Behälter für die Langzeitlagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Behälter aus Stahl oder Stahlguß für die Langzeitlagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelemeriten oder anderen radioaktiven Stoffen, dessen stirnseitige Aufnahmeöffnung durch einen aufgeschweißten Verschlußdeckel verschlossen ist.

[0002] Nach dem Füllen eines derartigen Behälters mit den bestrahlten Kernreaktorbrennelementen muß der Behälter durch einen Verschlußdeckel dicht verschlossen werden. Bei einem metallischen Behältergrundkörper ist ein dichtes Verschließen an sich über das Einschweißen eines metallischen Deckels möglich. Besteht der Behältergrundkörper aus Graphit, kann der Behältergrundkörper mit einem Verschlußdeckel, der ebenfalls aus Graphit besteht, bei hoher Temperatur und hohem Druck verschlossen werden.

[0003] Behälter für die Langzeitlagerung müssen mechanisch stabil, korrosionsfest und dicht verschlossen sein. Besteht der Behältergrundkörper aus Stahl, ist zwar die mechanische Stabilität und ein dichtes Verschließen durch Verschweißen des Behältergrundkörpers und Verschlußdeckel gewährleistet. Die Korrosionsbeständigkeit des Stahles ist aber für den Zweck der Langzeitlagerung, beispielsweise einer Endlagerung im Salzgestein, ungenügend. Man hat daher bereits vorgeschlagen, einen Behälter für die Langzeitlagerung aus Graphit herzustellen, der eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Allerdings ist hierbei die mechanische Stabilität gegenüber einem Stahlbehälter geringer.

[0004] Es wäre daher vorteilhaft, wenn der Behälter aus dem Grundwerkstoff Stahl oder Stahlguß zur Erreichung der mechanischen Stabilität wäre und außen eine korrosionsfeste Schutzschicht aus Graphit, Keramik oder Emaille tragen würde. Dem steht bisher entgegen, daß nach dem Verschweißen des Behälters in der Heißen Zelle in dieser Heißen Zelle eine einwandfreie Korrosionsbeschichtung nur unter hohem technischen Aufwand mittels fernbetätigter Hantierungseinrichtungen erfolgen kann.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, dessen Grundwerkstoff die mechanische Stabilität aufweist und der über eine äußere Beschichtung korrosionsbeständig ist und der ein einfaches Verschließen des Behälters in der Heißen Zelle ermöglicht.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Behältergrundkörper und der Verschlußdeckel werden vor dem Einsatz in der Heißen Zelle separat mit den Schweißplattierungen versehen. Die Schweißplattierungen werden durch Auftragschweißen aufgebracht, wobei es sich um eine hinlänglich bekannte Technik handelt (Handbuch der Schweißtechnik, J. Ruge, 2. Auflage, Bd. 1 « Werkstoffe », Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York 1980, S. 170). Nach dem Schweißplattieren werden der Behältergrundkörper und der Verschlußdeckel mit der Korrosionsschutzschicht separat beschichtet. Durch die Erfindung ist es möglich geworden, diese Beschichtung außerhalb der Heißen Zelle vorzunehmen.

[0007] Nach dem Beladen des Brennelementbehälters in der Heißen Zelle kann dieser mit dem Verschlußdeckel kalt verschweißt werden. Unter einem kaltschweißbaren Werkstoff wird ein Werkstoff verstanden, der ohne nachträgliche Wärmebehandlung schweißbar ist. Bei derartigen Werkstoffen treten beim Schweißen keine wesentlichen Spannungen oder Gefügeänderungen auf, die durch eine zusätzliche, nachträgliche Wärmebehandlung ausgeglichen werden müssen. Ein derartiger Werkstoff ist Ni Mo 16 Cr 16 Ti (Handelsname : Hastelloy C-4). Der Ansatz der jeweiligen Schweißplattierung auf dem Verschlußdeckel bzw. auf dem Behältergrundkörper wird durch die Korrosionsschutzschicht überdeckt, damit der Behälter ohne durchgehenden Spalt von einer Korrosionsschutzschicht bedeckt ist.

[0008] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist durch die im Anspruch 2 genannten Merkmale gekennzeichnet. Die Schweißplattierung auf dem Behältergrundkörper wird aus einem im Querschnitt L-förmigen Ring geformt, der den Behältergrundkörper an seinem stirnseitigen Ende umfaßt. Die ringförmige Schweißplattierung des Verschlußdeckels liegt mit einem Ende auf einer schräg verlaufenden Ringfläche, die der stirnseitigen Fügefläche des Behältergrundkörpers gegenüberliegt. Dadurch bilden die beiden Schweißplattierungen nach dem Aufsetzen des Verschlußdeckels einen sich nach außen öffnenden Keilspalt, der zum Verschweißen von Deckel und Behältergrundkörper dient.

