WO2021160442A1

WO2021160442A1 - Kabeldurchführung für radioaktive umgebungen

Info

Publication number: WO2021160442A1
Application number: PCT/EP2021/052073
Authority: WO
Inventors: Oliver Fritz
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2021-08-19
Also published as: BR112022016028A2; AU2021219269A1; EP4104190A1; DE102020103873A1; KR20220136435A; US20220392656A1

Abstract

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sichere, hermetisch abgedichtete elektrische Zuleitungen durch Reaktor- oder Reaktorsicherheitsbehälterwandungen bereitzustellen, die besonders kompakt und strahlensicher sind. Dazu ist eine Durchführung (1) zur Abschirmung gegenüber durchdringender radioaktiver Strahlung vorgesehen, mit - einem metallischen rohrförmigen Gehäuse (3), dessen Enden (31, 32) jeweils mit einem Verschluss (5, 6) versehen sind, so dass im rohrförmigen Gehäuse (3) zwischen den Verschlüssen (5, 6) ein hermetisch abgeschlossener Innenraum (8) gebildet wird, wobei die Verschlüsse (5, 6) - jeweils mindestens einen Isolierkörper (7, 9) aufweisen, durch den zumindest ein elektrischer Durchführungsleiter (10) hindurchgeführt ist, so dass der Durchführungsleiter (10) elektrisch isoliert zum rohrförmigen Gehäuse (3) im jeweiligen Verschluss (5, 6) fixiert ist, und wobei - zumindest ein im Innenraum (8) verlaufender Verbindungsleiter (13) vorgesehen ist, welcher einen elektrischen Durchführungsleiter (10) an einem der Verschlüsse (5) mit einem elektrischen Durchführungsleiter (10) am anderen Verschluss (6) verbindet, wobei - in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses (3) hintereinander mehrere Abschirmkörper (15) angeordnet sind, welche jeweils mit mindestens einer Öffnung (17) durchbrochen sind, wobei durch die Öffnung (17) ein Verbindungsleiter (13) hindurchgeführt ist.

Description

Kabeldurchführung für radioaktive Umgebungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft allgemein Durchführungen, um elektrische Signale oder Ströme durch Wände hermetisch gekapselter Umgebungen hindurchzuführen. Insbesondere betrifft die Erfindung Durchführungen, die für radioaktive Umgebungen, wie zum Beispiel für Kernreaktoren geeignet sind.

Durchführungen zum Zu- oder Abführen von elektrischen Signalen und Versorgungsströmen in hermetisch gedichtete Behälter sind beispielsweise aus der DE 102009011 277 Al, der DE 102009 014334 Al und der DE 102010 055 177 Al bekannt.

Bei Kernreaktoren besteht die Herausforderung darin, nicht nur den Reaktorinnenraum hermetisch einzuschließen, sondern auch, die austretende, im Falle von Gamma- Strahlung durchdringende Strahlung abzuschirmen. Es ist bekannt, Abschirmungen an den Kabelkästen, in denen die Feldkabel an die Durchführung angeschlossen werden, anzubringen. Eine Durchführung mit Kabelkästen zum Einsatz an einem Reaktorsicherheitsbehälter ist beispielsweise in der oben genannten DE 102010 055 177 Al beschrieben.

Eine derartige Abschirmung ist zwar sehr wirkungsvoll, allerdings nehmen die Kabelkästen auch nicht unerheblichen Bauraum ein, was gerade bei kompakten Reaktoren ein Problem darstellt. Zudem hat die beträchtliche Masse des Schirmungsmaterials bei einem seismischen Störfall aufgrund ihrer endständigen Position eine große Hebelwirkung auf die Durchführung und deren Befestigung an der Wand des Reaktors oder Reaktorsicherheitsbehälters und kann zum mechanischen Versagen und damit zu Undichtigkeiten führen

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, sichere, hermetisch abgedichtete elektrische Zuleitungen durch Reaktor- oder

Reaktorsicherheitsbehälterwandungen bereitzustellen, die besonders kompakt und strahlensicher sind. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Demgemäß ist eine Durchführung, insbesondere eine Kabeldurchführung, zur Abschirmung gegenüber durchdringender radioaktiver Strahlung vorgesehen, mit

- einem metallischen rohrförmigen Gehäuse, dessen Enden jeweils mit einem Verschluss versehen sind, so dass im rohrförmigen Gehäuse zwischen den Verschlüssen ein hermetisch abgeschlossener Innenraum gebildet wird, wobei die Verschlüsse -jeweils mindestens einen Isolierkörper aufweisen, durch den zumindest ein elektrischer Durchführungsleiter hindurchgeführt ist, so dass der Durchführungsleiter elektrisch isoliert zum rohrförmigen Gehäuse im jeweiligen Verschluss fixiert ist, und wobei

- zumindest ein im Innenraum verlaufender Verbindungsleiter vorgesehen ist, welcher einen elektrischen Durchführungsleiter an einem der Verschlüsse mit einem elektrischen Durchführungsleiter am anderen Verschluss verbindet, wobei

- in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses hintereinander mehrere

Ab schirmkörper angeordnet sind, welche jeweils mit mindestens einer Öffnung durchbrochen sind, wobei durch die Öffnung ein Verbindungsleiter hindurchgeführt ist.

