Behälter zum Langzeitlagern von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen

Abstract

 Ein Behälter zum Lagern von radioaktiven Stoffen, insbesondere für die Langzeitlagerung von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, weist eine stirnseitige Aufnahmeöffnung (2) auf, die durch einen Verschlußdeckel (4) dicht verschlossen ist. Der Behälter ist aus zwei metallischen Schichten aufgebaut, wobei die innere Schicht (1) aus einem mechanisch stabilen, billigen Werstoff und die äußere Schicht (3) aus einem korrosionsfesten Werkstoff bestehen. Um eine äußere Korrosionsschicht mit geringerem technischen Aufwand und geringeren Kosten herzustellen, besteht die innere Schicht (1) aus Gußeisen mit Kugelgraphit oder Lamellengraphit und die äußere Schicht (3) aus einem um die innere Schicht gegossenen, hochlegierten austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit. Die Aufnahmeöffnung (2) des Behälters ist durch einen mit der äußeren Schicht (3) verschweißten Verschlußdeckel (4) verschlossen.

Beschreibung

[0001] Behälter für die Langzeitlagerung müssen mechanisch stabil, korrosionsfest und dicht verschlossen sein. Der Behältergrundkörper wird daher aus Stahl oder Gußeisen hergestellt, um die mechanische Stabilität des Behälters zu gewährleisten.

[0002] Bevorzugt möchte man für den dickwandigen Behältergrundkörper Gußeisen mit Kugelgraphit ( GGG 40 ) verwenden, weil sphärolithisches Gußeisen sich durch besonder hohe Festigkeit und Zähigkeit auszeichnet.

[0003] Die Korrosionsbeständigkeit von Stahl oder Gußeisen ist für den Zweck der Langzeitlagerung ungenügend. Es ist daher bereits vorgeschlagen worden, auf den Behältergrundkörper aus Stahl oder Gußeisen außen eine korrosionsfeste Schutzschicht aufzubringen. Diese korrosionsfeste Schutzschicht kann aus Keramik oder Graphit bestehen.

[0004] In einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung ( _P 31 03 527.2 ) wird vorgeschlagen, den Behälter aus einer dickwandigen Stahlschicht mit einer äußeren Schicht aus Zirkaloy-2 herzustellen. Die dünne Beschichtung aus dem korrosionsfesten Zirkaloy-2 soll über den inneren Stahlgrundkörper gezogen und aufgeschrumpft oder auf einen Stahlgrundkörper aufplattiert werden. Die Beschichtung mit Zirkaloy-2 ist sehr teuer und erfordert einen hohen technischen Aufwand zum Aufbringen auf die innere Schicht. Das Schrumpfen oder Aufplattieren der äußeren Zirkaloy-Schicht ergibt keinen einwandfreien Verbund zwischen beiden Behälterschichten. Die Zirkaloy-Schicht ist relativ dünn, so daß Schweißfehler und Werkstofffehler von schwerwiegendem Nachteil für die Dichtigkeit sind.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der eine äußere Korrosionsschutzschicht aufweist, die mit geringerem technischen Aufwand und geringeren Kosten hergestellt werden kann.

[0006] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gekennzeichnet. Der dickwandige Behältergrundkörper aus sphärolithischem Gußeisen wird in einer Gießform mit der Schmelze des hochlegierten austenitischen-Sphärogusses umgossen. Die Oberfläche des Behältergrundkörpers wird angeschmolzen und dadurch entsteht eine gute Verbindung zwischen den beiden Schichten des Behälters. Die gute Verbindung zwischen den beiden Schichten des Behälters wird auch dadurch gefördert, daß der Gefügeaufbau der äußeren Schicht-dem Gefügeaufbau des aus sphärolithischem Gußeisen bestehenden Behältergrundkörpers ähnlich ist.

[0007] Die äußere Schicht aus hochlegiertem austenitischen Sphäroguß zeichnet sich durch gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit bei guten Bearbeitungs- und Gießeigenschaften aus. Der wesentliche Vorteil dieses Werkstoffes liegt in seiner Kaltschweißbarkeit.

[0008] Unter einem kaltschweißbaren Werkstoff wird ein Werkstoff verstanden, der ohne nachträgliche Wärmehandlung schweißbar ist. Bei derartigen Werkstoffen treten beim Schweißen keine wesentlichen Spannungen oder Gefügeänderungen auf, die durch eine zusätzliche nachträgliche Wärmebehandlung ausgeglichen werden müssen.

