Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe

Abstract

 Es wird ein Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe beschrieben, insbesondere für bestrahlte Brennelemente, der im wesentlichen aus einem Behälterkörper mit Abschirmfunktion für Gammastrahlung mit Kühlrippen auf der Oberfläche, einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung, einem Abschirm- und einem Außerdeckel, einer Neutronenabschirmung und Versorgungsleitungen besteht. Die Innenauskleidung ist dabei über einen Flansch mit dem Außengewinde von Gewindeeinsätzen im Behälterkörper befestigt, wobei die Gewindeeinsätze auch Innengewinde aufweisen, in denen der Abschirmdeckel mittels Schrauben gesichert wird. Im Außendeckel befinden sich Prüfungsanschlüsse zur Prüfung der Zwischenräume zwischen Behälterkörper und Zwischenauskleidung und Abschirmdeckel und Außendeckel. Außerdem sind auf der Oberfläche des Behälterkörpers quer zur Erstreckungsrichtung der Kühlrippen Stege angebracht.

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere für bestrahlte Brennelemente aus Kernreaktoren, im wesentlichen bestehend aus einem Behälterkörper mit Abschirmfunktion für Gamma- Strahlung mit Kühlrippen auf der Oberfläche, einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung, einem Abschirm- und einem Außendeckel, einer Neutronenabschirmung und Versorgungsleitungen.

[0002] Behälter, die zum Transport und/oder zur Lagerung abgebrannter Brennelemente eingesetzt werden, müssen die Radioaktivität des eingebrachten Gutes sicher einschließen und in strengen Tests nachweisen, daß dies auch bei extremen Unfallsituationen gewährleistet ist. Gleichzeitig müssen sie aber auch die bei den radioaktiven Zerfallsreaktionen frei werdende γ- und n-Strahlung abschirmen und die Zerfallswärme sicher nach außen ableiten.

[0003] Bekannte Behälter, wie u.a. in der DE-OS 22 28 026 beschrieben, bestehen daher aus dickwandigen, mit Kühlrippen versehenen metallischen Behälterkörpern, die die notwendige Festigkeit und die Gammastrahlen-Abschirmung gewährleisten, einem Abschirm- und einem Außendeckel, einer Neutronenabschirmung, sowie aus einer Innenauskleidung, welche Korrosionsschutz und Dekontaminierbarkeit sicherstellt. Vor allem aus Handhabungs-, Prüf- und Lagergründen werden die Innenauskleidungen bevorzugt als herausnehmbare Innenbehälter.ausgebildet.

[0004] Diese Behälter weisen eine Reihe von Nachteilen auf. So ist die Innenauskleidung entweder durch Niederhalter am Behälterkörper fixiert oder aber im Deckelbereich durch Schrauben befestigt, beides Lösungen, die aufwendig sind. So sind z. B. bei der Befestigung mit Schrauben zwei Reihen von Gewindelöchern notwendig, wobei die eine die Innenauskleidung festhält und die andere die Verbindung von Deckel und Behälterkörper herstellt. Nachteilig ist neben dieser aufwendigen Handhabung weiterhin, daß durch die Gewindelöcher für die Deckelschrauben die Innenauskleidung durchbrochen und somit der Behälterkörper dem Korrosionsangriff ausgesetzt wird. Auch ist der Platzbedarf bei diesem Schraubensystem unvorteilhaft groß.

[0005] Ein weiterer Nachteil bekannter Behälter ist, daß der zwischen dem Behälterkörper und der Innenauskleidung befindliche Spalt nicht kontrolliert ist, was die Verwendung solcher Behälter auch als Lagerbehälter wegen der fehlenden oder nur unvollkommenen Integritätsprüfungen während der oft viele Jahre dauernden Lagerzeit einschränkt.

[0006] Bei bisher bekannten Behältern mit angeschweißten oder angegossenen Kühlrippen besteht bei einem Unfall, z. B. bei einem Behälterabsturz weiterhin die Gefahr, daß durch das Abbrechen von Kühlrippen eine Rißfortpflanzung in den die dichte Umschließung des radioaktiven Stoffes darstellende'Behälterkörper hinein erfolgt.