In Abhängigkeit von Schichtdicke der Ab Schirmmaterialien kann mit dieser Anordnung die aus der Kabeldurchführung austretende Strahlung an der Außenseite eines Reaktorsicherheitsbehälters auf einen spezifizierten Wert begrenzt werden.

Um die Ab Schirmwirkung zu verbessern, ist es dabei vorteilhaft, dass in axialer Richtung benachbarte Abschirmkörper aus zueinander unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind. Es müssen dabei nicht in jedem Fall unterschiedliche Ab schirmkörper verbaut werden. So können auch beispielsweise zwei gleichartige Ab schirmkörper zusammengefügt werden, denen dann in axialer Richtung ein Ab schirmkörper aus einem anderen Material folgt, der dann auch eine anders geartete Abschirmwirkung aufweist.

Zumindest einer der Ab schirmkörper kann einen Neutronenmoderator in Form eines wasserstoffhaltigen Materials aufweisen. Mit dem Neutronenmoderator werden aus einem Reaktor stammende schnelle Neutronen abgebremst, um den Wirkungsquerschnitt für einen Neutroneneinfang zu erhöhen. Besonders geeignet als Neutronenmoderator sind Kohlenwasserstoffe, insbesondere Kunststoffe. Dieser kann gleichzeitig auch als elektrischer Isolator für die stromführenden Anschlüsse dienen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei zumindest ein PI- oder PEEK- Kunststoff enthaltender Ab schirmkörper vorgesehen. PI (PI=“Polyimid“) und PEEK (PEEK=“Polyetheretherketon“) sind als Kunststoff auch wegen ihrer hohen Schmelzpunkte besonders geeignet. Ein Neutronenmoderator ist besonders geeignet in Kombination mit einem weiteren Abschirmkörper, der ein Material mit einem hohen Wirkungsquerschnitt für den Einfang thermischer Neutronen aufweist. So ist in Weiterbildung der Durchführung vorgesehen, dass zumindest einer der Ab schirmkörper ein neutronenfangendes Material mit einem Element mit einem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen von größer als 10 Barn und einer Ordnungszahl von mindestens 5, vorzugsweise größer als 5 aufweist. Vorzugsweise werden als neutronenfangende Materialien solche verwendet, die wenigstens eines der Elemente, Cadmium, Wolfram, Silber oder eine seltene Erde enthält. Cadmium ist besonders bevorzugt. Dieses Element hat einen hohen Wirkungsquerschnitt und ist vergleichsweise kostengünstig. Cadmium stellt zwar ein giftiges Schwermetall dar, was aber aufgrund des hermetischen Einschlusses im Hohlraum der Durchführung keinen gravierenden Nachteil bedeutet.

Gemäß noch einer Weiterbildung ist zumindest ein Abschirmkörper mit einem Gamma- Absorber vorgesehen, insbesondere enthaltend ein Element mit einer Ordnungszahl größer als 30. Besonders bevorzugte Materialien sind Wolfram und Blei. Wolfram schirmt etwas besser als Blei, ist mechanisch sehr stabil und hochschmelzend. Blei ist demgegenüber erheblich preiswerter. Wird außerdem metallisches Cadmium für einen Abschirmkörper eingesetzt, so kann der Vorteil des hohen Schmelzpunkts von Wolfram nicht ausgenutzt werden, da auch Cadmium einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist. Daher wird Blei als Bestandteil eines Gamma- Absorbers bevorzugt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Durchführung als Hochtemperaturdurchführung, beispielsweise für den Einsatz im Reaktordruckbehälter, ausgebildet ist. Gemäß dieser Weiterbildung enthält die Vorrichtung als Ab schirmkörper für die Neutronenmoderation anstelle von Kunststoffen wie Polyethylenen, Polyetheretherketonen oder Polyimiden hochschmelzende Metallhydride. Hierbei haben sich insbesondere die Hydride der seltenen Erden sowie Zirkonhydrid als vorteilhaft herausgestellt. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchführung als Neutronenabsorber hochschmelzende, anorganische Borverbindungen wie beispielsweise Bornitrid, Borcarbid in Reinform oder als Bestandteil von Boraluminiumlegierungen (Boral) enthalten. Hierdurch kann insbesondere Cadmium als Neutronenabsorber ersetzt und somit die Durchführung auch in Umgebungen mit Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes von Cadmium eingesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, zur Abschirmung der Gammastrahlung Materialien deren Schmelzpunkt für die Umgebungstemperatur der einer Hochtemperaturanwendung wie beispielsweise Blei durch Wolfram in Reinform oder als Bestandteil hochschmelzender Legierungen zu ersetzen. Die Verwendung von Wolfram ist hierbei besonders vorteilhaft, da Wolfram neben einem guten Absorptionsquerschnitt einen hohen Schmelzpunkt von 3422°C aufweist.

