Behälter zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Behälter zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bei dem der Behältergrundkörper mehrschichtig aufgebaut ist. Die innere Schicht des Behältergrundkörpers besteht aus einem mechanisch stabilen, billigen metallischen Werkstoff und wird von einer Korrosionsschutzschicht aus hochlegiertem austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit umgeben. Die Aufnahmeöffnung des Behältergrundkörpers ist durch einen mit der Korrosionsschutzschicht verschweißten Verschlußdeckel verschlossen. Dieser Behälter soll nicht nur zur Endlagerung sondern auch zur längeren Oberflächenlagerung und zum Transport der bestrahlten Brennelemente einsetzbar sein. Dabei soll die Werkstoffmenge der Korrosionsschutzschicht möglichst niedrig gehalten werden. Um dieses zu erreichen, weist der Behältergrundkörper eine um die Korrosionsschutzshicht gegossene äußere Schicht aus Gußeisen mit Kugelgraphit auf. Diese äußere Schicht wird in ihrer Dicke entsprechend den Anforderungen bezüglich der Abschirmwirkung gewählt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Behälter-zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bei dem der Behältergrundkörper mehrschichtig aufgebaut ist, wobei die innere Schicht aus einem mechanisch stabilen, billigen metallischen Werkstoff und die daran angrenzende Schicht als Korrosionsschutzschicht aus einem um die innere Schicht gegossenen, hochlegierten austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit besteht, und bei dem die Aufnahmeöffnung des Behältergrundkörpers durch einen mit der Korrosionsschutzschicht verschweißten Verschlußdeckel verschlossen ist.

[0002] Zum Transport der abgebrannten Kernreaktorbrennelemente zu einer Lagerstelle werden die Brennelemente in einen Transportbehälter geladen. Diese Transportbehälter müssen gasdicht verschlossen sein, was über ein Deckeldichtsystem er- reicht wird, und eine ausreichende Abschirmung der. Radioaktivität gewährleisten. Die Transportbehälter müssen eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweisen, die auch Unfallbedingungen widerstehen kann. Weiter muß der Transportbehälter so ausgelegt sein, daß die Nachzerfallswärme der transportierten Brennelemente sicher nach außen abgeleitet werden kann.

[0003] Die beladenen Transportbehälter werden in ein Zwischenlager verbracht, wo sie bis zu einer späteren Wiederaufarbeitung der abgebrannten Kernbrennelemente oder einer Langzeitlagerung, der sogenannten direkten Endlagerung, aufbewahrt werden sollen. Die Transportbehälter müssen dann wieder geöffnet werden. Im Falle der direkten Endlagerung müssen die ab- ; gebrannten Kernreaktorbrennelemente in spezielle Endlagerbehälter gepackt und in diesen in geologische Formationen zur sicheren Endlagerung verbracht werden.

[0004] Die Endlagerbehälter müssen bestimmte Endlagereigenschaften aufweisen. Sie müssen mechanisch stabil, korrosionsfest und dicht verschlossen sein. Der Behältergrundkörper des Endlagerbehälters wird daher aus Stahl oder Gußeisen hergestellt, um die mechanische Stabilität des Behälters zu gewährleisten. Bevorzugt möchte man für den dickwandigen Behältergrundkörper Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG 40) verwenden, da sphärolithisches Gußeisen sich durch besonders hohe Festigkeit und Zähigkeit auszeichnet.

[0005] Da aber die Korrosionsbeständigkeit von Stahl oder Gußeisen mit Kugelgraphit für den Zweck der Endlagerung ungenügend ist, wurde bereits vorgeschlagen, auf dem Behältergrundkörper aus Stahl oder Gußeisen außen eine korrosionsfeste Schutzschicht aufzubringen. Diese korrosionsfeste Schutzschicht kann aus Keramik, Graphit oder anderen Werkstoffen bestehen.