[0007] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere für bestrahlte Brennelemente aus Kernreaktoren, im wesentlichen bestehend aus einem Behälterkörper mit Abschirmfunktion für Gamma-Strahlung mit Kühlrippen auf der Oberfläche, einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung, einem Abschirm- und einem Außendeckel, einer Neutronenabschirmung und Versorgungsleitungen zu schaffen, bei dem der Korrosionsangriff auf den Behälterkörper im Bereich der Befestigung der Innenauskleidung bei reduziertem Platzbedarf und vereinfachter Handhabung minimiert ist, Integritätsprüfungen einwandfrei möglich sind und beim Abbrechen von Kühlrippen eine Rißfortpflanzung in den Behälterkörper vermieden wird.

[0008] Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Innenauskleidung über einen Flansch mit dem Außengewinde von Gewindeeinsätzen im Behälterkörper befestigt ist, wobei die Gewindeeinsätze axiale Bohrungen mit einem Innengewinde aufweisen, in die Schrauben zur Befestigung des Abschirmdeckels eingeschraubt sind, im Außendeckel sich Prüfanschlüsse zur Prüfung des Zwischenraumes zwischen den beiden Umschließungen, die durch Innenauskleidung und Abschirmdeckels einerseits und Behälterkörper und Außendeckel andererseits gebildet werden, und auf der Oberfläche des Behälterkörpers quer zur Erstreckungsrichtung der Kühlrippen Stege angebracht sind.

[0009] Anhand der Abbildungen I bis X wird der erfindungsgemäße Behälter schematisch und in beispielhafter Ausführung näher erläutert. Abbildung I stellt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Behälter dar, Abbildung II die Verbindung Behälterkörper/Innenauskleidung/Abschirmdeckel, Abbildungen III bis V die Anordnung der Stege, Abbildungen VI und VII Versorgungsleitungsdetails und die Abbildungen VIII bis X Ausgestaltungen der Neutronenabschirmung.

[0010] Der Transport- und Lagerbehälter ist im wesentlichen aus einem Behälterkörper (1) mil Kühlrippen (5), einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung (4), einem mit Dichtungselementen (15) versehenen Abschirm (2)- und einem ebenfalls mit Dichtungen (14) ausgerüsteten Außendeckel (3), einer Neutronenabschirmung (8), Versorgungsleitungen (11) und Tragzapfen (7) aufgebaut.

[0011] Die Innenauskleidung (4) liegt am Behälterkörper (1) an, wobei der Innenauskleidungsflansch (19) mit Bohrungen versehen ist, durch die Gewindeeinsätze (21) mit Außengewinde (22) an den Behälterkörper (1) angeschraubt sind. Der Abschirmdeckel (2) wird mit Schrauben (20) gehalten, die in axialen Bohrungen mit Innengewinde (23) innerhalb der Gewindeeinsätze (21) sitzen.

[0012] Somit ist erfindungsgemäß möglich, die Innenauskleidung (4) mit Flansch (19) und Abschirmdeckel (2) unabhängig voneinander, jedoch platzsparend und korrosionssicher zu befestigen. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, daß alle Teile des Verbindungselementes, insbesondere die Gewindeeinsätze (21) aus korrosionsfestem Material gefertigt sind.

[0013] Ist aufgrund der Auslegungsdaten eines Transportbehälters vorgesehen, den Abschirmdeckel (2) mit z. B. 24 Schrauben (20) M 32 zu befestigen, genügt für die Gewindeeinsätze (21) ein Außengewinde (22) von M 48, um die erforderliche Kraftübertragung sicherzustellen. Dabei ist gewährleistet, daß beim Entfernen der Deckelschrauben (20) die Gewindeeinsätze (21) fest sitzen bleiben, ohne sich herauszudrehen.

[0014] Der Kopf (25) des Gewindeeinsatzes (21) ist zur bequemen Handhabung entsprechend gestaltet. Eine Dichtung (24) am Gewindeeinsatz (21) verhindert bei der Unterwasserbeladung das Eindringen von Wasser. Fallweise können die axialen Bohrungen der Gewindeeinsätze (21) bei geöffnetem Behälter verschlossen bzw. abgedeckt werden.

