ihrer
Anbringung direkt auf dem Mantel und ihrer Befüllung mit Material, das die Strahlung
absorbiert, zu verbessern, während
gleichzeitig der Wärmekontakt
und die Wärmeabfuhr
verbessert wird. Sie hat außerdem
ein Verfahren zur Anbringung dieser Abschirmungsvorrichtungen gesucht,
das einfacher und sicherer ist.
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Hinzu kommt, was zunehmend der Fall
ist, dass sich der relative Abbrand der Brennstoffe ständig vergrößert und
dadurch der radioaktive Ausstoß der
abgebrannten Brennstoffe und der Abfälle im gleichen Maße anwächst; die
dafür bestimmten
Behälter
benötigen
somit eine verstärkte
biologische Abschirmung. Um den zusätzlichen Neutronenfluss zu
absorbieren, kann man die Dicke des Absorbermaterials erhöhen. Dagegen
kann die Gammastrahlung nicht immer durch einen entsprechend dickeren Stahlmantel
absorbiert werden, was entweder zu Lasten der Behälterkapazität oder seines
Gewichts und seiner Abmessungen gehen würde; diese genannten Merkmale
müssen
jedoch die Voraussetzungen für
einen Transport auf öffentlichen
Wegen erfüllen.
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Deshalb wird bevorzugt, den Mantel
mit Verstärkungen
aus dichtem Metall (zum Beispiel Blei) zu versehen, die zwischen
den Mantel und den Neutronenabsorber gesetzt werden.
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So hat die Anmelderin auch eine einfach
einzusetzende Vorrichtung gesucht, die es ermöglicht, die biologische Abschirmung
der Behälter
zu erhöhen.
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Im Dokument DE-A-36 20 737 wird ein
Behälter,
der für
den Transport und für
die Lagerung von radioaktiven Abfällen bestimmt ist, beschrieben.
Dieser Behälter
umfasst ein Außengefäß aus Gußeisen, das
Graphitkügelchen
enthält
und damit eine Abschirmung gegen Gamma- und Neutronenstrahlen bietet,
sowie ein Innengefäß aus Stahl,
das in einem im Außengefäß vorgesehenen
Hohlraum sitzt und einen Korb enthält, der für die Aufnahme der radioaktiven
Abfälle
geeignet ist. In einem ringförmigen Raum,
der zwischen den beiden Gefäßen vorgesehen
ist, befindet sich eine Anordnung, die gegenüber den Neutronen eine Moderatorfunktion
erfüllt.
Diese Anordnung wird von einer bestimmten Anzahl von in Segmenten
geteilten und übereinanderliegenden Ringen
aus Polyäthylen
gebildet, zwischen denen sich offene, aus Aluminium bestehende,
im Querschnitt H-förmige
Elemente befinden und für
den Halt der beschriebenen Ringe sorgen.
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Schließlich beschreibt das Dokument FR-A-2
454 157 einen Behälter
für den
Transport und die Lagerung von abgebrannten, nuklearen Brennstoffen.
Der Behälter
umfasst ein abgeschirmtes Gefäß, um das
herum ein Rippenkühlmantel
gelegt ist, der aus zwei bis vier untereinander verbundenen Elementen
gebildet ist. Jedes dieser Elemente umfasst zwei konzentrische Abschnitte,
von zylindrischen Mantelwänden,
die untereinander mit wärmeleitenden
Querstreben so verbunden sind, dass längsgerichtete Zellen entstehen,
die an ihren Enden geschlossen und mit einem Neutronenabsorbermaterial befüllt sind.
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Beschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Strahlenschutzvorrichtung für
einen Behälter
zum Transport und/oder Lagerung von radioaktiven Stoffen, umfassend
eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Metallgehäusen, die
mit wenigstens einem Neutronenabsorbermaterial gefüllt sind,
wobei jedes Gehäuse
eine an die Außenfläche des
Behälters
angepasste Innenfläche,
eine Außenfläche sowie
Teile umfasst, die die Innenfläche
und die Außenfläche verbinden,
dadurch gekennzeichnet, dass jedes einzelne Gehäuse ein unabhängiges Rohrprofil
aus einem einzigen, längsseitig
geschlossenen Stück
ist, bei dem die Teile Seitenflächen
sind, die mit den Seitenflächen
der angrenzenden Profile in Kontakt sind, wobei die Vorrichtung
darüber
hinaus Mittel umfasst, mit denen jedes der Profile einzeln an der
Außenfläche des
Behälters
angebracht werden kann.