[0009] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Ansprüchen 3 und 4 gekennzeichnet.

[0010] Anhand der Zeichnung werden nachstehend drei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 einen Schnitt durch einen verschweißten Behälter,

Figur 2 eine andere Ausführungsform der Schwei,ßplattierung und Verschweißung von Deckel und Behältergrundkörper,

Figur 3 eine weitere Variante der Ausbildung der Schweißplattierungen.

[0011] Der in Fig. 1 gezeigte Brennelementbehälter weist einen Behältergrundkörper 1 auf, der zylindrisch ausgebildet und an einem stirnseitigen Ende offen ist. Dadurch wird eine Aufnahmeöffnung 2 zum Beladen mit den hier nicht gezeigten Brennelementen gebildet. Am offenen Ende des Behältergrundkörpers 1 ist eine Schweißplattierung 3 aus einem ringförmigen, im Querschnitt gesehen L-förmigen Streifen aus kaltschweißbarem und korrosionsbeständigem Werkstoff auf die stirnseitige Fügefläche 10 aufgebracht. Ein derartiger Werkstoff ist eine Legierung Ni Mo 16 Cr 16 Ti (Handelsname : Hastelloy C-4). Der ringförmige, durch Auftragschweißen aufgebrachte Wersktoffstreifen ist L-förmig geformt, wobei der kurze Schenkel 4 auf dem stirnseitigen Ende des Behältergrundkörpers 1 liegt. Der längere Schenkel 5 befindet sich auf der Außenseite des Behältergrundkörpers 1.

[0012] Der Behältergrundkörper 1 ist durch einen aufgeschweißten Verschlußdeckel 6 verschlossen. Dieser Verschlußdeckel 6 weist einen nach oben abstehenden Rand 7 auf. Auf der dem Behältergrundkörper 1 zugewandten Seite ist der Verschlußdeckel 6 kreisringförmig abgeschrägt, wobei sich die Breite der projezierten schrägen Ringfläche 8 von dem Innendurchmesser bis zum Außendurchmesser des Behältergrundkörpers 1 erstreckt. Der Verschlußdeckel 6 ist umfangs--mäßig von einer Schweißplattierung 9 eines kaltschweißbaren Werkstoffes umgeben. Der schweißpiattierte Werkstoffstreifen 9 umfaßt mit einem Ende den Rand 7 und mit dem anderen Ende die Ringfläche 8 des Verschlußdeckels 6.

[0013] Der Verschlußdeckel 6 und der Behältergrundkörper 1 wurden nach ihrem Schweißplattieren jeweils mit einer Korrosionsschutzschicht 11, 12 aus Graphit beschichtet. Diese Korrosionsschutzschichten 11, 12 lassen die Schweißplattierungen 3, 9 im Schweißbereich frei. Lediglich die dem Schweißbereich abgewandten Enden der Schweißplattierungen 3 und 9 werden von den Korrosionsschutzschichten 11, 12 etwas überdeckt. Dadurch wird ein durchgehender Spalt zum Behältergrundkörper vermieden. Durch die schräge Ringfläche 8 des Deckels 6 ist ein sich nach außen öffnender Keilspalt entstanden, der die V-förmige Schweißnaht 13 aus korrosionsbeständigem metallischem Werkstoff aufnimmt.

[0014] Der in Fig. 2 gezeigte Brennelementbehälter weist eine geänderte Anordnung der Schweißplattierungen im Fügebereich zwischen Behältergrundkörper und Verschlußdeckel auf.

