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Vorrichtung zur.Entnahme von Material-
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proben aus kernnahen Einbauten
Beschreibuncr: Die
Erfindung betrifft eine-Vorrichtung zur fernbedienten Entnahme von Materialproben
aus .kernnahen Einbauten des Reaktors.
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Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Beseitigung von Reaktorkomponenten
ist die dabei auftretende radjologische Belastung und die zu ihrer Reduzierung erforderlichen
Maßnahmen.
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Die Entwicklung eines optimalen Konzepts zum Abbruch und zur Endlagerung
aktivierter Reaktorkomponenten hat die Kenntnis des Aktivitätsinventars und dessen
Verteilung zur Voraussetzung. Im Hinblick auf die Dosisleistungsberechnungen sind
nur solche Isotope interessant, deren Zerfall von y-Strahlung begieitet ist.
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Aufgrund seiner hohen Aktivität und seiner durchdringenden y-Strahlung
ist Co-60 bestimmend für die Abschirmmaßnahmen bei den Arbeitsverfahren.
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Ferner müssen, neben anderen Vorschriften, die Behälter zur Aufnahme
aktiver Abfälle konkreten Bedingungen hinsichtlich der Beschränkung der Dosisleistung
und der Aktivitätsmenge genügen. Unter diesem Aspekt verdienen die kernahen metallischen
Einbauten des Reaktors besondere Beachtung.
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Das Core eines Reaktors, z.B. des FR 2, befindet sich in einem Aluminiumtank.
Er dient zur Aufnahme der Moderatorflüssigkeit und umschließt das Core sowohl radial
als auch axial nach unten. Der untere Reaktordeckel (URD) ragt von oben in den Alu-Tank
hinein. Seine dem Core zugewandte Seite besteht aus aufplattiertem Edelstahl.
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Oberhalb des Alu-Tankbodens befindet sich die Kühlmittelverteilerkammer
(KVK). Sie ist ausschließlich aus Edelstahl gefertigt.
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Diese beiden kernnahen Einbauten KVK und URD liegen im Bereich hoher
Neutronenflüsse. Ihr kumuliertes Aktivitätsinventar ist entsprechend hoch.
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Eine exakte Berechnung der spezifischen Aktivität bedingt die genaue
Kenntnis der chemischen Zusammensetzung der Werkstoffe. Die Analyse der Edelstahl-Plattierung
des URD und des Edelstahls der KVK ist zwar durch Werksabnahmezeugnis gemäß DIN
50049-3B belegt, als Legierungsbestandteil bzw. Beimengung ist Kobalt jedoch nicht
ausgewiesen.
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Der Kobaltgehalt und die spezifische Aktivität können deshalb nur
mit Hilfe von Materialproben präzise bestimmt werden. Bei entsprechender Verteilung
der Probenentnahmestellen, ist es zusätzlich möglich, das Neutronenflußprofil zu
bestimmen.
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Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht nunmehr darin, Vorrichtungen
zu entwickeln, die es ermöglichen - von der Reaktorplattform aus, durch Reaktordeckel
und Schwerwasser hindurch - Spanproben aus der KVK bzw. dem URD zu entnehmen. Als
wesentliche Auslegungskriterien sind hierbei neben der Funktionstüchtigkeit und
dem Schutz des Bedienungspersonals vor zu hoher radiologischer Belastung, der sicheren
Aufnahme der entnommenen Materialproben besondere Aufmerksamkeit zu widmen. Ein
verlorener, möglicherweise vom Schwerwasser mitgeführter, Probenspan führt zur Beschädigung
von Kreislaufkomponenten, insbesondere der Spaltrohr-Pumpen.
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Um einem möglichen Korrosionsangriff durch Kontaktelementbildung.
am Alu-Tank vorzubeugen, werden keine Vorrichtungsteile aus Buntmetallen zugelassen.