Durch die beschriebenen Modifikationen kann die Durchführung gemäß dieser Weiterbildung beispielsweise auch in Bereichen mit hohen Betriebstemperaturen, beispielsweise im Primärkreislauf, insbesondere von sog. Small Modular Reactors, eingesetzt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Öffnung im Ab schirmkörper in einem Abstand zur Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses angeordnet ist, so dass der Verbindungsleiter beabstandet zur Innenwandung gehalten wird. Die Erfindung wird nachfolgend weiter unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Figuren näher erläutert. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass alternativ oder zusätzlich die Öffnungen der einzelnen Ab schirmkörper zueinander versetzt sind. Hierbei können die Öffnungen aufeinanderfolgenden Abschirmkörper gegeneinander verdreht sein und/oder in zumindest einer Ebene zueinander verschoben sein. Das durch diese Anordnung der Öffnungen zueinander gebildete Lochbild gewährleistet hierbei, dass radioaktive Strahlung nicht im Bereich der Öffnungen durch die Durchführung gelangt, ohne dabei zumindest eine Abschirmplatte durchdringen zu müssen.

Fig. 1 zeigt eine Querschnittansicht einer Durchführung.

Die Fig. 2 bis Fig. 5 zeigen Ausführungsformen von Verschlüssen der

Durchführung.

Fig. 6 zeigt einen Behälter zur Aufnahme von radioaktivem Material mit einer

Durchführung. Fig. 1 zeigt eine Durchführung, hier eine Kabeldurchführung 1 in Querschnittansicht. Die Kabeldurchführung 1 dieses Beispiels ist so ausgelegt, dass eine besonders gute Abschirmung gegenüber durchdringender radioaktiver Strahlung eines Reaktors erreicht wird, wenn das in der Darstellung links gezeigte Ende 31 in den Reaktor oder Reaktorsicherheitsbehälter hineinragt, beziehungsweise die innenseitigen elektrischen Anschlüsse bereitstellt. Am gegenüberliegenden Ende 32 werden die außenseitigen Leitungen angeschlossen. Ziel ist es, trotz des kompakten Aufbaus eine weitgehende Abschirmung zu erreichen. Relevant für durchdringende Strahlung aus dem Reaktor sind dabei insbesondere Neutronen und Gammastrahlung.

Die Kabeldurchführung 1 zur Abschirmung gegenüber durchdringender radioaktiver Strahlung weist ein metallisches rohrförmiges Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 kann zur hermetischen Abdichtung direkt mit der Reaktor- oder Reaktorsicherheitsbehälterwandung verschweißt werden. Allgemein ist es daher bevorzugt, ein Material für das Gehäuse 3 zu verwenden, welches leicht verschweißbar ist. Geeignet ist dazu insbesondere Stahl, was sich insbesondere auch bei einem aus Stahl ausgeführten Reaktor- oder Reaktorsicherheitsbehälter anbietet.

Die Enden 31, 32 des rohrförmigen Gehäuses sind mit Verschlüssen 5, 6 abgedichtet. Damit wird im rohrförmigen Gehäuse 3 zwischen den Verschlüssen 5, 6 ein hermetisch abgeschlossener Innenraum 8 gebildet. Dies ist zum einen vorteilhaft, um eventuelle gasförmige radioaktive Reaktionsprodukte einzuschließen. Insbesondere wird durch den doppelten hermetischen Verschluss auch bei einem einseitigen Versagen der Durchführung ein Austreten radioaktiver Stoffe verhindert.