[0015] Im Fügebereich des Behältergrundkörpers 21 besteht die Schweißplattierung 23 aus einer außen auf den Behältergrundkörper 21 aufgeschweißten ringförmigen Schicht. Diese Schweißplattierung 23 schließt mit dem Ende des Behältergrundkörpers 21 stirnseitig ab. Die Schweißplattierung 29 des Verschlußdeckels 26 erstreckt sich nur bis zum unteren Ende des Außenumfanges des Verschlußdeckels. Die schräge Ringfläche 28 trägt keine Schweißplattierung. Die Fügeflächen 28 und 30 bilden einen Keilspalt, haben aber keine Schweißplattierung. Nach dem Beladen des Brennelementbehälters in der Heißen Zelle wird der Verschlußdeckel 26 aufgesetzt. Als erstes wird eine tulpenförmige Schweißnaht 36 zwischen den Fügeflächen 28 und 30 mittels eines Schutzgasschweißverfahrens erzeugt. Anschließend wird eine zweite Schweißnaht 37 aufgebracht, die die beiden Schweißplattierungen 23 und 29 des Verschlußdeckels 26 und des Behältergrundkörpers 21 miteinander verbindet. Das Schweißmaterial der zweiten Schweißnaht 37 ist ebenfalls aus kaltschweißbarem, korrosionsfestem Material, wie z. B. Hastelloy C-4. Beide Schweißnähte 36 und 37 werden nach dem Beladen des Brennelementbehälters in der Heißen Zelle erzeugt. Die Korrosionsschutzschichten 31 und 32 bleiben dabei unversehrt.

[0016] Die Ausführung gemäß Fig. 3 weist einen Behältergrundkörper 42 auf. Dieser Behältergrundkörper 42 hat einen zylindrischen Querschnitt und bildet eine Aufnahmeöffnung 43, durch die der Behältergrundkörper mit radioaktiven Stoffen beladen werden kann. Ein Verschlußdeckel 44 ist in der Aufnahmeöffnung 43 angeordnet. Dieser Verschlußdeckel 44 weist einen umfangsmäßigen Rand 41 auf, der sich von der ebenen Fläche 45 des Verschlußdeckels 44 erhebt. Der Verschlußdeckel 44 hat im Querschnitt gesehen eine U-förmige Ausbildung, wobei sich die äußere Fläche 48 des Randes 41 zur Achse des Verschlußdeckels 44 neigt.

[0017] Der Verschlußdeckel 44 liegt,mit einem senkrechten Teil 46 seiner Umfangsfläche 46, 48 an der inneren Oberfläche 47 der Wand 40 des Behältergrundkörpers 42. Der Rand 41 des Verschlußdeckels 44 ist zur Deckelachse geneigt angeordnet und bildet somit mit der Wand 40 des Behältergrundkörpers 42 einen Keilspalt zur Aufnahme einer Schweißnaht 50.

[0018] Verschlußdeckel 44 und Behälter,grundkörper 42 weisen in ihrem Fügebereich Schweißplattierungen 52 und 53 auf. Die Schweißplattierung 52 des Verschlußdeckels 44 erstreckt sich von der schrägen Fläche 48 über den Rand 41 bis auf die Deckelfläche 45. Die Schweißplattierung 53 des Behältergrundkörpers 42 umfaßt das offene Wandende des Behältergrundkörpers 42, wobei sich die Schweißplattierung 53 von der Außenoberfläche über die Stirnseite zur Innenoberfläche 47 erstreckt : Behältergrundkörper 42 und Verschlußdeckel 44 sind mit Korrosionsschutzschichten 54 und 55 versehen, die jeweils das der Schweißnaht 50 abgewandte Ende der Schweißplattierungen 52, 53 überdecken.

[0019] Nach dem Beladen des Behältergrundkörpers 42 mit den abgebrannten Kernbrennelementen wird der Verschlußdeckel 44 eingesetzt. Der Verschlußdeckel 44 und der Behältergrundkörper 42 werden durch Bildung der Schweißnaht 50 miteinander verbunden.

[0020] Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß der Brennelementbehälter nach dem Beladen vollständig von einer Korrosionsschutzschicht bedeckt ist. Im Fügebereich sind Behältergrundkörper und Verschlußdeckel von einem korrosionsfesten, kaltschweißbaren, durch Auftragschweißen angebrachten, metallischen Werkstoff versehen, während die übrige Außenfläche von bekannten keramischen Schutzschichten bedeckt ist. Die keramischen Schutzschichten erleiden bei einer Verschweißung keinen Schaden, da im Fügebereich metallische Korrosionsschutzschichten vorhanden sind und miteinander verbunden werden. Es ist nach dem Beladen des Brennelementbehälters mit den kernbrennstoffelementen in der Heißen Zelle nur ein Schweißvorgang notwendig ; eine aufwendige, fernbediente Aufbringung einer kompletten Korrosionsschutzschicht ist nicht mehr notwendig.

