EP3062313B2 - Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar sowie Verfahren zur Herstellung des Behälters - Google Patents

Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar sowie Verfahren zur Herstellung des Behälters Download PDF

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EP3062313B2
EP3062313B2 EP15156784.9A EP15156784A EP3062313B2 EP 3062313 B2 EP3062313 B2 EP 3062313B2 EP 15156784 A EP15156784 A EP 15156784A EP 3062313 B2 EP3062313 B2 EP 3062313B2
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EP
European Patent Office
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container
plastically deformable
deformable layer
stock
lid
Prior art date
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EP15156784.9A
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EP3062313A1 (de
EP3062313B1 (de
Inventor
Peter Friedrich
Falk Böhme
Roland Hüggenberg
Joern Becker
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GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Original Assignee
GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
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Publication date
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    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/12—Closures for containers; Sealing arrangements

Definitions

  • the invention relates to a container for holding radioactive inventory, comprising a container base, a container jacket and a container lid.
  • the container encloses an interior space to accommodate the radioactive inventory.
  • Such containers are basically known from practice. Under extreme circumstances, the connection of the container lid to the container shell forms a relative weak point, since the connection is often designed to be reversible. Reversible connections are, for example, screw connections. Due to the very long-term nature of the use of the containers, the containers must be designed for a wide range of extreme situations. This also includes, for example, extreme vibration situations such as falls from several meters in height. During such falls, the potential energy of the container is converted into deformation energy, with the screws being subjected to the greatest load due to the solid construction of the container walls. If the yield point of the screws is exceeded, the screws are plastically deformed. In extreme cases, the plastic deformation can lead to a leak in the container.
  • shock absorbers are hollow cylindrical and made of aluminum. If the container lid falls from a height of several meters (flat lid fall), the fuel elements collide with the hollow cylindrical shock absorbers, causing the latter to plastically deform in an accordion-like manner become. This plastic deformation of the shock absorbers absorbs a significant portion of the potential energy, so that the stresses in the screws are reduced at least to such an extent that no plastic deformations occur on the screws.
  • the hollow cylindrical shock absorbers from the prior art known from practice are attached to the inside of the container lid via additional screw connections. Consequently, threaded holes are required on the inside of the container lid, which means that the container lid loses stability.
  • WO 2015/032848 A1 describes a container for holding radioactive inventory, with a large number of plastically deformable shock absorbers being provided on the underside of a lid. These shock absorbers are made, for example, of aluminum, which can take the form of solid or hollow cylinders. The radioactive inventory hits these shock absorbers directly. The shock absorbers are attached to the underside of the cover using screw connections, for example.
  • EP 2 827 336 A1 A container for holding radioactive inventory is described, which has a metal sheet with knobs.
  • the knobs essentially serve as spacers and, as a result, create cavities and provide insulation.
  • the nubs stamped on the metal sheet also allow for plastic deformation, so that there
  • the container described has a shock absorber for the container bottom and the container jacket.
  • a shock absorber for the lid is not described.
  • CN 203 026 182 U describes a container for holding radioactive inventory, with springs arranged on the inside of the container shell acting as shock absorbers. A shock absorber on the lid is not disclosed.
  • shock absorbers on the underside of the lid WO 2015/032848 A1
  • shock absorbers have to be elaborately shaped in order to absorb the impact energy in conjunction with similarly complexly shaped radioactive equipment.
  • all shock absorbers must be attached to the underside of the lid, which, on the one hand, causes the container lid to lose stability and, on the other hand, requires considerable effort in producing and attaching the shock absorbers to the underside of the lid.
  • the invention is based on the object of providing a container of the type mentioned at the outset in which the disadvantages outlined above can be avoided.
  • the task is to further reduce the effort involved in producing and assembling the shock absorbers.
  • the invention teaches a container according to claim 1.
  • radioactive inventory examples include pellets, cut steel scrap and solid elements.