Die Verschlüsse 5, 6 weisen jeweils mindestens einen Isolierkörper 7, 9 auf, durch den zumindest ein elektrischer Durchführungsleiter 10 hindurchgeführt ist, so dass der Durchführungsleiter 10 elektrisch isoliert zum rohrförmigen Gehäuse 3 im jeweiligen Verschluss 5, 6 fixiert ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung und ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel ist zumindest einer der Isolierkörper 7, 9 ein Element aus Glas, Glaskeramik oder Keramik. Bevorzugt werden beide Isolierkörper 7, 9 durch Elemente aus Glas, Glaskeramik oder Keramik gebildet. Diese Elemente sind gute elektrische Isolationsmaterialien und können in einfacher Weise durch Einschmelzen oder Hartlöten im Fall von Keramik in den jeweiligen Verschluss hergestellt werden. Typischerweise wird mit den Durchführungsleitern 10 eine eins-zu-eins Zuordnung durchgeführt. Daher sind im Allgemeinen auch gleich viele Durchführungsleiter an beiden Enden vorhanden. Die Durchführung kann gemäß einer Ausführungsform auch Sensoren und/oder Aktoren aufweisen, die über einen oder mehrere Durchführungsleiter 10 angeschlossen werden. Beispielsweise kann ein Gamma-Strahlen-Sensor 21 vorgesehen sein, der über einen oder mehrere Durchführungsleiter ausgelesen wird. Dieser kann beispielsweise dazu dienen, über die von einem neutronenabsorbierenden Material emittierte Gammastrahlung den Neutronenfluss in der Durchführung zu messen.

Die Verschlüsse 5, 6 können wie dargestellt mit umlaufenden Schweißnähten 12 mit dem rohrförmigen Gehäuse 3 verbunden werden. Wie dargestellt können die Verschlüsse die Form kurzer Rohrabschnitte oder Flansche haben. Fig. 2 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Verschlusses 5, 6. Der Verschluss 5, 6 umfasst einen Metallkörper 50, der wie gesagt die Form eines Flansches oder Rohrabschnitts haben kann. Der Metallkörper 50 weist mindestens eine Öffnung 52 auf, in welcher der Isolierkörper 7, beziehungsweise 9 mit den darin gehaltenen Durchführungsleitern 10 angeordnet ist. Insbesondere kann der Isolierköper 7, 9 aus Glas, Glaskeramik oder Keramik gebildet sein. Dieser lässt sich dann durch Einschmelzen von Glas oder Glaskeramik oder Hartlöten von Keramik in der Öffnung 52 hersteilen. Während des Einschmelzens oder Hartlötens werden die Durchführungsleiter 10 an ihren vorgesehenen Positionen gehalten und werden nach dem Erkalten im Glas, der Glaskeramik oder der Keramik elektrisch isoliert fixiert.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Verschlusses 5, 6 in Aufsicht, Fig. 4 eine Schnittansicht des Verschlusses 5, 6. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach Fig. 2 weist der Verschluss nach den Fig. 3 und Fig. 4 mehrere Isolierkörper 7, beziehungsweise 9 auf. Entsprechend sind auch mehrere Öffnungen 52 vorgesehen, in denen die Isolierkörper 7, 9 dichtend fixiert sind. Allgemein, ohne Beschränkung auf das dargestellte spezielle Beispiel ist demgemäß in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zumindest einer der Verschlüsse 5, 6 der Durchführungen mehrere Isolierkörper 7, 9 aufweist, durch die jeweils zumindest ein Durchführungsleiter 10 hindurchgeführt ist. Fig. 5 zeigt eine Variante der vorstehend beschriebenen Beispiele. Diese Variante basiert darauf, dass zumindest einer der Verschlüsse 5, 6 mehrere Öffnungen 52 aufweist, welche mit Isolierkörpern 7, beziehungsweise 9 verschlossen sind, wobei in zumindest einem der Isolierkörper 7, 9 zumindest ein Durchführungsleiter 10 fixiert ist. Im dargestellten Beispiel sind drei Isolierkörper 7, 9 vorgesehen, durch die jeweils drei Durchführungsleiter 10 hindurchgeführt sind. Die Ausführungsformen mit mehreren Öffnungen 52, wie sie den Beispielen der Fig. 3 bis Fig. 5 zugrunde liegen, haben im Allgemeinen gegenüber der Ausführungsform mit einem einzelnen Isolierkörper den Vorteil einer höheren Druckbeständigkeit. Andererseits wird die Packungsdichte der Durchführungsleiter 10 begrenzt.

Um eine elektrische Verbindung mit der Durchführung 1 herzustellen, ist zumindest ein im Innenraum 8 verlaufender Verbindungsleiter 13 vorgesehen, welcher einen elektrischen Durchführungsleiter 10 an einem der Verschlüsse 5 mit einem elektrischen Durchführungsleiter 10 am anderen Verschluss 6 verbindet.

Schließlich sind in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses 3 hintereinander mehrere Ab schirmkörper 15 angeordnet, welche jeweils mit mindestens einer Öffnung 17 durchbrochen sind, wobei durch die Öffnung 17 ein Verbindungsleiter 13 hindurchgeführt ist. Mit der Kombination mehrerer Ab schirmkörper wird eine effektive Abschirmung gegen durchdringende Strahlung aus dem Reaktorinneren erreicht. Dies ist besonders dann der Fall, wenn in axialer Richtung benachbarte Abschirmkörper 15 aus zueinander unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.

