DE3343166A1

DE3343166A1 - Behaelter insbesondere fuer radioaktive substanzen

Info

Publication number: DE3343166A1
Application number: DE19833343166
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. Güldner; Wolfgang Dipl.-Ing. Dr.-Techn. 6540 Hanau Stoll
Original assignee: Alkem GmbH
Current assignee: Alkem GmbH
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-06-05
Also published as: EP0143398B1; BR8406038A; JPS61147199A; EP0143398A2; DE3466117D1; EP0143398A3; CA1232088A; US4672213A

Description

ALKEM GmbH Mein Zeichen

Hanau VPA 83 P 6 h O 3 DE

Behälter insbesondere für radioaktive Substanzen

Die Erfindung betrifft einen Behälter insbesondere für radioaktive Substanzen wie radioaktive Flüssigkeiten mit einem Innenbehälter zur Aufnahme dieser Substanzen und einem Außenbehälter, in dem sich der Innenbehälter und Wärmeisolierstoff zwischen Innen- und Außenbehälter befinden.

Ein derartiger Behälter ist bereits in Gebrauch. Der Wärmeisolierstoff dieses Behälters zwischen dem Innen- und dem Außenbehälter besteht z.B. aus Phenolharzschaum. Er soll verhindern, daß im Falle eines Brandes Wärme von außen in den Innenbehälter gelangt und dort sprunghaft zu einem Überdruck im Innenbehälter führt, der schließlich ein Bersten dieses Innenbehälters und Austreten der radioaktiven Substanzen zur Folge haben kann. Dieser Wärraeisolierstoff zwischen Innen- und Außenbehälter verhindert aber auch einen Austritt von Zerfallwärme der radioaktiven Substanzen nach außen. Deshalb ist das Fassungsvermögen dieses Behälters nur sehr begrenzt, da bei einer zu großen Abgabe von Zerfallswärme ein Wärmestau auftreten könnte, der zu einem unzulässigen Überdruck im Innenbehälter führen würde.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und zu erreichen, daß das Fassungsvermögen des Behälters für radioaktive Substanzen möglichst wenig oder gar nicht begrenzt ist.

Wl 2 Bih / 25.11.1983

- £ - VPA 83P 64 O 3 DE

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Behälter der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Außenbehälters dem Innenbehälter ein ein zirkulierfähiges Kühlmittel enthaltendes Kühlrohr zugeordnet ist, daß am Außenbehälter ein das zirkulierfähige Kühlmittel ebenfalls enthaltendes Wärmeabfuhrrohr angeordnet ist und daß das Kühlrohr und das Wärmeabfuhrrohr über Verbindungsleitungen an beiden Rohrenden miteinander kommunizieren.

Auf diese Weise kann die Zerfallswärme der radioaktiven Substanzen im Innenbehälter des Behälters durch Naturumlauf des zirkulierfähigen Kühlmittels durch den Wärmeisolierstoff hindurch nach außen transportiert und abgegeben werden. Trotzdem schützt der Wärmeisolierstoff den Innenbehälter vor sprunghaften Temperaturerhöhungen im Brandfall.

Von Vorteil ist es, wenn am Kühlrohr, am Wärmeabfuhrrohr und/oder an den Verbindungsleitungen in deren Wand eine Durchführung mit einem Überdruckventil oder einer Berstscheibe vorgesehen ist. Insbesondere im Falle eines gasförmigen Kühlmittels kann dieses Kühlmittel wegen der kurzfristig überhöhten Außentemperatur aus dem Kühlrohr, dem Wärmeabfuhrrohr und den Verbindungsleitungen durch Betätigen des Überdruckventils oder Sprengen der Berstscheibe entweichen, so daß es nicht zum Wärraetransport von außen zum Innenbehälter beitragen kann.

Es kann auch günstig sein, wenn das Kühlrohr, das Wärmbeabfuhrrohr und/oder die Verbindungsleitungen in der Wand eine Durchführung aufweisen, die mit einem Lot verschlossen ist, dessen Schmelztemperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Werkstoffes des Kühlrohres, des Wärmeabfuhrrohres bzw. der Verbindungsleitungen ist. Bei erhöhter Außentemperatur im Brandfall schmilzt und birst

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dieses Lot, so daß insbesondere ein flüssiges Kühlmittel aus dem Kühlrohr, dem Wärmeabfuhrrohr und den Verbindungsleitungen abfließen und nicht mehr Wärme von außen zum Innenbehälter transportieren kann. 5

Da das Fassungsvermögen des erfindungsgemäßen Behälters für radioaktive Substanzen praktisch nur durch das Volumen des Innebehälters bestimmt ist, welches beliebig groß gewählt werden kann, ist es von Vorteil, wenn im Innenraum des Innenbehälters ein Körper aus einem Werkstoff angeordnet ist, der Neutronen verstärkt absorbiert. Dadurch wird das Zustandekommen einer kritischen Konfiguration von spaltbaren radioaktiven Substanzen im Innenbehälter verhindert.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Transport- oder Lagerbehälter gemäß der Erfindung, Figur 2 und Figur 3 zeigen vergrößert einen Ausschnitt aus Ausführungsformen des Transport- oder Lagerbehälters.