[0006] In einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung (P 31 50 663.1) wird vorgeschlagen, einen Behälter für die Endlagerung von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen aus zwei metallischen Schichten aufzubauen, wobei die innere Schicht aus einem mechanisch stabilen, billigen Werkstoff und die äußere Schicht aus einem korrosionsfesten Werkstoff besteht. Dabei soll die innere Schicht aus Gußeisen mit Kugelgraphit oder Lamellengraphit und die äußere Schicht aus einem um die innere Schicht gegossenen, hochlegierten austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit bestehen. Die Aufnahmeöffnung des Behälters ist durch einen mit der äußeren Schicht verschweißten Verschlußdeckel verschlossen. Dieser so ausgebildete Brennelementbehälter kann auch zur längeren Oberflächenlagerung der bestrahlten Brennelemente und zum Transport genutzt werden, wenn die Dicke der billigen inneren Schicht entsprechend den Anforderungen für die Abschirmung erhöht wird. Dieses hätte allerdings die Folge, daß die teure Korrosionsschutzschicht, die, um für eine Endlagerung ausreichend zu sein, immer eine bestimmte Dicke haben muß, auf einem größeren Behälterdurchmesser liegt. Der Umfang und damit die erforderliche Werkstoffmenge der Korrosionsschutzschicht wird vergrößert.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß er nicht nur zur Endlagerung, sondern auch zur längeren Oberflächenlagerung und zum Transport der bestrahlten Brennelemente nutzbar ist, wobei die Werkstoffmenge der Korrosionsschutzschicht möglichst niedrig gehalten werden soll.

[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Behältergrundkörper eine um die Korrosionsschutzschicht gegossene äußere Schicht aus Gußeisen mit Kugelgraphit aufweist.

[0009] Es ist nun möglich, die Korrosionsschutzschicht des Behältergrundkörpers auf einem möglichst kleinen Durchmesser zu belassen, da die Dicke der äußeren Schicht entsprechend der erforderlichen Abschirmwirkung gewählt werden kann. Die äußere Schicht wird in einer Gießform um die Korrosionsschutzschicht gegossen. Die Oberfläche der Korrosionsschutzschicht wird angeschmolzen, so daß eine gute Verbindung zwischen der äußeren Schicht und der Korrosionsschutzschicht entsteht.

[0010] Die gute Verbindung zwischen den beiden Schichten wird auch dadurch gefördert, daß der Gefügeaufbau der äußeren Schicht dem Gefügeaufbau der Korrosionsschutzschicht ähnlich ist. Die äußere Schicht aus Sphäroguß ist aufgrund der hohen Streckgrenze des sphärolithischen Gußeisens für den erfindungsgemäßen Einsatz denkbar gut geeignet, da der Sphäroguß aufgrund seiner hohen Streckgrenze die Schrumpfspannungen gut aushält.

[0011] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht aus einem gezogenen Stahlrohr besteht. Dieses hat den wesentlichen Vorteil, daß die innere Schicht aufgrund der höheren mechanischen Festigkeit eines gezogenen Stahlrohres eine geringere Dicke erhalten kann. Diese geringere Dicke bedeutet einen kleineren Durchmesser der inneren Schicht. Das hat vorteilhaft zur Folge, daß die teure Korrosionsschutzschicht auch auf einem kleineren Durchmesser liegt und somit einen geringeren Umfang hat.

[0012] Durch die Erfindung wird ein Brennelementbehälter geschaffen, der die in Transportbehältern gelieferten abgebrannten Kernreaktorbrennelemente nach einer bestimmten Abklingzeit aufnimmt. In diesem Brennelementbehälter können die Brennelemente dann in einem Zwischenlager an der Oberfläche gelagert werden, bis das Endlager errichtet oder die Wiederaufarbeitung der Brennelemente beschlossen ist.

[0013] Bei der Entscheidung für eine Wiederaufarbeitung wird der aufgeschweißte Deckel aufgefräst und die Brennelemente entnommen. Sollen die Brennelemente der direkten Endlagerung in einer geologischen Formation zugeführt werden, so wird der Brennelementbehälter direkt ohne ein Umladen oder eine zusätzliche Transportabschirmung in das Endlager verbracht.

[0014] Die Prüfung des erfindungsgemäßen Brennelementbehälters wird durch die üblichen Prüfungsmethoden wie Ultraschalluntersuchung und Röntgenuntersuchung durchgeführt, wobei jede Gußlage einzeln geprüft werden kann.

[0015] Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen dreischichtigen gegossenen Brennelementbehälter im Längsschnitt,

_Fig. 2 eine Ausführungsform eines dreischichtigen Brennelementbehälters, bei der die innere Schicht aus einem gezogenen Stahlrohr besteht.

