JP2005338084A - 沸騰水型原子炉用の原子炉圧力容器蓋 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、カバー冷却システムを有する、沸騰水型原子炉用の原子炉圧力容器蓋（１２）に関する。
【解決手段】少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）は、このカバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタ（２０）と取り外し可能に結合されており、少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）と、このカバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタ（２０）との間の結合個所には密閉手段があって、この密閉手段によって、原子炉の内部空間への冷却水の流出が防止されており、回転防止手段によって、カバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタ（２０）の想像上の縦軸を中心とする少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）の回転が防止されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の沸騰水型原子炉用の原子炉圧力容器蓋に関する。

沸騰水型原子炉では、原子炉の所定の過渡的な状態の場合に、特に開始の際に、原子炉圧力容器蓋の熱的負荷を出来る限り小さく保つため、カバー冷却システムが原子炉圧力容器蓋のために用いられることは周知である。

このようなカバー冷却システムの実施の形態は、原子炉圧力容器蓋の、原子炉内部に向いた側に、複数のコネクタを有し、これらのコネクタにはカバースプレーヘッドが取着されている。これらのコネクタはねじ山を有している。ねじ山には、いわゆるカバースプレーヘッドが螺着されている。しかし、コネクタを通ってカバースプレーヘッドに導かれる冷却水が、このボルト継手を通って、原子炉内部に達することは意図されていない。更に、螺着されたカバースプレーヘッドが、所定の意図された位置に固定されることができなければならない。このことは、知られたカバースプレーヘッドの場合、コネクタとカバースプレーヘッドとの間のボルト継手が溶接継手と密接に溶接されることによって達成される。

所定の作動時間後に、および材料の、機械的および熱的な、特に過渡的な負荷に基づいて、この領域で、材料の疲労現象が生じたことが明らかになった。

この従来の技術を前提にして、本発明の課題は、前記疲労現象が生じないか、従来よりも遅い時点で生じ、更に、カバースプレーヘッドのより簡単な交換が可能である、沸騰水型原子炉用の原子炉圧力容器蓋を提供することである。

この課題は、請求項１に記載の特徴を有する、沸騰水型原子炉用の、本発明に係わる原子炉圧力容器蓋によって、解決される。

従って、本発明に係わる原子炉圧力容器蓋は、少なくとも１つのカバースプレーヘッドが、このカバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタと取り外し可能に結合されており、少なくとも１つのカバースプレーヘッドと、このカバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタとの間の結合個所には密閉手段があって、この密閉手段によって、原子炉の内部空間への冷却水の流出が防止されていること、および、回転防止手段によって、カバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタの想像上の縦軸を中心とする少なくとも１つのカバースプレーヘッドの回転が防止されていることを特徴とする。

コネクタとカバースプレーヘッドとの間の結合の個々の技術的な機能は、種々の技術的な構成要素によって、特に冷却水の流出を防止するパッキングによって、およびコネクタに対するカバースプレーヘッドの望ましくない回転を防ぐ回転防止手段によって実現されている。かようにして、独立した諸機能が個々に最適化されることができることが達成されていることは好都合である。このことによって阻止されるのは、技術的な二重機能を果たす個々の技術的な措置による、相互の、不都合な影響である。この結合個所の寿命の好都合な延びは、諸機能の、個々の、別個に観察される技術的要求のみに依存する。かようにして、この結合個所の構造には、基本的な寿命の制限が最早定められていない。更に、全く適格に認識された弱点、例えば、コネクタとカバースプレーヘッドとの間の結合部における機械的な弱点が、適切な措置、例えば、構造的な措置によって、他の要求との相互作用なしに、容易に除去されることができる。

本発明に係わる原子炉圧力容器蓋の好都合な改善は、コネクタと、このコネクタに関連して設けられたカバースプレーヘッドとの間の結合部が、フランジ装置であること特徴とする。好ましいフランジ装置は、通常、２つのフランジからなる。この場合、第１のフランジは、例えば、溶接接続されていることによって、コネクタと結合されている。この溶接継手は、この個所の機械的および熱的負荷に耐えるという課題のみを有している。かくて、この溶接継手は、この目的のために、特に十分に最適化されることができる。