Der Behälter nach Figur 1 weist einen Innenbehälter 2 aus Stahl und einen Außenbehälter 6 ebenfalls aus Stahl auf. Der Innenbehälter 2 ist allseitig gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen und steht über Stützkörper 31 innen auf dem Boden des Außenbehälters 6 auf. An seiner Oberseite 3 sind ein Be- und Entladerohr 4 mit Verschlußkappe 41 und ein Be- und Entlüftungsrohr 5 mit Verschlußkappe 51 durch die Wand des Innenbehälters 2 hindurchgeführt. Der Außenbehälter 6 ist ebenfalls allseitig gas- und flüssigkeitsdicht und oben mit einem Deckel 7 verschlossen, der mit Schrauben 8 am Außenbehälter 6 festgeschraubt

ist. Zwischen dem Innenbehälter 2 einerseits und dem Außenbehälter 6 und seinem Deckel 7 andererseits befindet sich im Außenbehälter 6 Wärmeisolierstoff 9, der aus Glaswolle oder Phenolharzschaura bestehen kann. Auch die Stützkörper 31 bestehen günstigerweise aus einem Wärme schlecht leitendem Wärmeisolierstoff wie z.B. Keramik.

Auf der Außenseite des Innenbehälters 2 ist ein schraubenförmiges Kühlrohr 10 aus Kupfer festgeschweißt. Ferner ist innen am Außenbehälter 6 ein ebenfalls schraubenförmig ausgeführtes Wärmeabfuhrrohr 11 aus Kupfer angeschweißt. Dieses Wärmeabfuhrrohr kann auch außen am Außenbehälter angeordnet oder in dem Außenbehälter eingelassen sein. Das Oberende des Kühlrohres 10 ist mit dem Oberende des Wärmeabfuhrrohres 11 mit einer Verbindungsleitung 12 und das
Unterende des Kühlrohres 10 mit dem Unterende des Wärmeabfuhrrohres 11 mit einer Verbindungsleitung 13 verbunden, so daß das Kühlrohr 10 und das Wärmeabfuhrrohr 11 an beiden Rohrenden miteinander kommunizieren. Die Verbindungsleitungen 12 und 13 können ebenfalls Rohre aus Kupfer
sein, zur Erleichterung der Montage des Behälters können diese Verbindungsleitungen 12 und 13 aber auch aus Kunststoff schläuchen bestehen.

Das Kühlrohr 10, das Wärmeabfuhrrohr 11 sowie die Verbindungsleitungen 12 und 13 sind mit einem zirkulierfähigen Kühlmittel, z.B. mit einem gasförmigen fluorierten Kohlenwasserstoff, mit Helium oder mit flüssigem Wasser gefüllt. Die als Rohr ausgeführte Verbindungsleitung 13 weist im

Falle des gasförmigen Kühlmittels in einer Durchführung
14 in der Wand eine Berstscheibe 15a auf, die in Figur 2 dargestellt ist. Im Falle des flüssigen Kühlmittels ist
in der als Rohr ausgeführten Verbindungsleitung 13 in der Wand eine Durchführung 14 vorgesehen, die, wie Figur 1

und 3 zeigen, mit einem Lot 15b aus einer Blei-Zinn-Legierung verschlossen ist. Während die Durchführung 14

mit der Berstscheibe 15a in Figur 2 in den Innenraum des Außenbehälters 6 mündet, mündet die mit dem Lot 15b verschlossene Durchführung 14 in Figur 1 und 3 durch eine Durchführung 21 in der Seitenwand des Außenbehälters 6 hindurch auf die Außenseite des Außenbehälters 6. Im übrigen ist die Durchführung 21 im Außenbehälter 6 mit dem dort innen am Außenbehälter 6 festgeschweißten Wärmeabfuhrrohr 11 gas- und flüssigkeitsdicht verschlossen.