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Der Behälter umfasst im Allgemeinen
einen dicken, zylindrischen Metallmantel, der eine große Länge hat
und auf dessen Außenseite
eine Mehrzahl von in sich geschlossenen Rohrprofilen oder auch Hohlprofile,
die gemäß der Erfindung
aus einem einzigen Stück
bestehen, angebracht sind.
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Dieses Profil besitzt typischerweise
einen polygonalen geschlossenen Querschnitt vorzugsweise mit vier
den vier Längsseiten
entsprechenden Seitenteilen und kann an seinen Enden geschlossen werden.
Gewöhnlich
wird das Profil durch Fließpressen
hergestellt und besitzt deshalb keine Längsschweißnaht oder ein anderes Verbindungselement. Das
Fehlen einer Längsschweißnaht oder
einer anderen entsprechenden Verbindung verleiht dem Gehäuse eine
vollkommene Dichtigkeit ohne Gefahr, dass sich diese mit der Zeit
verschlechtert und sorgt dafür,
dass in jedem Fall eine Neutronenabschirmung vollständig erhalten
bleibt.
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Das Gehäuse besteht im Allgemeinen
aus Metall, das vorzugsweise gut wärmeleitend ist, wie Aluminium
oder seine Legierungen, Kupfer oder seine Legierungen... Es ist
auf der erwähnten
Außenseite
des Ringmantels parallel zu seiner Achse, gewöhnlich durch eine ßolzenverbindung,
angebracht, damit ein guter Wärmekontakt
zwischen dem genannten Gehäuse
und dem Ringmantel sowie zwischen den aneinander liegenden Gehäusen gegeben ist.
Die Gesamtheit der aneinander liegenden Gehäuse deckt im Allgemeinen die
ganze Außenfläche des
Ringmantels ab.
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Die Außenseite des Gehäuses, die
mit der umgebenden Luft in Berührung
steht, ist vorteilhafterweise mit Kühlrippen ausgestattet, die
entweder gleichzeitig mit dem Profil durch Fließpressen hergestellt oder auf
diesem durch ein anderes Verfahren angebracht werden.
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Der enge Kontakt, der durch die große Berührungsfläche zwischen
dem Profil und dem Ringmantel gegeben ist, ermöglicht eine verbesserte Wärmeabfuhr.
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Das Profil ist mit einem Neutronenabsorbermaterial
befällt,
zum Beispiel mit einem Harz, das einen großen Wasserstoffanteil besitzt.
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Die Erfindung ist jedoch besonders
vorteilhaft, wenn der Schutz vor Gammastrahlung erhöht werden
muß. Es
ist besonders einfach, auf der Innenfläche eines jeden Profils, welches
das Gehäuse
bildet, vor seiner Befüllung
mit Harz und vor seiner Anbringung an dem Behälter mindestens eine Metallplatte
zu befestigen, üblicherweise
aus einem Schwermetall, wie Blei oder seine Legierungen oder aus
einem Stapel von Platten verschiedener Metalle, die so gewählt und
zusammengesetzt sind, dass gleichzeitig ein optimaler biologischer
Schutz und eine gute Festigkeit erreicht werden. Diese Platte wird
so nah wie möglich
auf die Behälterwandung
gesetzt, gewöhnlich
so, dass sie Kontakt zur Profilwand hat, die sich auf dem Ringmantel
abstützt.
Im Allgemeinen verwendet man eine Bleiplatte, die mit einer Schutzplatte
aus Stahl verkleidet ist, um ihre Anbringung zu vereinfachen. Dies
geschieht im Allgemeinen mit Hilfe von Bolzen, die sich durch die
Stahlplatten, Bleiplatten und die Gehäusewand, die an dem Ringmantel
anliegt, bohren. Mit einer solchen Anordnung kann bei einem Aufprall
die Bleiplatte besser an ihrem Sitz gehalten werden, wodurch vermieden wird,
dass sie direkt auf den Gehäusewandungen lastet
und Gefahr besteht, dass diese verformt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren,
mit dem eine Strahlenschutzvorrichtung für den Transport- und/oder Lagerbehälter von
radioaktiven Materialien hergestellt wird, die eine Mehrzahl von
aneinander angrenzenden Metallgehäusen besitzt, die auf der Außenfläche des
Behälters
angebracht sind und mindestens ein Neutronenabsorbermaterial enthält und dadurch
gekennzeichnet ist, dass man mindestens ein biologisches Abschirmmaterial
in das Gehäuse
einbringt und man anschließend
dieses Gehäuse,
welches das biologische Abschirmmaterial enthält, an der Außenwand
dieses Behälters
anbringt.