Der Plattierungswerkstoff des URD sowie das Material der KVK ist der Chrom-Nickel
legierte Edelstahl X lo CrNiMoTi 1810 mit der Werkstoffnummer 1.4571. Im Ausgangszustand
besitzt dieses Material eine mittlere Bruchfestigkeit von 600 N/mm2 und eine Vickershärte
von 1740 N/mm2.
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Unter dem geschätzten Neutronenfluß von 2 x 1013 cm 2 sec und einer
Einwirkdauer von ca. 15 Jahren kann eine Werkstoffversprödung von 2000 Vickers-Einheiten
angenommen werden. Mit diesem Ist-Zustand des Werkstoffes von HV = 3750 N/mm2 A=
40 HRC ist die vorhandene 2 Zugfestigkeit « zu ca. 1300 N/mm2 bestimmt. Für diese
Werkstoffkenr.werte und die daraus resultierenden Kräfte bei der spanabhebenden
Probenentnahme sind daher die
Werkzeuge und die kraftübertragenden
Teile der Werkzeugmechanik sicher zu dimensionieren.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruches 1 beschrieben.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die übrigen Ansprüche
wieder.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels der Fig.
1 - 4 näher beschrieben.
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Die Fig. 1 zeigt eine Ubersicht der genannten Vorrichtung von einer
Länge von 8,64 m, mit der ein Spanvolumen von ca. 2 mm3 aus dem unteren Deckblech
1 der KVK 2 entnommen wird. Die Bedienungsteile 3 befinden sich oberhalb der Reaktorplattform4.
Das Werkzeug sitzt im unteren Endrohr 5, das gegen das Deckblech 1 durch Verschrauben
(Verschraubung 6) verspannt wird. Das Trägerrohr 7 besteht aus drei Edelstahlrohren
von je 2,5 m Länge, die mittels eingezogener Führungsflansche so verschraubt sind,
daß der Außendurchmesser von 57 mm nicht überschritten wird.
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Das Endrohr 5 (Schnittzeichnung Fig. 2) besteht aus einem starkwandigen
Aluminiumrohr, in dem das spannehmende Werkzeug und die Werkzeugmechanik untergebracht
ist. Zur Spanentnahme dient ein Scheibenmeißel 8, der in seiner Form einem einzahnigen
Scheibenfräser ähnlich ist. Dieser Scheibenmeißel 8 schneidet aus dem Prüfmaterial
(Deckblech 1) einen kalottenförmiyen
Span aus und hält ihn in seiner
Zahnlücke 9 gegenüber dem Gehäuse lo am Ende des Endrohres 5, in dem der Meißel
8 geführt ist, unverlierbar fest. Nach dem Schnittvorgang, wobei sich der kreisscheibenförmig
ausgebildete Scheibenmeißel 8 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt und mit der aus
dem Gehäuse lo verstehenden Zahnspitze 11 den Span abgehobelt hat, bildet das Gehäuse
lo der Führungsbuchse 12 mit der Zahnlücke 9 zusammen nämlich eine Kammer, in der
der Span bis zum Ausbau des Werkzeuges sicher aufbewahrt bleibt.
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Die Formänderungsarbeit wird dem Scheibenmeißel 8 aus vorgespannten
Schraubenfedern 13 (s.a. Fig. 3) zugeführt. Der Arbeitshub der Federsäule 13 wird
über einen Kolben 14 mit keilförmiger Nase 15 (Anfang- und Endstellung gezeichnet)
auf einen Mitnehmerhebel 16 (Ausgangsstellung -17 in gezeichnete Endstellung 18,
wobei der Scheibenmeißel 8 seine Drehbewegung um eine Achse 19 ausführt) in die
Schnittbewegung des Scheibenmeißels 8 ungeformt. Der Kolben 14 wird dabei durch
einen in einem Schlitz 20 verlaufenden Führungszapfen 21 geführt. Der Mitnehmerhebel
16 weist an seinen freien Ende eine Rolle 22 auf, die bei der Abwärtsbewegung des
Kolbens 14 entlang der Keilfläche 15 abrollt und über ihre Drehachse 23 Arbeit vom
Kolben 14 auf den Mitnehmerhebel 16 überträgt.