Der Deckel 7 weist über dem Be- und Entladerohr 4 und dem Be- und Entlüftungsrohr 5 einen Be- und Entladedeckel 16 auf, der mit Schrauben 17 am Deckel 7 festgeschraubt ist. Ferner ist im Innenraum des Innenberhälters 2 an der Oberseite 3 ein an beiden Enden verschlossenes Stahlrohr 18 angebracht, das mit Borkarbid gefüllt ist, welches Neutronen absorbiert und eine kritische Konfiguration von spaltbaren radioaktiven Substanzen verhindert. Schließlich ist der Deckel 7 noch mit einer Durchführung 19 versehen, die ihrerseits mit einer Berstscheibe 20 verschlossen ist.

Zum Beladen des Innenbehälters 2 mit einer flüssigen, salpetersauren Plutioniumnitrat-Lösung wird der Beladedeckel 16 vom Deckel 7 des Außenbehälters 6 abgeschraubt.

Sodann werden das Be- und Entladerohr 4 sowie das Be- und Entlüftungsrohr 5 an eine Beladestation angeschlossen. Sobald der Innenbehälter 2 mit der Plutoniumnitrat-Lösung gefüllt ist, werden das Be- und Entladerohr 4 und das Be- und Entlüftungsrohr 5 wieder von der Entladestation abgekoppelt und mit den Verschlußkappen 41 bzw. 51 gas- und flüssigkeitsdicht verschlosen. Schließlich wird der Beladedeckel 16 wieder am Deckel 7 des Außenbehälters 6 festgeschraubt. Die in der Plutoniumnitrat-Lösung entwickelte Zerfallswärme setzt einen Naturumlauf des Kühlmittels im durch das Kühlrohr 10, das Wärmeabfuhrrohr 11 und die Verbindungsleitungen 12 und 13 gebildeten Kühl-

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system in Gang, so daß diese Zerfallswärme zum Außenbehälter 6 transportiert und von diesem abgestrahlt oder durch Konvektion abtransportiert wird.

Im Brandfall erhöht sich die Temperatur auf der Außenseite des Außenbehälters 6 sprunghaft. Dabei verhindert der Wärmeinsolierstoff 9, daß Wärme sofort von außen zum Innenbehälter 2 gelangt und die Plutoniumnitrat-Lösung in diesem Innenbehälter 2 zusätzlich erhitzt. Außerdem wird das Kühlmittel im Wärmeabfuhrrohr 11 aufgeheizt. Im Fall eines gasförmigen Kühlmittels platzt die Berstscheibe 15a nach Figur 2, während im Falle eines flüssigen Kühlmittels das Lot 15b nach Figur 1 und 3 durch die erhöhte Außentemperatur schmilzt. Im Falle eines gasförmigen Kühlmittels gelangt dieses Kühlmittel in den Innenraum des Außenbehälters 6 und kann bei zu hohem Überdruck nach Platzen der Berstscheibe 20 durch die Durchführung hindurch nach außen entweichen, während im Falle des flüssigen Kühlmittels dieses sofort durch die Durchführungen 14 und 21 auf die Außenseite des Außenbehälters fließt. In beiden Fällen kann dann keine Wärme mehr von außen über das durch das Kühlrohr 10, das Wärmeabfuhrrohr 11 und die Verbindungsleitungen 12 und 13 gebildete Kühlsystem zum Innenbehälter 2 gelangen.

Nach Beeindigung der Brandeinwirkung, die ja nach verhältnismäßig kurzer Zeit herbeigeführt wird, so daß ein zu großer Stau von Zerfallswärme im Innenbehälter 2 nicht zu erwarten ist, kann entweder der Innenbehälter 2 des Behälters entladen oder das aus dem Kühlrohr 10, dem Wärmeabfuhrrohr 11 und den Verbindungsleitungen 12 und 13/ bestehende Kühlsystem durch Einfüllen von Kühlmittel und Verschließen der Durchführungen 14 wieder in Funktion gesetzt werden.

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Die Kühlwirkung des aus dem Kühlrohr 10, dem Wärmeabfuhrrohr 11 und den Verbindungsleitungen 12 und 13 bestehenden Kühlsystems kann noch erhöht werden, wenn an den Verbindungsleitungen 12 und 13 oder am Wärmeabfuhrrohr 11 an nicht dargestellten Anschlußstutzen ein Kühlaggregat angeschlossen wird.