フランジ装置の第２のフランジは、第１のフランジに対応して、カバースプレーヘッドと結合、例えば同様に溶接接続されている。この溶接継目も、熱的および機械的要求に応じて、特に容易に最適化されることができる。フランジ装置の特別な利点は、例えば、２つのフランジの向かい合っている端面同士の間にパッキングが挿入されることによって、２つのフランジが容易に互いに密閉されることができることにも見られる。

このようなフランジ装置の他の利点は、これらのフランジの結合個所が、第２のフランジとの接続領域に設けられた２つの構成要素、ここでは、コネクタおよびカバースプレーヘッドの直径よりも大きな最大限の直径を有することである。かくして、これらのフランジの結合個所が、カバースプレーヘッドとコネクタの間の結合部の、機械的に安全な領域であることも達成されている。

フランジ装置によって、特に容易に、回転防止手段が実現されることもできる。回転防止手段としては、例えば、フランジ装置のフランジディスクに設けられた取付ピンが適切である。更に、本発明の好都合な改善は、固定手段、特に、フランジを結合するためのねじが、同時に回転防止手段として作用するように、構成されていることを提案する。この回転防止手段は、好都合な実施の形態では、第１のフランジに形成された少なくとも１つの開口部であってもよい。更にねじ山を有する少なくとも１つの他の開口部が、第２のフランジに設けられている。第２のフランジへのねじの螺入によって、同時に、周方向に見て相対する２つのフランジの回転が、確実に阻止される。

本発明の主題の他の好都合な実施の形態は、従属請求項から読み取られる。

図面に示された実施の形態を参照して、本発明、本発明の利点および本発明の他の改善を詳述する。

図１は、カバースプレーヘッド１４が設けられている領域にある原子炉圧力容器蓋１２の切取部分を、３次元（３Ｄ）で示している。この原子炉圧力容器蓋１２は、第１の溶接継手１８によってコネクタ２０が取着されている個所で、厚肥部１６を有している。第２の溶接継手２２によって、第１のフランジ２４がコネクタに結合されている。

原子炉圧力容器蓋１２は、第１の開口部２６を有している。この開口部の中を冷却水用導管すなわち冷却水用供給管２８が貫いており、コネクタまで延びている。この場合、冷却水用導管２８の第１の端部は、この図では上に示されており、カバー冷却システムと結合されている。このカバー冷却システムは、１つのカバースプレーヘッド１４への、およびこの図には示されていない複数の他のカバースプレーヘッドへの冷却水の供給を保証する。冷却水用導管２８の第２の端部は、厚肥部１６とコネクタ２０の間の結合個所の領域まで延びている。それ故に、第１の溶接継手１８は、冷却媒体導管すなわち冷却水用導管２８を、コネクタ２０および原子炉圧力容器蓋１２に接続する。コネクタ２０は第２の開口部３０を有している。この開口部を通って冷却水が、冷却水用導管２８から来て、第１のフランジ２４まで更に導かれる。

第１のフランジ２４は、ねじ、すなわち固定手段３６によって、第２のフランジ３２に螺着されている。この場合、第１のフランジ２４および第２のフランジ３２は、フランジ継手とも言われるいわゆるフランジ装置３４を形成している。第２のフランジ３２の、コネクタ２０から離隔した端部は、第３の溶接継手３８によって、スプレーヘッド容器４０に接続されている。流れる冷却水が、第２のフランジ３２を通って、カバースプレーヘッド容器、すなわちスプレーヘッド容器４０によって形成されている空間に達する。