[0015] Im Außendeckel (3) befinden sich Prüfanschlüsse (9), die durch Abdeckungen (28) geschützt sind. Mit Hilfe dieser Prüfanschlüsse (9) ist es möglich, den Zwischenraum (16) zwischen den beiden Umschließungen bzw. Barrieren zu überwachen, die durch die Innenauskleidung (4) und den Abschirmdeckel (2) einerseits sowie den Behälterkörper (1) und den Außendeckel (3) andererseits gebildet werden. Beispielsweise ist es möglich, mit einem Lecksuchgerät, das an einem Prüfanschluß (9) angeschlossen ist, die Integrität der Innenauskleidung (4) sowie der Dichtfunktion des Abschirmdeckels (2) bequem festzustellen, ohne sich einer Strahlungsgefährdung auszusetzen. Entsprechend ist es möglich, auch Meßgeräte zur Ortung der möglicherweise in den Zwischenraum (16) ausgetretenen Aktivität an einen Prüfanschluß (9) anzuschließen. Der auf diese Weise ausgerüstete Lagerbehälter ist, z. B. für Langzeitzwischenlagerungen von radioaktivem Material, das einer späteren Wiederaufarbeitung zugeführt werden soll, hervorragend geeignet.

[0016] Der erfindungsgemäße Behälter besitzt an der Oberfläche Stege (6), die quer zur Erstreckungsrichtung der Kühlrippen (5) angebracht sind. Bei axialer Erstreckung der Kühlrippen (5) verlaufen die Stege (6) rundum,bei rundumlaufenden Kühlrippen jedoch axial. Als besonders günstig hat sich das gemeinsame Angießen der Kühlrippen (5) und Stege (6) an den Behälterkörper (1) erwiesen.

[0017] Die Querstege (6) haben zur Folge, daß der unvermeidbare Bruch der Kühlrippen (5) beim Aufprall nicht am Rippenfuß (27) erfolgt, wo die Gefahr der Rißausdehnung in den Behälterkörper (1) gegeben ist, sondern in einem bestimmten Abstand vom Rippenfuß. Der sichere Abstand des Risses vom Behälterkörper (1) wird gewährleistet durch die Wahl. entsprechender Steghöhen und entsprechendem Stegabstand. Wie theoretische Berechnungen sowie Experimente gezeigt haben, ist es besonders günstig, die Stege so zu dimensionieren, daß die Steghöhe maximal 2/3 der Höhe der Kühlrippen (5) und der Stegabstand maximal das 10-fache , der Steghöhe beträgt.

[0018] Eine besonders vorteilhafte Ausbildung besteht darin, in den Kühlrippen (5) im Bereich der Stege (6) Kerben (18) vorzusehen, die die gezielte Rißbildung ohne Eindringen in den Behälterkörper (1) noch zuverlässiger gewährleisten, indem die Rißbildung auf den durch die Stege (6) zueinander vorgegebenen Abstand limitiert wird. Die maximale Tiefe der Kerben (18) ist an der oberen Begrenzung (26) der Stege (6) erreicht. Geringere Tiefen der Kerben (18) sind in Abhängigkeit von Auslegung und Material ebenfalls sehr wirksam. Die Kerben können angeformt oder fallweise auch nachträglich eingearbeitet werden.

[0019] Beispielsweise besitzt ein Gußbehälter für bestrahlte Brennelemente aus Druckwasserreaktoren mit angegossenen umlaufenden Stegen, Stegabstand voneinander ca. 440 mm, Steghöhe ca. 70 mm, Kühlrippen, die in axialer Richtung an der Behälterkörperoberfläche angeordnet sind. Die Kühlrippen weisen eine Höhe von ca. 240 mm auf. Im Bereich der querlaufenden Stege befinden sich in den Kühlrippen Kerben mit einer Kerbtiefe von ca. 95 mm. Mit diesen Auslegungsdaten werden Risse im Behälterkörper durch Kühlrippenbeschädigungen sicher vermieden.

[0020] Es ist besonders günstig, wenn die Versorgungsleitung (11) zum tiefsten Punkt des Behälterkörpers (1) im Behälterinnenraum angeordnet und mit einem Bedienungsanschluß (10) im Abschirmdeckel (2) über ein Verbindungselement (12), z. B. über einen Flansch (30), verbunden ist. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Versorgungsleitung (11) über einen Konus (31) an den Bedienungsanschluß (10) angekoppelt und über ein Federelement (13) angepreßt wird.