  • the radioactive inventory can also have at least one barrel or a plurality of barrels.
  • there can also be water in the container. Therefore, the container for holding radioactive inventory is suitable for isolating the inventory from the environment in a fluid-tight manner.
  • the container is suitable for adequate radioactive shielding via correspondingly thick metallic container walls.
  • the container base and/or the container lid is reversibly or irreversibly connected to the container jacket.
  • Reversible connections are, for example, screw connections. Irreversible connections are e.g. B. Welded connections.
  • the container base is irreversibly connected to the container jacket. It is advantageous that the container lid is reversibly connected to the container jacket.
  • plastically deformable in the sense of the invention therefore means that the respective body is predominantly plastically deformable.
  • the hollow chambers can have regular geometric shapes, such as honeycombs.
  • the hollow chambers can also be designed in the form of bubbles, so that the plastically deformable element is then a solidified foam.
  • the term “layer” can refer to both an element that is continuous over a surface and a large number of elements distributed over a surface.
  • the plastically deformable layer can therefore take on very different surface shapes.
  • the plastically deformable layer can be, for example, a circle or a square or several arranged concentrically to one another Include rings.
  • the layer can be designed in the form of a checkerboard or in the form of a large number of dots. Combinations of different surface shapes are also possible.
  • the layer In order to be able to distribute the impact forces evenly, the layer must be continuous or the individual elements of the layer must be approximately the same strength. This ensures that the impact forces of the inventory are not transmitted too strongly to one or more protruding layer areas.
  • no solid bodies may be arranged between the plastically deformable layer areas or around them in such a way that the impact forces are transferred in whole or in part to the container lid and thus the plastically deformable layer is bridged.
  • the plastically deformable layer is designed in such a way that, for example, a plate can be placed on the plastically deformable layer, which can evenly distribute the impact forces of at least a large part of the inventory over at least a large part of the area.
  • the term “majority” preferably means 50%, more preferably 75% and particularly preferably 100%. Such a design of the plastically deformable layer ensures that the kinetic energy of the impact can be distributed over a particularly large area, whereby the plastically deformable layer can be made correspondingly thinner.
  • the plastically deformable layer has a specific energy absorption in the vertical direction of 5 to 50 J/cm 3 , preferably from 15 to 40 and particularly preferably from 20 to 30 J/cm 3 .
  • the specific energy absorption is an essential volume-independent measure of the plastically deformable layer. The lower the specific energy absorption, the thicker the plastic, deformable layer must be be so that a corresponding amount of kinetic energy can be absorbed in the plastically deformable layer. However, the specific energy absorption cannot be arbitrarily high, otherwise the stresses in the screws can become so great that plastic deformations also occur in the screws.
  • the specified ranges of specific energy absorption are largely independent of the design of the container and the inventory, so that they represent a fundamental statement about the nature of the plastically deformable layer.
  • the specific energy absorption can be adjusted primarily via average hollow chamber volumes or via the corresponding material. The larger the hollow chamber volumes are, the harder the corresponding material system must be for a certain desired specific energy absorption and vice versa.
  • the plastically deformable layer is isotropically deformable.
  • isotropic means that the plastically deformable layer can be plastically deformed approximately equally well in all spatial directions.
  • An example of isotropic plastically deformable materials are solidified foams.
  • hollow chamber structures with regular geometric dimensions such as honeycomb chambers are generally not isotropically deformable.
  • the metal foam is advantageously closed-cell.
  • the plastically deformable layer has aluminum and, according to a particularly preferred embodiment, consists of aluminum foam or essentially consists of aluminum foam.
  • the aluminum foam expediently consists of at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight and particularly preferably at least 97% by weight of aluminum.
  • the plastically deformable layer is an AlMgSi mixture.
  • the plastically deformable layer Remains of a propellant.
  • the plastically deformable layer very preferably contains residues of titanium.