Es ist allgemein bevorzugt, wenn die Öffnung 17, beziehungsweise die mehreren Öffnungen in einem Abstand zur Innenwandung 33 des rohrförmigen Gehäuses 3 angeordnet ist, so dass der Verbindungsleiter 13 beabstandet zur Innenwandung 33 gehalten wird. Bei einem isolierten Verbindungsleiter wäre es demgegenüber auch denkbar, diesen zumindest abschnittweise in Kontakt mit der Innenwandung 33 zu führen. Die Verbindungsleiter 13 können allgemein mit einer isolierenden Ummantelung, beispielsweise einer Silikonummantelung umgeben sein. Damit wird auch eine Isolierung zu metallischen Abschirmkörpern, wie etwa solchen aus Wolfram oder Blei erzielt.

Um eine effektive Abschirmung gegen Neutronen und Gammastrahlung zu erreichen, werden die Ab schirmkörper 15 aus speziellen Absorbermaterialien gefertigt. Um Gammastrahlung abzuschirmen, wird wenigstens ein Abschirmkörper 15 mit einem Gamma- Absorber vorgesehen. Dieser enthält ein Element mit einer Ordnungszahl größer 30. Zur Abschirmung gegen Gammastrahlung haben sich dazu Wolfram und Blei als Metalle mit sehr hoher Dichte als äußerst effizient erwiesen, wobei ersteres sehr teurer ist und nur geringfügig besser schirmt als Blei.

Im dargestellten Beispiel sind zwei Stapel 150 von Abschirmkörpern 15 vorgesehen, bei welchen die zwei dem Ende 31 abgewandten Ab schirmkörper Gamma- Absorber 16 sind. Diese Gamma- Absorber können wie gesagt aus Wolfram oder Blei gefertigt sein, oder mindestens eines dieser Materialien enthalten.

Beim Betrieb von Kernreaktoren kommt es zu einer Emission von Neutronen. Deren Abschirmung stellt eine besondere Herausforderung dar. Zur Abschirmung gegen Neutronen ist eine Kombination verschiedener Materialien vorgesehen. Schnelle Neutronen, wie sie typischerweise aus dem Reaktor emittiert werden, sind schwer abzuschirmen. Es ist dazu vorgesehen, diese zuerst zu sogenannten thermischen Neutronen abzubremsen, damit sie absorbiert werden können. Hierzu sind wasserstoffhaltige Verbindungen besonders geeignet, weil aufgrund der nahezu identischen Massen von Wasserstoffatom und Neutron eine ideale Impulsübertragung und damit Abbremsung erfolgt. Daher ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass zumindest einer der Abschirmkörper 15 einen Neutronenmoderator 19 in Form eines wasserstoffhaltigen Materials, insbesondere eines Kunststoffs wie PE, PI oder PEEK aufweist. Besonders bevorzugt wird dazu mindestens ein PEEK-Kunststoff enthaltende Ab schirmkörper 15 vorgesehen. Da die Kunststoffe PI und PEEK viele Wasserstoffatome enthalten wirken sie als Neutronenmoderator und erfüllt zudem ihre Funktion als elektrischer Isolator. Darüber hinaus haben PI als auch PEEK einen der höchsten Schmelzpunkte unter den Hochleistungskunststoffen, der mehr als doppelt so hoch liegt, als der von PE. In genügender Schichtstärke werden so alle schnellen Neutronen zu thermischen Neutronen abgebremst und können von einem Neutronenabsorber eingefangen werden.

Zur Absorption thermischer Neutronen weist zumindest einer der Ab schirmkörper 15 ein neutronenfangendes Material mit einem Element mit einem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen von größer als 10 Barn und einer Ordnungszahl größer als 5 auf. Zum Einfang thermischer Neutronen eignen sich unter anderem Materialien wie Bor (als Legierung mit Aluminium: Boral) oder auch Cadmium. Bor hat dabei den entscheidenden Nachteil, dass für jedes absorbierte thermische Neutron ein Boratom zu Lithium und Helium zerfällt. Dabei kann sich über die Zeit in einem hermetisch geschlossenen System, wie es die vorliegende Durchführung darstellt, ein beträchtlicher Druck durch das gebildete Heliumgas aufbauen, wie es z.B. in Moderatorstäben in Kernreaktoren der Fall ist. Cadmium ist dagegen stabil und verwandelt sich lediglich in ein schwereres Isotop. Für die Anwendung in geschlossenen Durchführungen ist letzteres ebenso wie andere Elemente mit einer Ordnungszahl größer 5 daher vorzuziehen. Neben Cadmium kommen als neutronenfangende Materialien auch solche mit zumindest einem Element ausgewählt aus der Gruppe der seltenen Erden, Wolfram, Silber in Betracht.