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Somit ist die Herstellung der Vorrichtung
gemäß der Erfindung
besonders einfach und kann in zwei Schritten vorgenommen werden.
Zunächst reicht
es aus, wahlweise die Bleiplatte und/oder eine Platte aus irgendeinem
anderen Metall anzubringen, dann das genannte Neutronenabschirmmaterial
direkt ins Innere des Profils einzugießen; das so vorbereitete Profil
wird anschließend
am Behältermantel angebracht.
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Man kann auch, nachdem man wahlweise die
Metallplatten im Gehäuse
eingebaut hat, was der schwierigste Vorgang ist, das so ausgerüstete Profil auf
dem Mantel anbringen und das Profil anschließend mit Neutronenabschirmmaterial
befüllen.
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Auch kann man auf konventionellerem
Weg, im Fall, dass keine Metallplatte verwendet wird, zunächst das
Profil anbringen und es anschließend mit Neutronenabschirmmaterial
befüllen.
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Man sieht, dass in allen Fällen keine
einzige Schweißung
erforderlich ist, um den Behälter
längsseits
zu schließen
oder um ihn am Mantel anzubringen, wodurch seine Montage erleichtert
und seine Kosten verringert werden. Die notwendigen Handhabungen
an den Einbauten und beim Befüllen
des Behälters
können
sogar durchgeführt
werden, während das
noch nicht am Mantel angebrachte Profil für sich bearbeitet wird. Die
Handhabungen können
dadurch einfacher und sicherer durchgeführt werden.
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Um eine Bolzenverbindung zwischen
Gehäuse
und Mantel herstellen zu können,
sind auf der Profilfläche,
die der Fläche
gegenüber
liegt, welche am Mantel anliegt, Montageöffnungen angebracht, Öffnungen,
die anschließend
wieder geeignet verschlossen werden. Wenn vorgesehen ist, das Harz
in das Gehäuse
zu füllen,
bevor dieses angebracht wird, ist es vorteilhaft, durch die genannten
Montageöffnungen
hindurch Durchlaßrohre
einzubauen, damit in der Harzfüllung
für die
Herstellung der Bolzenverbindung ein Zugang bleibt; nach der Anbringung kann
dieser Leerraum wieder mit Harz verschlossen werden.
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Man sieht auch, dass die Anbringung
von Bleiplatten in einer Vorrichtung wie der im vorgenannten Patent
FR 2521764 erwähnten,
schwierig durchzuführen
wäre, denn
die entsprechenden Montagevorgänge
müssten
vorgenommen werden, während der
Behälter
bereits mit den genannten Gehäusen ausgerüstet ist.
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1 zeigt
die Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Sie stellt einen Behälter
für radioaktives
Material in Schnittansicht dar und eine detaillierte Teilansicht,
ebenfalls geschnitten, von zwei nebeneinander liegenden Gehäusen gemäß der Erfindung.
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(1) zeigt den dicken Metallmantel,
der gewöhnlich
aus Stahl besteht und der den Behälterkörper bildet, in dessen Hohlraum
(2) die radioaktiven Stoffe lagern. Der Behälter wird
mit Hilfe von auf dem Mantel (1) angebrachten Lagerzapfen
(3), bedient. Eine Mehrzahl von Gehäusen (4) gemäß der Erfindung
deckt die Außenwand
des Mantels (1) ab.
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Jedes von ihnen wird im Wesentlichen
aus einem metallischen Hohlprofil (5) gebildet, das in Längsrichtung
geschlossen ist und vier Seiten von großer Länge umfasst; Kühlrippen
(6) sitzen auf der Außenseite
dieser Profile. Die Innenseite (7) ist der Außenseite
des Mantels (1) angepaßt,
damit ein guter Wärmekontakt
gewährleistet
wird.
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Im Innern eines jeden Gehäuses ist
eine Bleiplatte (8) angebracht, die in Kontakt mit der
Innenfläche
(7) ist; diese Platte ist zum Schutz mit einem Stahlblech
(9) verkleidet. Die Gesamtanordnung aus dem Profil (5)
und den Platten (8, 9) ist auf dem Mantel (1)
mit Hilfe von Bolzen (11) angebracht. Der verbleibende
Innenraum des Profils (5) ist zur Abschirmung der Neutronen
mit einem Harz (10) befällt; (12)
bezeichnet ein Durchlaßrohr,
das die Montage der Bolzenverbindung von der Außenseite des Profils (5)
quer durch das Harz hindurch ermöglicht,
wenn dieses in das Profil (5) eingefüllt wurde, bevor die Bolzenverbindung
hergestellt ist.