このカバースプレーヘッド容器４０は、２部構成で、すなわち、ほぼ深鍋形である下部４２と、ほぼ深鍋の蓋状に形成されておりかつほぼ中央に第３の開口部４６を有する上部４４とで構成されている。前記第２のフランジ３２は、上部４４に設けられており、冷却水は、第２のフランジ３２と第３の開口部４６とを通ってスプレーヘッド容器４０に達する。前記下部４２および上部４４は、第４の溶接継目４８に接続されている。

前記上部４４の、原子炉圧力容器蓋１２に向いた側は、ほぼ平坦な端面を有している。外縁から上部４４の半径の３分の１の距離に、５つのスプレー装置が周面に亘って均等に分布して設けられている。これらのスプレー装置のうち、この図では、第１のスプレー装置５０および第２のスプレー装置５２が認められる。

第１のスプレー装置５０はパイプ部分６０を有している。このパイプ部分の第１の端部は、図では、上部４４に形成された対応の開口部の上側に設けられている。パイプ部分６０の第１の部分６２は真っ直ぐなパイプ要素であり、上部４４の表面に正しく垂直に立設されている。上部４４からの所定の間隔で、第１の部分６２には、パイプ部分６０の湾曲部分６４が接続されている。この湾曲部分は、ほぼ１３５°のアーチを描き、上部４４に対して径方向外側に向けられている。パイプ部分６０の第２の端部には、ノズル部分、すなわちスプレーノズル６６が設けられており、このノズル部分は、スプレーヘッド容器４０およびパイプ部分６０を通ってノズル部分６６へ導かれる冷却水を、原子炉圧力容器蓋１２へ噴霧させる。

５つのスプレー装置のうちの第２のスプレー装置５２が、この図では、なお認められる。しかし乍ら、このスプレー装置は、この図では実質的に後側にある。このために、第２のスプレー装置５２の小さな部分しか見えない。第１のスプレー装置５０および第２のスプレー装置５２は、第１の連結棒、すなわち安定化要素６８によって、ノズル部分６６の領域および第２のスプレー装置５２の対応の領域で、互いに接続されている。この接続部は、この実施の形態では、溶接継手によって形成されている。対応の他の複数の連結棒（連結要素）７０によって、他の複数のスプレー装置も、夫々隣り合った同士が互いに接続されている。このような実施の形態が、例えば貫流する冷却水に基づく、有り得る振動励起に対し、特に好都合であることが明らかになった。

図２は、図１に示した部分図の横断面を示している。この横断面では、図１に採用された参照符号を、対応の構成部材のために、用いている。

この図では、第１のスプレー装置５０の他に、図１に見ることができる第２のスプレー装置５２は、この図では、原子炉圧力容器蓋１２の配列の、冷却水用導管２８の、コネクタ２０の、フランジ装置３４のおよびスプレーヘッド容器４０の正しく後方で、覆われる。更に、第１の連結要素６８の他に、他の複数の連結要素７０のうちの１が示されている。この連結要素は、見えない第２のスプレー装置５２を、第３のスプレー装置（ノズル装置）５４に接続している。

更に、図２で、原子炉圧力容器蓋１２が、少なくとも、球状部分のほぼ表面の厚肥部１６の回りの領域で、全体に１つの形状を取ることが十分に認められることができる。

更に、図２では、冷却水用導管２８が、この図では上に示された原子炉圧力容器の外側から、冷却水を、第２の開口部３０およびフランジ装置３４を通って、スプレーヘッド容器４０に導くことが認められることができる。カバースプレーヘッド１４の揃いの装置は、原子炉圧力容器の内部空間に設けられている。原子炉圧力容器の外側の、冷却水用導管２８の更なるコースは、詳細に示されていない。冷却水用導管水に冷却水、特に脱イオン酸塩を供給する冷却水システムは、一方では、ポンプおよび制御手段を有する別個の冷却水システムとしてデザインされていてもよい。しかし、この冷却水システムが冷却水を一次原子炉冷却系から分岐し、カバースプレーヘッド１４への冷却水の供給に関する制御上の課題のみを引き受けることも考えられる。