  • the plastically deformable layer has a thickness of 30 to 200 mm, preferably 40 to 150 mm and particularly preferably 50 to 100 mm.
  • the density of the plastically deformable layer is preferably 0.1 to 2 g/cm 3 , more preferably 0.2 to 1.3 g/cm 3 and particularly preferably 0.5 to 0.9 g/cm 3 . It is expedient for the plastically deformable layer to be circular or ring-shaped.
  • the plastically deformable layer is cohesively connected to the container lid.
  • the plastically deformable layer is glued or welded to the container lid and particularly preferably the plastically deformable layer was formed onto the container lid during foaming.
  • the plastically deformable layer is attached to the container lid using screws.
  • a lead shielding cover is interposed between the container lid and the plastically deformable layer.
  • the lead shielding cover is attached to the container lid by means of a flat holding element, in particular by means of a holding plate.
  • the flat holding element or the holding plate is arranged between the lead shielding cover and the plastically deformable layer and thus the aggregate of the lead shielding cover and the flat holding element or holding plate is positioned between the container lid and the plastically deformable layer.
  • the plastically deformable layer can be fastened using screw connections.
  • the deformable layer can also be connected in a materially bonded manner to the lead shielding cover or to the flat holding element.
  • the plastically deformable layer can be glued or welded to the lead shielding cover or to the flat holding element.
  • the plastically deformable layer is enclosed by a waterproof covering. Furthermore, it is within the scope of the invention that the plastically deformable layer was foamed in an enveloping form, in particular in a waterproof enveloping form.
  • a lead shield is also provided on the container interior side on the container jacket and on the container bottom. Then it is within the scope of the invention that the entire interior of the container is encapsulated by a lead shield.
  • the thickness of the lead shielding is preferably between 20 and 140 mm.
  • the side walls of the plastically deformable layer expediently border a fluid at least in some areas.
  • the term “fluid” is understood to mean liquids and gases and in particular air or water. It is expedient for the side walls of the plastically deformable layer to be spaced from the inside of the container shell or from the inside of the lead shielding on the container shell.
  • the distance between at least one side wall of the plastically deformable layer and the inside of the container jacket or the inside of the lead shield is preferably 0 to 100 mm, in particular 10 to 90 mm and preferably 20 to 90 mm.
  • the load distributor is a load distribution plate.
  • the load distributor is a basket lid which encloses the radioactive inventory.
  • the radioactive inventory itself is provided with a parallel surface facing the container lid. It is within the scope of the invention that the parallel surface of the radioactive inventory facing the container lid is formed by small-sized elements such as pellets.
  • the load distributor comprises a load distribution plate.
  • the load distribution plate is expediently made of fine-grain structural steel. It is preferred that the load distribution plate is 5 to 40 mm, more preferably 10 to 30 mm and particularly preferably 15 to 25 mm thick.
  • the 0.2% yield strength of the load distribution plate is advantageously 600 to 1600 MPa, more advantageously 800 to 1400 MPa and particularly advantageously 1000 to 1200 MPa. These measures in particular prevent the load distributor from punching through.
  • the container lid prefferably be attached to the container jacket using reversible fasteners.
  • the reversible fastening means comprise screw connections.
  • the screws of the screw connections have external threads of expediently 24 to 64 mm, preferably 30 to 56 mm and particularly preferably 36 to 48 mm.
  • the container jacket has a thickness of 100 to 350 mm, preferably 120 to 250 mm and particularly preferably 140 to 180 mm.
  • the interior height of the container is expediently from 0.5 to 10 m and preferably 0.5 to 5 m. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the interior height of the container is 0.6 to 2 m, in particular 0.7 to 1.5 m.
  • the container jacket and the container base are preferably made of one piece. It is preferred that the container jacket and the container base as well as the container lid are made of cast iron.
  • the cast iron is preferably of quality GGG 40.
  • the invention further teaches a method for producing a container according to claim 10.