Ferner kann der Innenbehälter 2 zum Abschirmen radioaktiver Strahlung von einem Strahlenschild umgeben sein, der sich ebenfalls im Außenbehälter 6 befindet, der aber der besseren Übersichtlichkeit halber in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

Vorteilhafterweise kann auch der Innenbehälter mit einem in den Außenbehälter mündenden Überdruckventil versehen sein, das in einer Durchführung in der Wand vorzugsweise am oberen Teil des Innenbehälters angeordnet ist. Unter einem solchen Überdruckventil soll auch eine Kapillardurchführung durch die Wand des Innenbehälters zu verstehen sein, die mit einem Lot, z.B. aus einer Blei-Zinn-Legierung verschlossen ist. Bei zu hoher Temperatur und zu hohem Überdruck schmilzt und/oder birst z.B. das Lot in der Kapillardurchführung. Sollte der Überdruck im Innenbehälter beispielsweise durch Bildung von Radiolysegas doch unzulässig hoch werden, kann dieser Überdruck durch das Überdruckventil abgebaut und ein Bersten des Innenbehälters vermieden werden.

Ferner kann es günstig sein, wenn sich im Außenbehälter außerhalb des Innenbehälters Aufsaugkörper zum Aufsaugen und/oder Absorbieren von Substanzen befinden, die aus dem Innenbehälter in den Außenbehälter ausgetreten sind. Diese Aufsaugkörper sollen radioaktives Aerosol bzw. radioaktive Flüssigkeit, die eventuell aus dem Innenbehalter z.B. durch dessen Überdruckventil austreten, absorbieren bzw. aufsaugen und gegebenenfalls neutralisieren.

Solche Aufsaugkörper können z.B. aus Silicagel, Blähglimmer oder Kieselgur bestehen, welches z.B. Calziumhydroxid, Cyanid oder alkalischen Zement feinverteilt als Kittel zum Neutralisieren von Salpetersäure enthält, in der Plutonium gelöst ist und die sich im Innenbehälter befinden kann. Von Vorteil kann es sein, wenn die Aufsaugkörper derart ausgelegt sind, daß sie notfalls der gesamte Menge der im Innenbehälter Platz findenden Substanz kritikalitätssicher absorbieren, aufsaugen bzw. neutralisieren können.

9 Patentansprüche
3 Figuren

Claims

Patentansprüche

/1> Behälter insbesondere für radioaktive Substanzen, wie radioaktive Flüssigkeiten mit einem Innenbehälter zur Aufnahme dieser Substanzen und einem Außenbehälter, in dem sich der Innenbehälter und Wärmeisolierstoff zwischen Innen- und Außenbehälter befinden, dadurch gekennzeichnet , daß innerhalb des Außenbehälters (6) dem Innenbehälter (2) ein ein zirkulierfähiges Kühlmittel enthaltendes Kühlrohr (10) zugeordnet ist, daß am Außenbehälter (6) ein das zirkulierfähige Kühlmittel ebenfalls enthaltendes Wärmeabfuhrrohr (11) angeordnet ist und daß das Kühlrohr (10) und das Wärmeabfuhrrohr (11) über Verbindungsleitungen (12, 13) an beiden Rohrenden miteinander kommunizieren.
2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlrohr (10) außen am Innenbehälter (2) angebracht ist.
3. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß am Kühlrohr, am Wärmeabfuhrrohr und/oder an den Verbindungsleitungen (12,13) in deren Wand eine Durchführung (14) mit einem Überdruckventil oder einer Berstscheibe (15a) vorgesehen ist.
4. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Kühlrohr, das Wärmeabfuhrrohr (11) und/oder die Verbindungsleitungen in der Wand eine Durchführung (14) aufweisen, die mit einem Lot (15b) verschlossen ist, dessen Schmelztemperatur niedriger als die Schmelztemperatur des Werkstoffs des Kühlrohres des Wärmeabfuhrrohres (11) bzw. der Verbindungsleitungen ist.

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5. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß an den Verbindungsleitungen (12, 13) oder am tfarmeabfuhrrohr (11) ein Anschlußstutzen für ein Kühlaggregat vorgesehen ist.
6. Behälter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Durchführung (14) mit dem Überdruckventil oder der Berstscheibe bzw. dem Lot (15b) auf die Außenseite des Außenbehälters (6) mündet.
7. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Innenraum des Innenbehälters (2) ein Körper (18) aus einem Werkstoff angeordnet ist, der Neutronen verstärkt absorbiert.
8. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Innenbehälter mit einem in den Außenbehälter mündenden Überdruckventil versehen ist.
9. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich im Außenbehälter außerhalb des Innenbehälters ein Aufsaugkörper zum Aufsaugen und/oder Absorbieren von Substanzen befindet, die aus dem Innenbehälter in den Außenbehälter ausgetreten ist.