ノズル部分６６および対応のノズル部分の、第３のノズル装置５４への整列に基づき、ノズル部分６６から流出する冷却水が、ノズル部分６６の整列によって定められておりかつ原子炉圧力容器蓋１２の厚肥部１６の回りにある領域を、しかも原子炉圧力容器蓋１２の、原子炉内部に向いた側で、噴霧することが十分に認められる。原子炉圧力容器蓋１２の内面に、予め定められたパターンで分布される、適切な数のカバースプレーヘッド１４によって、原子炉圧力容器蓋１２の均等な冷却が保証される。このような冷却措置は、一時的な温度負荷を有する肉厚の構成部材としての、原子炉圧力容器蓋１２の耐用年数の消耗を、出来る限り僅かに保つために、原子炉の所定の運転状況では有効である。カバースプレーヘッド１４の配列は特に沸騰水型原子炉のために適切である。何故ならば、圧力容器蓋の下側での、圧力容器の領域には、この原子炉型では、加圧水型原子炉の場合のように通常冷却水が加えられるのではなく、蒸気が加えられているからである。それ故に、前記運転状況のためには、噴霧される冷却水による追加の冷却可能性が好都合だからである。

図３は、「Ｘ」が付されておりかつ図２に示されている領域の、その拡大図を示している。前述のように、既に採用された参照符号を、前記の図から引き継ぐ。第１のフランジ２４および第２のフランジ３２を有するフランジ継手すなわちフランジ装置３４の拡大領域が示されている。以下、前記図に示すことができなかった所定の詳細部分を詳述する。

第１のフランジ２４には、第４の開口部７２が設けられている。この開口部は、図示した実施の形態では、貫通孔としてデザインされている。第２のフランジから離隔した第１の領域は、第２の領域よりも大きな直径を有している。それ故に、第４の開口部７２に適切に適合されたねじ、すなわち回転防止手段７６が、第４の開口部７２中に降下されることができ、一方では、ねじの頭が、第１のフランジ２４の、対応の端面を最早出っ張らず、他方では、ねじの頭の下面がストッパとして用いられるに至る。このために、第４の開口部７２に挿入されたねじ７６は、第４の開口部７２にしっかりと保持されている。前記第２のフランジ３２は、盲穴としてデザインされている第５の開口部７４を有している。盲穴すなわち開口部７４は、この図では詳細に示されないねじ山７８を有している。これに対し、第４の開口部７２に位置決めされているねじ７６が示されている。このねじ７６の先端部は、第５の開口部のねじ山７８と螺合する。このような装置によって、フランジ２４，３２の相互の回転が阻止されており、好都合にも回転防止が達成されている。

第１のフランジ２４は、第１の端面８０を有している。この端面は、第２のフランジ３２の第２の端面８２に向かい合っている。選択された実施の形態では、第１の端面８０は、実質的に平面としてデザインされている。これに対し、第２の端面８２は、端面の、径方向に見て内側の領域に形成物８４を有している。この形成物自体は、形成物が第１のフランジ２４と接触する領域で、平面状にデザインされている。第２の端面８２の他の領域は、形成物８４の厚みに応じて、第１の端面８０から間隔をあけている。他の領域にも、ねじ７６が設けられている。かようにして、ねじ７６が、所定のトルクで、設計可能なかつ確かなボルト継手を保証することができることが達成される。更に、形成物８４は、第６の開口部８６を有している。この開口部は、形成物８４の端面に形成された環状溝として示されている。この第６の開口部８６には、ここではＯリング９０として示されている密閉手段が挿入されることができる。

しかし、形成物８４の機能が同様に対応の環状溝に少なくとも部分的に挿入されていることができる金属製のパッキングによって、担われることも容易に考えられる。このとき、形成物８４は場合によっては省略されてもよい。