[0021] Das Neutronenabschirmmaterial (8) befindet sich zwischen den Kühlrippen, insbesondere in dem von den Stegen (6) und unteren Teilen der Kühlrippen (5) gebildeten Raum. Besonders günstig ist es dabei, wenn die Neutronenabschirmung (8) aus zwischen den Kühlrippen (5) angebrachten Formkörpern (33) besteht, wobei sich aus mehreren Einzelteilen (34) zusammengesetzte Formkörper (33) besonders bewährt haben. Dadurch ist die Neutronenabschirmung variabel gestaltbar, bequem montierbar sowie prüf- und wartungsfreundlich. Die Formkörper (33), fallweise axial zusammengesetzt, können unterschiedliche Form, Stufung und Größe haben, sie sollen sich nur derart dicht zu einem Ensemble zusammenfügen lassen, daß die Abschirmwirkung auch gegen vagabundierende Neutronen ausreichend ist. Gesichert werden die Formkörper (33) durch Nasen (32), die sich an den Kühlrippen (5) befinden, gegebenenfalls auch durch von diesen Nasen (32) gehaltenen Abdeckungen.

[0022] In einer besonderen Ausgestaltung bestehen die Einzelteile (34) aus einem im Querschnitt kegelförmigen oder parabolischen Mittelteil (35) und zwei gleichen Seitenteilen (36). Bei der Montage werden zunächst die Seitenteile (36) positioniert und anschließend das kegelförmig und gegebenenfalls dabei auch leicht ballig gestaltete Mittelteil (35) eingebracht, wobei ein Anpressen der Seitenteile an den Behälterkörper (1),die Kühlrippen (5) und unter die Nasen (32) erfolgt. Anstelle einer üblichen Abdeckung ist es besonders vorteilhaft, die Formteile (33, 34, 35, 36) durch ein federndes Blech (17) mit einem Falz (29) zu sichern und dabei den Anpreßdruck aufrecht zu erhalten, wobei der Falz (29) zusätzlich zu seiner Handhabungs- und Klemmfunktion quasi auch als zusätzliche Mini-Kühlrippe wirksam ist.

[0023] Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Behälter aus Guß gefertigt, wobei sich Kugelgraphitguß als besonders günstig herausgestellt hat.

Ansprüche

1. Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere für bestrahlte Brennelemente aus Kernreaktoren, im wesentlichen bestehend aus einem Behälterkörper mit Abschirmfunktion für Gamma-Strahlung mit Kühlrippen auf der Oberfläche, einer korrosionsbeständigen Innenauskleidung, einem Abschirm- und einem Außendeckel, einer Neutronenabschirmung und Versorgungsleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenauskleidung (4) über einen Flansch (19) mit dem Außengewinde (22) von Gewindeeinsätzen (21) im Behälterkörper (1) befestigt ist, wobei die Gewindeeinsätze (21) axiale Bohrungen mit einem Innengewinde (23) aufweisen, in die Schrauben (20) zur Befesti- .gung des Abschirmdeckels (2) eingeschraubt sind, im Außendeckel (3) sich Prüfanschlüsse (9) zur Prüfung des Zwischenraumes (16) zwischen den beiden Umschließungen, die durch Innenauskleidung (4) und Abschirmdeckel (2) einerseits und Behälterkörper (1) und Außendeckel (3) andererseits gebildet werden, und auf der Oberfläche des Behälterkörpers (1) quer zur Erstreckungsrichtung der Kühlrippen (5) Stege -(6) angebracht sind.

2. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (11) zum tiefsten Punkt des Behälterkörpers (1) im Behälterinnenraum angeordnet und mit einem Bedienungsanschluß (10) im Abschirmdeckel (2) verbunden ist.

3. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsleitung (11) über einen Konus (31) an den Bedienungsanschluß (10) an- gekoppelt und über ein Federelement (13) angepreßt wird.

4. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlrippen (5) im Bereich der querlaufenden Stege (6) Kerben (18) aufweisen.

5. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenabschirmung aus zwischen den Kühlrippen (5) angebrachten Formkörpern (33) besteht.

6. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (33) aus mehreren Einzelteilen (34) zusammengesetzt sind.

7. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper (33) durch ein federndes Blech (17) mit einem Falz (29) an den Behälterkörper (1) angedrückt werden.

8. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälterkörper (1) aus Kugelgraphitguß besteht.

Zeichnung