  • the container can also have an inside lead shield, the lead shield expediently being arranged on the inside of the container lid and/or on the inside of the container jacket and/or on the inside of the container bottom.
  • the plastically deformable layer consists of an aluminum foam or essentially of an aluminum foam.
  • the metal foam is preferably foamed using a blowing agent.
  • the blowing agent is preferably titanium dihydride.
  • the attachment or connection of the plastically deformable layer or the metal foam can in principle also take place via screw connections.
  • the invention is based on the finding that the plastically deformable layer leads to a considerable simplification of the container. Another consequence is that the shock absorber in the form of the plastically deformable layer has a lower height, which means more usable space is available. In particular, the use of metal foam allows economical production of the shock absorber, which can absorb almost all of the kinetic energy.
  • the load distributor allows the impact forces to be distributed over an area and prevents the plastically deformable ones from punching through Layer. As a result, the plastically deformable layer can be safely made even thinner.
  • FIG. 1 A container according to the invention with a container base 2, a container jacket 3 and a container lid 4 can be seen.
  • the container is hollow cylindrical and encloses an interior 5, in which a radioactive inventory 1, shown only symbolically, is located.
  • the container is shown upside down to illustrate the situation of a lid flat fall.
  • the container lid 4 is connected to the container jacket 3 via screw connections 8 in the form of 24 M36 screws.
  • the container walls 2, 3, 4 are made of GGG 40 quality cast iron.
  • the container shell 3 has a thickness of 160 mm, whereas the container base 2 and the container lid 4 each have a thickness of 180 mm.
  • the hollow cylindrical interior 5 has a height of 1140 mm and a diameter of 740 mm.
  • a plastically deformable layer 6 in the form of an aluminum foam is attached to the inside of the container lid 4.
  • the aluminum foam was foamed using the blowing agent titanium dihydride. The heat energy used during foaming led to the liquefaction of the aluminum.
  • the aluminum foam can be plastically deformed approximately equally well in all spatial directions and is therefore isotropic.
  • the aluminum foam is closed-cell and encapsulated for waterproofing. It has a density of 0.7 g/cm 3 , a thickness of 70 mm and a diameter with a circular surface of 585 mm.
  • the 0.2% yield strength of the load distributor 7 in the form of a circular load distribution plate made of fine-grain structural steel is 1100 MPa.
  • the thickness of the load distributor 7 is 20 mm.
  • FIG. 2 Another embodiment of the container according to the invention is shown.
  • the same components as in Fig. 1 are provided here with the same reference numerals.
  • This container according to Fig. 2 shows in comparison to the embodiment Fig. 1 an additional internal lead shielding 9.
  • This lead shielding 9 is arranged on the inside of the container both on the container bottom and on the container jacket and as a lead shielding cover 10 on the container lid 4.
  • the lead shielding cover 10 is held or fixed on the container cover 4 by means of a holding plate 11.
  • the aggregate of lead shielding cover 10 and holding plate 11 is therefore interposed between the plastically deformable layer 6 - preferably in the form of aluminum foam - and the container lid 4.
  • the holding plate 11 is omitted. Instead, the lead shielding cover 10 is held on the container cover 4 with the help of the load distributor 7 or with the help of the load distribution plate or fixed. Corresponding in Fig. 3 Arranged screw connections extend here from the load distributor 7 or from the load distribution plate into the container lid 4.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar, umfassend einen Behälterboden, einen Behältermantel und einen Behälterdeckel. Der Behälter umschließt einen Innenraum zur Aufnahme des radioaktiven Inventars.