Bei der Neutronenabsorption wird zusätzlich Gammastrahlung erzeugt, die dann von einem Ab schirmkörper 15 in Gestalt eines Gamma- Absorbers, insbesondere durch Wolfram- oder Bleischirmungsplatten aufgenommen wird. Da der Schmelzpunkt von Cadmium mit 321°C noch unter dem von Blei liegt (327°C) kann die Eigenschaft des hohen Schmelzpunkts von Wolfram (3422°C) bei der Verwendung von Cadmium also nicht genutzt werden. Blei ist zudem wesentlich günstiger. Blei als Gamma- Absorber wird daher besonders bei Verwendung von metallischem Cadmium als Neutronenabsorber bevorzugt.

Der Grad der Abschirmung kann über die Schichtdicken der verschiedenen Absorbermaterialien sowie der Anzahl der Absorberkörper in weiten Bereichen gesteuert werden. Mit einem Design, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, lässt sich die Strahlung aus dem Behälter im Wesentlichen vollständig abschirmen.

Wird ein organisches Material, wie insbesondere ein Kunststoff als Neutronenmoderator eingesetzt, kann das Problem entstehen, dass einwirkende Gamma- Strahlung im Laufe der Zeit zu einer Veränderung des Materials führt. Der bevorzugte PEEK- wie auch PI-Kunststoff für den oder die Neutronenmoderatoren 19 zeichnet sich durch eine besonders hohe Resistenz gegenüber Gamma- Strahlen aus. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Durchführung mit einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt ist. Alternativ kann die Durchführung evakuiert werden. Beide Maßnahmen führen dazu, die Anzahl an ionisierbaren Teilchen in der Durchführung zu reduzieren. Somit kann in vorteilhafter Weise die strahleninduzierte io

Alterung des Kunststoffes verringert oder zumindest verlangsamt und somit die Lebensdauer der Durchführung erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Degeneration des Neutronenmoderators zumindest verlangsamt werden, indem, ohne Beschränkung auf das dargestellte Beispiel gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ist, dass zwei Abschirmkörper vorgesehen werden, von denen einer einen Neutronenmoderator 19 umfasst und ein weiterer ein Ab schirmkörper 15 mit einem neutronenfangendes Material 18 versehen ist.

Beim Neutroneneinfang setzen die einfangenden Atome typischerweise Gamma- Strahlung frei. Zwischen den Abschirmkörpern 15 mit Neutronenmoderator 19 und neutronenfangendem Material 18 kann allgemein, wie auch im dargestellten Beispiel gezeigt, ein Zwischenraum 22 vorgesehen sein. Dieser Zwischenraum 22 kann dabei gegebenenfalls, anders als etwa im dargestellten Beispiel auch ganz oder teilweise mit einem Gamma- Absorber 16, beziehungsweise einem entsprechenden Abschirmkörper 15 ausgefüllt sein. Für eine Abschirmung aller aus einem Reaktor oder Reaktorsicherheitsbehälter sowie auch allgemein mit radioaktivem, Neutronen emittierenden Material befüllten Behälter sind nicht nur die Kombination der verschiedenen Abschirmkörper 15, sondern auch deren Reihenfolge von Vorteil. Um gleichzeitig Neutronen und Gamma-Strahlen zu absorbieren, sind gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform zumindest drei Ab schirmkörper 15 vorgesehen, wobei in einer Richtung nach einem Ab schirmkörper 15 mit einem Neutronenmoderator 19 ein Ab schirmkörper 15 mit einem neutronenfangenden Material 18 und nach dem Ab schirmkörper 15 mit einem neutronenfangenden Material 18 ein Ab schirmkörper 15 mit einem Gamma- Absorber 16 im rohrförmigen Gehäuse 3 angeordnet sind. Die Kabeldurchführung 1 wird dann insbesondere so in einen Behälter eingebaut, dass die oben genannte Richtung entlang des rohrförmigen Gehäuses 3 vom Behälterinneren nach außen weist. Auf diese Weise werden zunächst die Neutronen abgebremst, dann eingefangen. Sowohl die direkt aus dem Behälterinneren stammende, als auch die beim Neutroneneinfang in der Durchführung selbst entstehende Gamma- Strahlung kann dann durch den Gamma- Absorber aufgefangen werden. Wie bei dem dargestellten Beispiel aus Fig. 1 kann sich diese Abfolge von Abschirmkörpern auch zumindest einmal wiederholen. Gemäß einer weiteren, auch im dargestellten Beispiel realisierten Ausführungsform ist auf zumindest einen der Isolierkörper 7, 9 außen eine isolierende Abschlussplatte 25 aufgesetzt. Diese Abschlussplatten 25 dienen unter anderem dazu, die Durchführungsleiter 10 seitlich abzustützen. Dies kann beispielsweise dann nützlich sein, wenn auf die an den Durchführungsleitern 10 außen angeschlossenen Kabel Zugkräfte ausgeübt werden. Die Durchführungsleiter 10 können aus Öffnungen in der Abschlussplatte 25 herausragen. Es ist auch denkbar, dass die Durchführungsleiter innerhalb der Abschlussplatte 25, die aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff besteht, in darin vorhandenen Kanälen enden und dann auch innerhalb der Abschlussplatte in den Kanälen mit Kabeln verbunden werden. Bevorzugt wird auch für die Abschlussplatte 25ein Kunststoff, insbesondere PEEK oder auch PI verwendet. Generell kann außen zusätzlich auch ein Körper aus Boral oder allgemein einem Bor enthaltenden Material als Neutronenmoderator hinzugefügt werden, da die Entstehung von Helium-Gas hier nicht zu einem Druckaufbau in der Durchführung führt. Auch bei einer Durchführung 1 gemäß dieser Offenbarung können Kabelkästen oder Steckverbinder 31 vorgesehen sein, um die zugeführten Kabel zu halten. Die Kabelkästen oder Steckverbinder 31 können aber im Vergleich zu bekannten Durchführungen kompakt gehalten werden, da die Aufgabe der Absorption radioaktiver Strahlung, die sonst durch Materialien im Kabelkasten oder Stecker erfolgt, bereits durch die Ab schirmkörper 15 im Inneren der Durchführung realisiert wird. Auch hier können aber auch ab schirmende Materialien in den Kabelkästen oder Steckverbinder 31 untergebracht werden, sofern dazu Platz zur Verfügung steht.

