CONTAINER FOR TRANSPORTING AND/OR STORING RADIOACTIVE MATERIALS

Abstract: 1. Transportation and/or storage containers for radioactive substances, in particular for irradiated fuel elements from nuclear reactors, comprising a container body (1) with shielding function for gamma radiation with cooling fins (5) on the surface, a corrosion resistant internal lining (4) which rests on the container body (1) and is fixed in the container body (1) by means of a flange (19), a shielding cover (2) fixed in the container body (1) by screws and an outer cover (3), a neutron shield (2), supply lines (11), testing connections (9) and webs (6) between the cooling fins (5), characterized in that the internal lining (4) is fixed in the container body (1) by the outer thread (22) of screw-threaded inserts (21) via a seal (24) and in that the screw-threaded inserts (21) have axial passages with an internal screw thread (23) into which the screw (20) are screwed for fixing the shielding cover (2).

Description: Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe 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. 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 r - und n-Strahlung abschirmen und die Zerfallswärme sicher nach aussen ableiten. 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 Innenausyleidung, welche Korrosionsschutz und Dekontaminierbarkeit sicherstellt. Vor allem aus Handhabungs-, Prüf- und Lagergründen werden die Innenauskleidungen bevorzugt als heraus dehnbare Innenbehälter ausgebildet. 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 Platzbe darf bei diesem Schraubensystem unvorteilhaft gross. 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. 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. 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 Riss fortpflanzung in den Behälterkörper vermieden wird. 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 KEhl- rippen Stege angebracht sind. 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. Der Transport- und Lagerbehälter ist im wesentlichen aus einem Behälterkörper (1) miW 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. Die Innenauskleidung (4) liegt am Behmlterkdrper (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. Somit ist erfindungsgemäss möglich, die Innenauskleidung (4) mit Flansch (19) und Abschirmdeckel (2) unabhängig von einander, 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. 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 Eraft- übertragung sicherzustellen. Dabei ist gewährleistet, dass beim Entfernen der Deckelschrauben (20) die Gewindeeinsätze (21) fest sitzen bleiben, ohne sich herauszudrehen. Der Kopf (25) des Gewindeeinsatzes (21) ist zurbequemen 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. 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) an zuschliessen. Der auf diese Weise ausgerüstete Lagerbehälter ist, z. B. für Langzeitzwischenlagerungen von radioaktivem Material, das einer späteren Wiederaufarbeitung zugeführt werden soll, hervorragend geeignet. Der erfindungsgemässe Behälter besitzt an der Oberfläche Stege (6), die quer zur Erstreckungsrichtung der Kühl- rippen (5) angebracht sind. Bei axialer Erstreckung der Kühlrippen (5) verlaufen die Stege (6) rundum,bei rundum laufenden Kühlrippen Jedoch axial. Als besonders günstig hat sich das gemeinsame Angiessen der Kühlrippen (5) und Stege (6) an den Behälterkörper (1) erwiesen. 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. 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. Di"e Kerben können angeformt oder fallweise auch nachträglich eingearbeitet werden. 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. 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. 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. 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 (3, 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. Vorzugsweise ist der erfindungsgemässe Behälter aus Guss gefertigt, wobei sich Kugelgraphitguss als besonders günstig herausgestellt hat.

Claims: Patentansprüche 1. Transport- und/oder Lagerbehälter für radioaktive Stoffe, insbesondere für bestrahlte- Brennelemente aus Kernreaktoren, im wesentlichen bestehend aus einem Behälterkörper mit AbschirmfunkStion für Gamma-Strahlung mit Kühlrippen auf der Oberfläche, einer korrosionsbeständigen Innenaus kleidung, einem Abschirm- und einem Aussendeckel, einer Neutronenabschirmung und Versorgungsleitungen, dadurch gekemnzeichnet, dass die Innenauskleidung (4) über einen Flansch (19) mit dem Aussengewinde (22) von Gewindeein sätzen (21) im Behälterkörper (1) befestigt ist, wobei die Gewindeeihnsätze (21) axiale Bohrungen mit einem Innen gewinde (23) aufweisen, in die Schrauben (20) zur Befesti gung des Abschirmdeckels (2) eingeschraubt sind, im Aussen deckel (3) sich Prüfanschlüsse (9) zur Prüfung des Zwischen raumes (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 Funkt des Behälterkörpers (1) im Behälter innenraum angeordnet und mit einem Bedienungsanschluss (10) im Abschirmdeckel (2) verbunden ist.' 3. Transport- und/odQr Lagerbehälter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (11) über einen Konus (31) an den Bedienun,gsanschiuss (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 querlauienden Stege (6) Kerben (18) aufweisen. 5. Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch sekennzeichnet, dass die Neutronenabschirmung aus zwischen den Kühlrippen (5) angebrachten Formkörpern (33) besteht. 6. Transport- undoder 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 zekennzeichnet, 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.

Inventors: ANSPACH, WALTER, DIPL.-ING., BOTZEM, WERNER, DIPL.-ING., BRENDEL, KARL, KROLL, HARTMUT, DIPL.-PHYS., LAUG, RAINER, DIPL.-ING., SCHLICH, ELMAR, DIPL.-ING., SROSTLIK, PETER
Applicants: TRANSNUKLEAR GMBH
Application year: 1981
Main classification: G21F5
IPC codes: G21F5