  • Derartige Behälter sind aus der Praxis grundsätzlich bekannt. Dabei bildet - unter extremen Umständen - die Verbindung des Behälterdeckels auf dem Behältermantel eine relative Schwachstelle, da die Verbindung häufig reversibel ausgestaltet sein soll. Unter reversiblen Verbindungen werden beispielsweise Schraubverbindungen verstanden. Aufgrund des sehr dauerhaften Charakters des Einsatzes der Behälter müssen die Behälter für eine ganze Reihe an Extremsituationen ausgelegt sein. Hierunter fallen beispielsweise auch extreme Erschütterungssituationen wie Stürze aus mehreren Metern Höhe. Bei solchen Stürzen wandelt sich die potentielle Energie des Behälters in Verformungsenergie um, wobei aufgrund der massiven Ausführungen der Behälterwände, die Schrauben am stärksten belastet werden. Wird die Streckgrenze der Schrauben überschritten, so werden die Schrauben plastisch verformt. Die plastische Verformung kann im Extremfall zu einer Undichtigkeit des Behälters führen.
  • Es ist aus der Praxis ferner bekannt, für Behälter mit Brennelementen plastisch verformbare Stoßdämpfer innerhalb des Behälters vorzusehen. Diese Stoßdämpfer sind hohlzylindrisch ausgeformt und bestehen aus Aluminium. Bei einem Fall aus mehreren Metern Höhe auf den waagerecht auftreffenden Behälterdeckel (Deckelflachfall) prallen die Brennelemente auf die hohlzylindrischen Stoßdämpfer, wodurch letztere ziehharmonikaartig plastisch verformt werden. Diese plastische Verformung der Stoßdämpfer nimmt einen erheblichen Teil der potentiellen Energie auf, so dass die Spannungen in den Schrauben zumindest soweit verringert werden, dass keine plastischen Verformungen an den Schrauben auftreten. Allerdings werden die hohlzylindrischen Stoßdämpfer aus dem aus der Praxis bekannten Stand der Technik über weitere Schraubverbindungen an der Innenseite des Behälterdeckels befestigt. Folglich sind Gewindebohrungen auf der Innenseite des Behälterdeckels erforderlich, wodurch der Behälterdeckel an Stabilität einbüßt. Außerdem erfordern die Herstellung der hohlzylindrischen Stoßdämpfer sowie deren Befestigung auf der Innenseite des Behälterdeckels einen gewissen Aufwand. Schließlich muss das Inventar in Form der Brennelemente mittels Führungsköpfen an den Stoßdämpfern geführt werden, damit sichergestellt ist, dass das Inventar nicht etwa an den Stoßdämpfern vorbeigleitet und so ungedämpft auf den Behälterdeckel prallt.
  • WO 2015/032848 A1 beschreibt einen Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar, wobei auf der Unterseite eines Deckels eine Vielzahl von plastisch verformbaren Stoßdämpfern vorgesehen ist. Diese Stoßdämpfer bestehen beispielsweise aus Aluminium, welche die Form von Voll- oder Hohlzylindern annehmen können. Das radioaktive Inventar prallt direkt auf diese Stoßdämpfer. Die Stoßdämpfer werden beispielsweise mittels Schraubverbindungen auf der Unterseite des Deckels befestigt.
  • In EP 2 827 336 A1 wird ein Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar beschrieben, welcher ein Metallblech mit Noppen aufweist. Die Noppen dienen im Wesentlichen der Abstandshalterung und in der Folge der Hohlraumbildung und Isolation. Allerdings ermöglichen die dem Metallblech aufgeprägten Noppen auch eine plastische Verformung, so dass der dort beschriebene Behälter einen Stoßdämpfer für den Behälterboden und den Behältermantel aufweist. Ein Stoßdämpfer für den Deckel ist nicht beschrieben.
  • CN 203 026 182 U beschreibt einen Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar, wobei auf der Innenseite des Behältermantels angeordnete Federn als Stoßdämpfer fungieren. Ein Stoßdämpfer am Deckel ist nicht offenbart.