Das rohrförmige Gehäuse 3 ist vorzugsweise aus hochfestem Stahl gefertigt, der gut schweißbar ist. Fig. 6 zeigt dazu schematisch ein Beispiel eines Behälters 2 mit einer Kabeldurchführung 1 gemäß eines weiteren Aspekts dieser Offenbarung. Die Kabeldurchführung 1 stellt eine oder mehrere elektrische Verbindungen von der Umgebung in den Innenraum 35 des Behälters her. Der Behälter 2 ist zum Einschluss, beziehungsweise zur Aufnahme radioaktiven Materials 20 ausgebildet. Der Behälter 2 kann beispielsweise als Stahl- oder Stahlbeton-Hülle ausgebildet sein. Um die Durchführung einzusetzen, kann in der Behälterwandung 2 wie dargestellt ein Rohr 27 eingeschweißt oder eingegossen sein. Die Durchführung 1 kann dann in das Rohr 27 eingeschoben und mit einer umlaufenden Schweißnaht 29 mit dem Rohr 27 dicht verschweißt werden. Bei einem metallischen Behälter 2 kann die Kabeldurchführung 1 auch direkt mit dem Rand einer Öffnung im Behälter 2 verschweißt werden. Neben einer Verschweißung kommen gegebenenfalls auch andere Verbindungsmethoden, wie etwa ein Verschrauben in Betracht. Dies gilt auch für die Verbindung der Verschlüsse 5, 6 mit dem rohrförmigen Gehäuse 3 der Durchführung 1.

Bei dem Behälter 2 handelt es sich insbesondere um einen Reaktor- oder Reaktorsicherheitsbehälter eines Kernreaktors. Das radioaktive Material 20 umfasst in diesem Fall dann das Brennmaterial des Kernreaktors oder den Reaktor selbst, wenn der Behälter 2 den Reaktorsicherheitsbehälter darstellt. Auch andere Behälter 2 für radioaktives Material kommen aber in Betracht. Aufgrund der kompakten

Abmessungen eignet sich die Kabeldurchführung 1 auch für Transportbehälter, etwa um Brennstäbe zu transportieren. Wie gesagt kann die Kabeldurchführung eine bestimmte Abfolge von Abschirmkörpem 15 aufweisen, um die vom Material 20 im Innenraum 35 ausgehende Strahlung abzudämpfen. Die Kabeldurchführung weist dazu in Richtung vom Innenraum 35 nach außen einen Neutronenmoderator 19, dann ein neutronenfangendes Material 18 und dahinter einen Gamma- Absorber 16 auf.

Die Kabeldurchführung 1 eignet sich generell auch zur Verwendung in gekapselten Anlagen, in denen radioaktives Material verarbeitet wird, beispielsweise in Anlagen zur Herstellung von Brennstäben oder Bearbeitung von radioaktiven Abfällen.