更に、この図で、十分に見て取れるのは、本発明に係わる構造的な措置によって、カバースプレーヘッド１４とコネクタ２０との間の接続の第１の空間的な領域が、冷却水の漏れを防止する密閉措置のために設けられておりかつ最適化可能であるのに対し、フランジ装置３４に設けられた、他の空間的な領域は回転防止を担い、第１のフランジ２４の機械的のみの結合が、第２の溶接継手２２によって形成されており、フランジ２４，３２がねじ７６によって互いに結合されていることである。

図４は、図２に示されている断面Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。参照符号は、前述のように、前記図面から引き継がれる。この場合、図面全体は、コネクタ２０の想像上の対称線すなわち中心線８８を中心として対称的に示されている。中心線は、選択された実施の形態では、冷却媒体用導管２８の縦軸と一致する。更に、図は、上から見た図から、すなわち、原子炉圧力容器蓋１２の視線からなされている。

この図では、複数のねじ３６、詳しくはねじの頭が上から見える。これらのねじのうち１は、図３で、ねじ７６として説明された。このことは、選択された実施の形態では、ねじ３６が、原子炉圧力容器蓋１２の側方から螺入されることを示す。このことは、第２のフランジ３２とスプレーヘッド容器４０との間の間隔が特に短く選択されることができるという利点を有している。他方、つまりは、第１のフランジ２４と原子炉圧力容器蓋１２との間の間隔は比較的大きいので、ねじを挿入するための空間が十分に維持され、同時に、認可方法によって定められた構成基準すなわち原子炉圧力容器蓋１２とスプレーヘッド容器４０との間の最大限の間隔が維持される。

更に、この図からは、複数のねじ３６の位置およびパイプ部分６０の位置が、周方向に見て互いにずらされていることが十分に認められる。この場合、利点は、選択された配列の故に特に容易に接近可能であるねじ３６の、特に容易な取付にある。

カバースプレーヘッドを有する原子炉圧力容器蓋の３次元切取図である。 図１に切取図の横断面である。 図２の「Ｘ」で示した領域の拡大図である。 図２に示した断面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。

符号の説明

１２ 原子炉圧力容器蓋
１４ カバースプレーヘッド
１６ 厚肥部
１８ 第１の溶接継手
２０ コネクタ
２２ 第２の溶接継手
２４ 第１のフランジ
２６ 第１の開口部
２８ 冷却水用導管、冷却媒体用導管、冷却水用供給管
３０ 第２の開口部
３２ 第２のフランジ
３４ フランジ装置、フランジ継手
３６ ねじ、固定手段
３８ 溶接継手
４０ スプレーヘッド容器、カバースプレーヘッド容器
４２ 下部
４４ 上部
４６ 第３の開口部
４８ 第４の溶接継目
５０ 第１のスプレー装置
５２ 第２のスプレー装置
５４ 第３のスプレー装置
６０ パイプ部分
６２ 第１の部分
６４ 湾曲部分
６６ ノズル部分、スプレーノズル
６８ 第１の連結棒、安定化要素
７０ 第２の連結棒、安定化要素
７２ 第４の開口部
７４ 第５の開口部、盲穴
７６ ねじ、回転防止手段
７８ ねじ山
８０ 第１の端面
８２ 第２の端面
８４ 形成物
８６ 第６の開口部
８８ 中心線
９０ Ｏリング、密閉手段。

Claims (17)