[0009] Nach dem Beladen des Brennelementbehälters kann der Behälter über einen im Gefügeaufbau dem Material der äußeren Schicht ähnlichen Verschlußdeckel kalt verschweißt werden. Eine anschließende Wärmebehandlung des Behälterkörpers entfällt.

[0010] Die äußere gegossene Schicht des Behälters kann eine wesentlich größere Dicke aufweisen, als die auf einem Behältergrundkörper aufplattierte Zirkaloyhülle. Aufgrund der möglichen Dicke und der guten Verbindung zwischen den Schichten ist es möglich, den Behälter nicht nur zur Lagerung, sondern auch zum Transport der bestrahlten Brennelemente zwischen dem Kernkraftwerk und dem Langzeitlager zu benutzen.

[0011] Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, eine gegen Einwirkungen von außen widerstandsfähige Korrosionsschutzschicht zu erzielen. Sie ist widerstandsfähig gegen mechanische Einwirkungen wie Schlag, Reibung, Scherkräfte sowie gegen Feuer. Weiter wird durch die Erfindung eine gute Reproduzierbarkeit des Behälteraufbaus möglich.

[0012] Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch das Kennzeichen des Anspruches 2 offenbart. Ein derartiger Werkstoff ist GGG NiCr 20.2 ( Handelsname: Ni-Resist ).

[0013] Anhander Zeichnung -wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

[0014] Der die hier nicht gezeigten Brennelemente aufnehmende Behälter weist einen dickwandigen Behältergrundkörper'l aus sphärolithischem Gußeisen auf. Dieser Behältergrundkörper 1 ist zylindrisch ausgebildet und an einem stirnseitigen Ende offen. Dadurch wird eine Aufnahmeöffnung 2 zum Beladen mit den hier nicht gezeigten Brennelementen gebildet. Der Behältergrundkörper 1 ist außen mit einer vergossenen Schicht 3 aus hochlegiertem austenitischem Sphäroguß versehen. Das offene Ende des Behälters ist von einem Verschlußdeckel 4 abgeschlossen, der aus dem gleichen Werkstoff wie die äußere Schicht 3 des Behältergrundkörpers besteht und mit dieser äußeren Schicht 3 dicht verschweißt ist. In dem Behälter ist ein zweiter Verschlußdeckel 5 angeordnet, der mit dem aus sphärolithischem Gußeisen bestehenden Behältergrundkörper 1 verbunden ist.

[0015] Der Behältergrundkörper 1 ist beim Herstellungsvorgang für die Außenschicht 3 als Formteil in die Gießform eingesetzt worden. Nach dem Eingießen der hochlegierten austenitischen Sphärogußschmelze verbindet sich die Oberfläche des Behältergrundkörpers 1 durch Anschmelzen seiner Oberfläche mit der äußeren Schicht 3. Die beiden Schichten 1 und 3 des Behälters sind somit fest miteinander verbunden.

[0016] Da der Verschlußdeckel 4 aus dem gleichen Werkstoff wie die äußere Schicht 3 besteht und somit auch kaltschweißbar ist, ist eine nachträgliche Wärmebehandlung des Behälters nach dem Verschweißen nicht notwendig.

Bezugszeichenliste

[0017] 

1 Behältergrundkörper

2 Aufnahmeöffnung

3 Äußere korrosionsfeste Schicht

4 Verschlußdeckel

5 Verschlußdeckel

Ansprüche

1. Behälter zum Lagern von radioaktiven Stoffen, insbesondere für die _Langzeitlagerung von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen, dessen. stirnseitige Aufnahmeöffnung durch einen Verschlußdeckel dicht verschlossen ist und bei dem der Behälter aus zwei metallischen Schichten aufgebaut ist, wobei die innere, den Behältergrundkörper bildende Schicht, aus einem mechanisch stabilen, billigen Werkstoff und die äußere Schicht aus einem korrosionsfesten Werkstoff besteht,
dadurch gekennzeichnet,
daß die innere Schicht ( 1 ) aus Gußeisen mit Kugelgraphit oder Lamellengraphit und die äußere Schicht ( 3 ) aus einem um die innere Schicht ( 1 ) gegossenen, hochlegierten austenitischen Gußwerkstoff mit Kugelgraphit besteht,
und daß die Aufnahmeöffnung ( 2 ) des Behälters durch einen mit der äußeren Schicht ( 3 ) verschweißten Verschlußdeckel ( 4 ) verschlossen ist.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der um die innere Schicht ( 1 ) gegossene Gußwerkstoff ein austenitischer Sphäroguß mit max. 3 % C; 13 - 16 % Ni sowie geringeren Legierungsbestandteilen von Si, Cu und Cr besteht.

Zeichnung