  • Der zuvor beschriebene Stand der Technik offenbart zwar Stoßdämpfer auf der Deckelunterseite ( WO 2015/032848 A1 ), doch müssen derartige Stoßdämpfer aufwändig geformt werden, um im Zusammenspiel mit ähnlich aufwändig geformtem radioaktiven Inventar die Aufprallenergie abzufangen. Ebenso müssen sämtliche Stoßdämpfer auf der Unterseite des Deckels befestigt werden, wodurch einerseits der Behälterdeckel an Stabilität einbüßt und andererseits ein erheblicher Aufwand bei der Herstellung und der Befestigung der Stoßdämpfer an der Deckelunterseite anfällt.
  • In US 4 190 160 ist ein Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar offenbart, welcher eine plastisch verformbare Schicht aus Mammutbaumholz aufweist.
  • Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die vorstehend aufgezeigten Nachteile vermieden werden können. Insbesondere ist es Aufgabe, den Aufwand bei der Herstellung und Montage der Stoßdämpfer weiter zu verringern.
  • Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen Behälter gemäss Anspruch 1.
  • Als radioaktives Inventar kommen beispielsweise Pellets, zerschnittener Stahlschrott und massive Elemente in Betracht. Das radioaktive Inventar kann auch zumindest ein Fass bzw. eine Mehrzahl von Fässern aufweisen. Neben dem radioaktiven Inventar kann sich insbesondere auch Wasser in dem Behälter befinden. Daher ist der Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar dazu geeignet, das Inventar fluiddicht von der Umgebung zu isolieren. Außerdem ist der Behälter zu einer ausreichenden radioaktiven Abschirmung über entsprechend dicke metallische Behälterwände geeignet. Der Behälterboden und/oder der Behälterdeckel ist reversibel oder irreversibel mit dem Behältermantel verbunden. Reversible Verbindungen stellen beispielsweise Schraubverbindungen dar. Irreversible Verbindungen sind z. B. Schweißverbindungen. Vorzugsweise ist der Behälterboden irreversibel mit dem Behältermantel verbunden. Es ist vorteilhaft, dass der Behälterdeckel reversibel mit dem Behältermantel verbunden ist.
  • Die allermeisten festen Körper sind zu einem gewissen Grade sowohl elastisch als auch plastisch verformbar. Der Ausdruck "plastisch verformbar" im Sinne der Erfindung meint daher, dass der jeweilige Körper überwiegend plastisch verformbar ist. Hierunter fallen insbesondere Hohlkammerstrukturen verschiedenster Art aus verschiedensten Materialien. Die Hohlkammern können regelmäßige geometrische Formen aufweisen wie etwa Waben. Die Hohlkammern können aber auch in Form von Blasen ausgebildet sein, so dass das plastisch verformbare Element dann ein verfestigter Schaum ist.
  • Der Begriff "Schicht" kann sowohl ein flächig durchgängiges Element bezeichnen als auch eine Vielzahl von über einer Fläche verteilten Elementen. Die plastisch verformbare Schicht kann somit ganz unterschiedliche Flächenformen annehmen. Die plastisch verformbare Schicht kann beispielsweise ein Kreis oder ein Quadrat sein oder mehrere konzentrisch zueinander angeordnete Ringe umfassen. Die Schicht kann in Form eines Schachbretts oder in Form einer Vielzahl an Punkten ausgestaltet sein. Es sind auch Kombinationen aus verschiedenen Flächenformen möglich.