Ansprüche

1. Behälter aus, Stahl oder Stahlguß für die Langzeitlagerung von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen oder anderen radioaktiven Stoffen, dessen stirnseitige Aufnahmeöffnung . durch einen, aufgeschweißten Verschlußdeckel verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behältergrundkörper (1, 21, 42) und der Verschlußdeckel (6, 26, 44) im Bereich der einander zugewandten Fügeflächen (8, 10; 28, 30 ; 47, 48) jeweils eine Schweißplattierung (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) aus einem kaltschweißbaren, korrosionsfesten Werkstoff aufweisen, daß der Behältergrundkörper (1, 21, 42) und der Verschlußdeckel (6, 26, 44) außen mit einer Korrosionsschutzschicht (11, 12 ; 31, 32 ; 54, 55) aus Graphit oder Keramik bis auf die sich gegenüberliegenden Bereiche der Schweißplattierungen (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) von Behältergrundkörper (1, 21, 42) und Verschlußdeckel (6, 26, 44) beschichtet sind und daß der Behältergrundkörper (1, 21, 42) mit dem Verschlußdeckel (6, 26, 44) über die Schweißplattierungen (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) zum dichten Verschließen des Behälters verschweißt ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißplattierung (3) des Behältergrundkörpers (1) aus einem im Querschnitt gesehen L-förmigen Ring besteht, dessen einer Schenkel (4) auf der.stirnseitigen Fügefläche (10) und dessen anderer Schenkel (5) an der Außenfläche des Behältergrundkörpers (1) liegt, daß die Schweißplattierung (9) des Verschlußdeckels (6), einen abstehenden Rand (7) des Verschlußdeckels (6) umfaßt, an der Deckelaußenfläche anliegt und auf einer sich von außen schräg zum Behälterinnendurchmesser in Richtung Behältergrundkörper (1) geneigten Ringfläche (8) aufgebracht ist.

3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißplattierung, (23) des Behältergrundkörpers (21) an der Außenoberfläche des Behältergrundkörpers (21) an dessen stirnseitig offenen Ende liegt, daß die Schweißplattierung (29) des Verschlußdeckels (26) einen abstehenden Rand des Verschlußdeckels (26) umfaßt und an der Deckelaußenfläche anliegt, daß der Verschlußdeckel (26) oder der Behältergrundkörper (21) an ihren gegenüberliegenden Flächen (28, 30) eine sich von außen schräg zum Behälterinnendurchmesser erstreckende Ringfläche (28) aufweisen, daß der Grundwerkstoff des Verschlußdeckels (26) und der Grundwerkstoff des Behältergrundkörpers (21) mit einer ersten Schweißnaht (36) miteinander verschweißt sind, und daß die sich gegenüberliegenden Enden der Schweißplattierungen (23 und 29) mittels einer zweiten Schweißung (37) miteinander verbunden sind.

4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißplattierung (53) des --Behältergrundkörpers (42) das offene Ende (40) -der Behälterwand (57) umfaßt, daß die Schweißpiattierung (52) des Verschlußdeckels (44) einen abstehenden Rand (41) des Verschlußdeckels (44) umfaßt, der in die Aufnahmeöffnung (43) des Behältergrundkörpers (42) eingesetzt ist, daß der abstehende Rand (41) eine schräg zu der Deckelachse geneigte Außenfläche aufweist, die von der Schweißplattierung (52) bedeckt ist.

Claims

1. A container comprising steel or cast steel for long-term storage of spent nuclear reactor fuel elements or other radioactive substances, the receiving opening at the end of which is closed by a closure cover which is welded on, characterised in that the main body (1, 21, 42) of the container and the closure cover (6, 26, 44), in the region of the mutually facing joint surfaces (8, 10 ; 28, 30 ; 47, 48) each have a weld cladding (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) comprising a cold-weldable corrosion-resistant material, that the main body (1, 21, 42) of the container and the closure cover (6, 26, 44) are externally coated with a corrosion-resistant layer (11, 12; 31, 32; 54, 55) of graphite or ceramic, except for the mutually oppositely disposed regions of the weld cladding portions (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) of the main body (1, 21, 42) of the container and the closure cover (6, 26, 44), and that the main body (1, 21, 42) of the container is welded to the closure cover (6, 26, 44) by way of the weld cladding portions (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) for sealingly closing the container.

2. A container according to claim 1, characterised in that the weld cladding (3) of the main body (1) of the container comprises a ring which is of L-shaped cross-section and which has one limb portion (4) disposed on the end joint surface (10) and the other limb portion (5) on the outside surface of the main body (1) of the container, that the weld cladding (9) on the closure cover (6) encloses a projecting edge portion (7) of the closure cover (6), bears against the outside surface of the cover and is applied on an annular surface (8) which extends from the exterior at an inclined angle to the inside diameter of the container in the direction of the main body (1) of the container.