1. 原子炉内部に向けられた側に設けられた少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）を有するカバー冷却システムを具備する、沸騰水型原子炉用の原子炉圧力容器蓋（１２）であって、前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）は、前記原子炉圧力容器蓋（１２）では、このカバースプレーヘッドに関連して設けられたコネクタ（２０）に取着されており、このコネクタ（２０）を通って、前記カバー冷却システムの冷却水が前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）に供給される原子炉圧力容器蓋において、
   前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）は、このカバースプレーヘッドに関連して設けられた前記コネクタ（２０）と取り外し可能に結合されていること、前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）と、このカバースプレーヘッドに関連して設けられた前記コネクタ（２０）との間の結合個所には密閉手段があって、この密閉手段によって、原子炉の内部空間への冷却水の流出が防止されていること、および、回転防止手段によって、前記カバースプレーヘッドに関連して設けられた前記コネクタ（２０）の想像上の縦軸を中心とする前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）の回転が防止されていることを特徴とする原子炉圧力容器蓋（１２）。
2. 前記カバー冷却システムは、前記沸騰型原子炉の一次冷却水系に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
3. カバースプレーヘッド（１４）には、少なくとも１つのスプレーノズル（６６）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
4. 前記コネクタ（２０）は、切頭錐体状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
5. 前記少なくとも１つのスプレーノズル（６６）は、パイプ部分（６０）の各々の第１の端部に設けられており、他方、前記カバー冷却システムの冷却水が、前記パイプ部分（６０）の第２の端部から前記少なくとも１つのスプレーノズル（６６）の前記パイプ部分（６０）を通って導かれることを特徴とする請求項３に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
6. 複数のスプレーノズル（６６）を有する少なくとも２つのパイプ部分（６０）が前記カバースプレーヘッド（１４）に設けられている場合に、前記パイプ部分（６０）は、安定化要素（６８，７０）によって、前記カバースプレーヘッド（１４）の周方向に見て隣り合ったパイプ部分（６０）と結合されていることを特徴とする請求項３または４に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
7. 前記少なくとも１つのスプレーノズル（６６）は、前記原子炉圧力容器蓋（１２）へ、特に、この少なくとも１つのスプレーノズル（６６）の前記カバースプレーヘッド（１４）に関連して設けられた前記コネクタ（２０）の回りの近傍領域へ、向けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
8. 前記少なくとも１つのカバースプレーヘッド（１４）に設けられた冷却水用供給管（２８）と、前記少なくとも１つのスプレーノズルとの間には、スプレーヘッド容器が設けられていることを特徴とする請求項３ないし６のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
9. 前記コネクタ（２０）と、このコネクタに関連して設けられた前記カバースプレーヘッド（１４）との間の結合は、フランジ装置（３４）によって形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
10. 前記フランジ装置（３４）の第１のフランジ（２４）は、前記コネクタ（２０）と結合、特に溶接接続されていることを特徴とする請求項８に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
11. 前記フランジ装置（３４）の第２のフランジ（３２）は、前記コネクタ（２０）に関連して設けられた前記カバースプレーヘッド（１４）と結合、特に溶接接続されていることを特徴とする請求項８または９に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
12. 密閉手段（９０）として、前記フランジ装置（３４）の前記２つのフランジ（２４，３２）のうちの、組み込まれた状態で向かい合っている端面（８０，８２）が、原子炉の内部空間への冷却水の流出を防止するように、密閉状態で形成されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
13. 密閉手段（９０）として、パッキング、特に金属製のパッキングが、前記フランジ装置（３４）の前記フランジ（２４，３２）の間に挿嵌されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
14. 回転防止手段（７６）が、前記フランジ装置（３４）の複数の固定手段（３６）の、特にねじ（３６）の少なくとも１であることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
15. 前記固定手段（３６）および場合によっては前記回転防止手段（７６）は、前記第１のフランジ（２４）の、前記コネクタ（２０）に向いた端面から、導き入れられることができることを特徴とする請求項８ないし１３のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
16. 前記第２のフランジ（３２）は、収容要素、特にねじ山（７８）を有する複数の開口部（７４）を具備し、これらの開口部は前記固定手段（３６）または前記回転防止手段（７６）と結合されることができることを特徴とする請求項８ないし１４のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。
17. 前記固定手段（３６）および場合によっては前記回転防止手段（７６）は、前記フランジ装置の周方向に見て、前記少なくとも１つのスプレー装置（５０，５２，５４）またはこのスプレー装置に関連して設けられている前記パイプ部分（６０）に対しずれて設けられている請求項８ないし１５のいずれか１に記載の原子炉圧力容器蓋（１２）。

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