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Die Schwenkbewegung des Mitnehmerhebels 16 wird gegen die Kraft einer
Schenkelfeder 24 ausgeführt, die von der Drehachse 19 des Scheibenmeißels 8 gehalten
wird
und gegen die Drehachse 23 des Mitnehmerhebels 16 sowie einen
Anschlag 25 am Scheibenmeißel 8 verspannt ist. Wird der Kolben 14 entspannt bzw.
hochgezogen, dann bewirkt die Schenkelfeder 24 eine Rückbewegung des Mitnehmerhebels
16 in seine Ausgangslage 17.
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Der Scheibenmeißel 8 ist im Anschluß an den Zahn 11 segmentartig abgeflacht,
so daß er nach Aufnahme der Spanprobe nicht aus dem Gehäuse lo herausragt. Er würde
sonst eine Verformung erfahren oder einen unerwünschten Druck auf die Verschraubung
6 (Trichterbolzen) bzw. die Werkzeugmechanik ausüben.
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In Fig. 3 ist die Feder säule 13 im Endrohr 5 mit Gehäuse lo für das
Werkzeug dargestellt, mit der der Kolben 14 bewegt werden soll. Der Kolben 14 wird
zuerst mittels einer Kolbenstange 26, welche durch alle Trägerrohre 5 hindurchgeführt
ist, gegen die Federsäule 13, die zwischen dem Kolben 14 als Anschlag und einen
weiteren oberen Federanschlag 27 liegt, hochgezogen. Hierbei wird die Federsäule
13 verkürzt und somit-gespannt.
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Die Verspannung der Federsäule 13 bzw. deren Entspannung erfolgt am
oberen Rohrstück 28 mit Trag-bzw. Drehbügel 29 (s.Fig. 4) und Gewindespindel 30.
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Die Kolbenstange 26 ist hierzu bis in.den Bereich des Rohrstückes
28 hochgezogen und dort mit der Gewindespindel 30 über ein Kupplungsstück (Sprengring
31, Gegenlager 32 und Hülse 33) verbunden. Die Kolbenstange 26 selbst ist über ihre
Länge mittels mehrerer Führungsstücke 34 (nur eines sichtbar) gegen
Durchbiegen
gesichert. Die gespannte Stellung der Kolbenstange 26 ist auf der linken oberen
Seite dargestellt.Hierbei liegt ein Querstift 35, der fest mit der Gewindespindel
30 verbunden ist, auf einem Spannflansch 36 auf. Nach Drehen der Gewindespindel
0 30 um 180 wird der Stifft 35 durch einen Schlitz im Spannflans.ah 36 in seine
Entspannungsstellung 37 gezogen, wobei das Werkzeug im unteren Teil (Endrohr 5,
12) betätigt wird.
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Das Spannen der Federsäule 13 wird durch Drehen der Spannmutter 38
mittels der Drehbügel 29 auf dem Spannflansch 36 gegen die Gewindespindel 30 erreicht,
wobei die Gewindespindel sich nach oben bewegt und den Stift 35 mitnimmt. In gespannter
Stellung verläßt der Stift 35 seinen Schlitz und liegt nach dem - jetzt möglichen-
Drehen der Gewindespindel 30 auf den Spannflansch 36 auf. Die Vorrichtung ist dann
gespannt und gesichert. Zum Entspannen(Arbeitshub ausführen) wird die Spannmutter
38 anschließend bis zur Klemmmutter 39 hochgeschraubt und die Gewindespindel 30
um 1800 gedreht. Der Arbeitsweg bzw. Hub der Gewindespindel 30 entspricht dem Abstand
Unterseite Klemmmuter 39-Oberseite Spannmutter 38.