3. A container according to claim 1, characterised in that the weld cladding (23) on the main body (21) of the container is disposed at the outside surface of the main body (21) of the container at the open end portion thereof, that the weld cladding (29) on the closure cover (26) encloses a projecting edge portion of the closure cover (26) and bears against the outside surface of the cover, that the closure cover (26) or the main body (21) of the container have, at their mutually oppositely disposed surfaces (28, 30), an annular surface (28) which extends from the exterior obliquely to the inside diameter of the container, that the base material of the closure cover (26) and the base material of the main body (21) of the container are welded together by a first weld seam (36) and that the mutually oppositely disposed ends of the weld cladding portions (23 and 29) are joined together by means of a second weld (37).

4. A container according to'claim 1, characterised in that the weld cladding (53) on the main body (42) of the container encloses the open end (40) of the wall (57) of the container, that the weld cladding (52) on the closure cover (44) encloses a projecting edge portion (41) of the closure cover (44), which is fitted into the receiving opening (43) of the main body (42) of the container, and that the projecting edge portion (41) has an outside surface which is inclined obliquely with respect to the axis of the cover and which is covered by the weld'.cladding (52).

Revendications

1. Récipient en acier ou en acier moulé de stockage de longue durée d'éléments combustibles épuisés de réacteurs nucléaires, ou d'autres substances radioactives, dont l'ouverture de réception, du côté frontal, est fermée par un couvercle de fermeture qui y est appliqué par soudage, caractérisé en ce que le corps de base du récipient (1, 21, 42) et le couvercle de fermeture (6, 26, 44) présentent dans la région des surfaces de joint (8, 10 ; 28, 30 ; 47, 48) tournées l'une vers l'autre, respectivement un rechargement par soudure (3, 9 ; 23, 29 ; 52. 53) en un matériau résistant à la corrosion et pouvant être soudé à froid, le corps de base du récipient (1, 21, 42) et le couvercle de fermeture (6, 26, 46) sont. revêtus extérieurement d'une couche de protection vis-à-vis de la corrosion (11, 12 ; 31, 32 ; 54, 55) en graphite ou en céramique, à l'exception des régions en regard des rechargements par soudure (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) du corps de base du récipient (1, 21, 42) et du couvercle de fermeture (6, 26, 44), et le corps de base du récipient (1, 21, 42) est soudé au couvercle de fermeture (6, 26, 44) par les rechargements par soudure (3, 9 ; 23, 29 ; 52, 53) pour la fermeture hermétique du récipient. -

2. Récipient suivant la revendication 1, caractérisé en ce-que le rechargement par soudure (3) du corps de base du récipient (1) est constitué d'un anneau ayant, en section transversale, la forme d'un L, dont l'une des branches (4) est en contact avec la surface de joint (10) du côté frontal et dont l'autre branche (5) est en contact avec la surface extérieure du corps de base du récipient (1), le rechargement par soudure (9) du couvercle de fermeture 16) enserre un bord en saillie (7) du couvercle de fermeture (6), repose sur la surface extérieure du couvercle, et est placé sur une surface annulaire (8) inclinée de l'extérieur vers le diamètre intérieur du récipient, en direction du corps de base du récipient (1).

3. Récipient suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rechargement par soudure (23) du corps de base du récipient (21) se trouve sur la surface extérieure du corps de base du récipient (21), à l'extrémité de celui-ci qui est ouverte du côté frontal, le rechargement par soudure (29) du couvercle de fermeture (26) enserre un bord en saillie du couvercle de fermeture (26) et repose sur la surface extérieure du couvercle, le couvercle de fermeture (26) ou le corps de base du récipient (21) présente, sur leur surface opposée (28, 30), une surface annulaire (28) s'étendant de manière inclinée de l'extérieur vers le diamètre intérieur du récipient, le matériau de base du couvercle de fermeture (26) et le matériau de base du corps de base du récipient (21) sont soudés l'un à l'autre par un premier cordon de soudure (36) et les extrémités opposées des rechargements par soudure (23 et 29) sont reliées l'une à l'autre au moyen d'une seconde soudure (37).

4. Récipient suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rechargement par soudure (53) du corps de base du récipient (42) enserre l'extrémité ouverte (40) de la paroi du récipient (57), le rechargement par soudure (52) du couvercle de fermeture (44) enserre un bord en saillie (41) du couvercle de fermeture (44), qui est introduit dans l'ouverture de réception (43) du corps de base du récipient (42), le bord en saillie (41) présente une surface extérieure inclinée en direction de l'axe du couvercle et recouverte du rechargement par soudure (52).

Zeichnung