Bezugszeichenliste

Claims

Patentansprüche

1. Durchführung (1) zur Abschirmung gegenüber durchdringender radioaktiver Strahlung, mit

- einem metallischen rohrförmigen Gehäuse (3), dessen Enden (31, 32) jeweils mit einem Verschluss (5, 6) versehen sind, so dass im rohrförmigen Gehäuse (3) zwischen den Verschlüssen (5, 6) ein hermetisch abgeschlossener Innenraum (8) gebildet wird, wobei die Verschlüsse (5, 6) -jeweils mindestens einen Isolierkörper (7, 9) aufweisen, durch den zumindest ein elektrischer Durchführungsleiter (10) hindurchgeführt ist, so dass der Durchführungsleiter (10) elektrisch isoliert zum rohrförmigen Gehäuse (3) im jeweiligen Verschluss (5, 6) fixiert ist, und wobei

- zumindest ein im Innenraum (8) verlaufender Verbindungsleiter (13) vorgesehen ist, welcher einen elektrischen Durchführungsleiter (10) an einem der Verschlüsse (5) mit einem elektrischen Durchführungsleiter (10) am anderen Verschluss (6) verbindet, wobei

- in axialer Richtung des rohrförmigen Gehäuses (3) hintereinander mehrere Ab schirmkörper (15) angeordnet sind, welche jeweils mit mindestens einer Öffnung (17) durchbrochen sind, wobei durch die Öffnung (17) ein Verbindungsleiter (13) hindurchgeführt ist.

2. Durchführung (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung benachbarte Ab schirmkörper (15) aus zueinander unterschiedlichen Materialien aufgebaut sind.

3. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Ab schirmkörper (15) einen Neutronenmoderator (19) in Form eines wasserstoffhaltigen Materials, insbesondere eines Kohlenwasserstoffs, besonders bevorzugt eines Kunststoffs aufweist.

4. Durchführung (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen PI- oder PEEK-Kunststoff enthaltenden Ab schirmkörper (15).

5. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Ab schirmkörper ein neutronenfangendes Material (18) mit einem Element mit einem Einfangquerschnitt für thermische Neutronen von größer als 10 Barn und einer Ordnungszahl größer als 5 aufweist.

6. Durchführung gemäß dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmkörper (15) ein neutronenfangendes Material (18) mit zumindest einem Element ausgewählt aus der Gruppe der seltenen Erden, Cadmium, Wolfram, Silber enthält.

7. Durchführung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ab schirmkörper (15) vorgesehen werden, von denen einer einen Neutronenmoderator (19) umfasst und ein weiterer Abschirmkörper (15) mit einem neutronenfangenden Material (18) versehen ist, wobei beide

Ab schirmkörper (15) voneinander beabstandet sein können, so dass ein Zwischenraum (22) zwischen beiden Abschirmkörpern (15) vorhanden ist.

8. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Abschirmkörper (15) mit einem Gamma- Absorber, insbesondere enthaltend ein Element mit einer Ordnungszahl größer als 30.

9. Durchführung (1) gemäß dem vorstehenden Anspruch, gekennzeichnet durch einen Abschirmkörper (15) enthaltend Wolfram oder Blei.

10. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest drei Abschirmkörper (15) vorgesehen sind, wobei entlang einer Richtung im rohrförmigen Gehäuse (3) nach einem Ab schirmkörper (15) mit einem Neutronenmoderator (19) ein Ab schirmkörper (15) mit einem neutronenfangenden Material (18) und nach dem Abschirmkörper (15) mit einem neutronenfangenden Material (18) ein Ab schirmkörper (15) mit einem Gamma-Absorber (16) angeordnet sind.

11. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (17) in einem Abstand zur Innenwandung (33) des rohrförmigen Gehäuses (3) angeordnet ist, so dass der Verbindungsleiter (13) beabstandet zur Innenwandung (33) gehalten wird.

12. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Isolierkörper (7, 9) ein Glas-, Glaskeramik- oder Keramikelement umfasst.

13. Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf zumindest einen der Isolierkörper (7, 9) außen eine isolierende Abschlussplatte (25) aufgesetzt ist.

14. Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Verschlüsse (5, 6) der Kabeldurchführung (1) mehrere Isolierkörper (7, 9) aufweist, durch die jeweils zumindest ein Durchführungsleiter (10) hindurchgeführt ist.

15. Durchführung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Verschlüsse (5, 6) mehrere Öffnungen (52) aufweist, welche mit Isolierkörpern (7, 9) verschlossen sind, wobei in zumindest einem der Isolierkörper (7, 9) zumindest ein Durchführungsleiter (10) fixiert sind.

16. Behälter (2) zum Einschluss radioaktiven Materials (20) mit einer Durchführung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.