[0016] Der die hier nicht gezeigten Brennelemente.aufnehmende Behälter (_Fig. 1) weist einen dickwandigen Behältergrundkörper 3 auf, der aus drei Schichten aufgebaut ist. Der Behältergrundkörper 3 ist zylindrisch ausgebildet und an seinem stirnseitigen Ende offen.

[0017] Dadurch wird eine Aufnahmeöffnung 4 zum Beladen mit den hier nicht gezeigten Brennelementen gebildet.

[0018] Die innere Schicht 5 des Behältergrundkörpers 3 besteht aus einem sphärolithischen Gußeisen (GGG 40). Am offenen Ende weist diese topfförmige Innenschicht 5 ein Innengewinde 6 auf, in das ein Druckdeckel 7 eingeschraubt ist.

[0019] Um die Innenschicht 5 ist eine Korrosionsschutzschicht 8 aus hochlegiertem austenitischem Sphäroguß gegossen. Dieser den Korrosionsschutz bewirkende Gußwerkstoff ist ein austenitischer Sphäroguß mit max. 3 % C, 13 bis 36 % Ni sowie geringeren Legierungsbestandteilen von Si, Cu und Cr. Ein derartiger Werkstoff ist GGGNiCr 20.2 (Handelsname: "Ni-resist"). An seinem offenen Ende weist die Korrosionsschutzschichtumhüllung 8 eine zur Aufnahmeöffnung 4 konzentrische Schweißlippe 9 auf. In die Aufnahmeöffnung 4 ist ein Korrosionsschutzdeckel 11 aus dem gleichen Werkstoff eingesetzt und über eine Gegenschweißlippe 12 mit der Schweißlippe 9 der Hülle 8 verbunden. Die äußere Schicht 13 des Behältergrundkörpers besteht aus Gußeisen mit Kugelgraphit (GGG 40).

[0020] Ein aus sphärolithischem Gußeisen bestehender Abschirmdeckel 14 ist mit dem äußeren Gußkörper 13 verschraubt.

[0021] Die jeweilige topfförmige Gußschicht ist beim Herstellungsvorgang der nächstäußeren Schicht als Formteil in die Gießform eingesetzt worden. Nach dem jeweiligen Eingießen der Werkstoffschmelze der nächsten Schicht verbindet sich die Oberfläche mit der vergossenen Schicht. Die drei Schichten des Behältergrundkörpers 3 sind somit fest miteinander verbunden.

[0022] Der Korrosionsschutzdeckel 11 ist aus dem gleichen Werkstoff wie die Korrosionsschutzschicht 8. Eine nachträgliche Wärmebehandlung des Behälters nach dem Deckelverschweißen ist daher nicht notwendig.

[0023] Bei der in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des Behälters ist die innere Schicht 21 aus einem gezogenen Stahlrohr gebildet, das am der Aufnahmeöffnung 4 gegenüberliegenden Ende durch eine kreisförmige Stahlplatte 23 verschweißt ist. Gezogene Stahlrohre haben eine höhere mechanische Festigkeit als entsprechende Gußkörper. Daher kann die innere Schicht 21 des Behältergrundkörpers 3 dünner ausgebildet werden. Das hat zur Folge, daß die mittlere Korrosionsschutzschicht 8 auf einem kleineren Durchmesser liegt.

Ansprüche

1. Behälter zur Aufnahme von radioaktiven Stoffen, insbesondere bestrahlte Kernreaktorbrennelemente, bei dem der Behältergrundkörper mehrschichtig aufgebaut ist, wobei die innere Schicht aus einem mechanisch stabilen, billigen metallischen Werkstoff und die daran angrenzende Schicht als Korrosionsschutzschicht aus einem um die innere Schicht gegossenen, hochlegierten austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit besteht, und bei dem die Aufnahmeöffnung des Behältergrundkörpers durch einen mit der Korrosionsschutzschicht verschweißten Verschlußdeckel verschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , , daß der Behältergrundkörper (3) eine um die Korrosionsschutzschicht (8) gegossene, äußere Schicht (13) aus Gußeisen mit Kugelgraphit aufweist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht aus einem gezogenen Stahlrohr (21) besteht.

Zeichnung