  • Um die Aufprallkräfte gleichmäßig verteilen zu können, muss die Schicht durchgängig bzw. müssen die einzelnen Elemente der Schicht in etwa gleich stark ausgebildet sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die Aufprallkräfte des Inventars nicht punktuell zu stark auf eine oder mehrere hervorstehende Schichtbereiche übertragen werden. Insbesondere dürfen zwischen den plastisch verformbaren Schichtbereichen bzw. um diese herum keine festen Körper derart angeordnet sein, dass die Aufprallkräfte zur Gänze bzw. zu einem Teil auf den Behälterdeckel übertragen werden und so die plastisch verformbare Schicht überbrückt wird. Insbesondere ist die plastisch verformbare Schicht derart ausgebildet, dass auf die plastisch verformbare Schicht beispielsweise eine Platte auflegbar ist, welche die Aufprallkräfte wenigstens eines Großteils des Inventars auf wenigstens einen Großteil der Fläche gleichmäßig verteilen kann. Der Begriff "Großteil" meint vorzugsweise 50 %, weiter-vorzugsweise 75 % und besonders vorzugsweise 100 %. Durch eine derartige Ausgestaltung der plastisch verformbaren Schicht wird erreicht, dass die kinetische Energie des Aufpralls über eine besonders große Fläche verteilt werden kann, wodurch die plastisch verformbare Schicht entsprechend dünner gestaltet werden kann.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die plastisch verformbare Schicht in senkrechter Richtung eine spezifische Energieaufnahme von 5 bis 50 J/cm3, vorzugsweise von 15 bis 40 und besonders vorzugsweise von 20 bis 30 J/cm3 aufweist. Die spezifische Energieaufnahme ist ein wesentliches volumenunabhängiges Maß der plastisch verformbaren Schicht. Je geringer die spezifische Energieaufnahme ist, umso dicker muss die plastische verformbare Schicht sein, damit entsprechend viel kinetische Energie in der plastisch verformbaren Schicht aufgefangen werden kann. Allerdings kann die spezifische Energieaufnahme nicht beliebig hoch sein, da sonst die Spannungen in den Schrauben so groß werden können, dass auch in den Schrauben plastische Verformungen auftreten. Die angegebenen Bereiche der spezifischen Energieaufnahme sind weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung des Behälters und des Inventars, so dass sie eine grundsätzliche Aussage über die Beschaffenheit der plastisch verformbaren Schicht darstellen. Die spezifische Energieaufnahme kann vor allem über durchschnittliche Hohlkammervolumina bzw. über das entsprechende Material eingestellt werden. Je größer die Hohlkammervolumina sind umso härter muss das entsprechende Materialsystem für eine bestimmte gewünschte spezifische Energieaufnahme sein und umgekehrt.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die plastisch verformbare Schicht isotrop verformbar ist. Dabei meint der Begriff "isotrop" dass die plastisch verformbare Schicht in alle Raumrichtungen ungefähr gleich gut plastisch verformbar ist. Ein Beispiel für isotrope plastisch verformbare Materialien sind verfestigte Schäume. Hohlkammerstrukturen mit regelmäßigen geometrischen Abmessungen wie etwa Wabenkammern hingegen sind in der Regel nicht isotrop verformbar.
  • Der Metallschaum ist vorteilhafterweise geschlossenporig. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die plastisch verformbare Schicht Aluminium aufweist und nach besonders bevorzugter Ausführungsform aus Aluminiumschaum besteht bzw. im Wesentlichen aus Aluminiumschaum besteht. Zweckmäßigerweise besteht der Aluminiumschaum aus zumindest 90 Gew.-%, bevorzugt aus zumindest 95 Gew.-% und besonders bevorzugt zu mindestens 97 Gew.-% aus Aluminium. Vorzugsweise ist die plastisch verformbare Schicht eine AlMgSi-Mischung. Weiter vorzugsweise weist die plastisch verformbare Schicht Reste eines Treibmittels auf. Sehr bevorzugt enthält die plastisch verformbare Schicht Rückstände von Titan.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die plastisch verformbare Schicht eine Stärke von 30 bis 200 mm, vorzugsweise von 40 bis 150 mm und besonders vorzugsweise von 50 bis 100 mm aufweist. Die Dichte der plastisch verformbaren Schicht beträgt bevorzugt 0,1 bis 2 g/cm3, weiter bevorzugt 0,2 bis 1,3 g/cm3 und besonders bevorzugt 0,5 bis 0,9 g/cm3. Es ist zweckmäßig, dass die plastisch verformbare Schicht kreis- oder ringförmig ausgebildet ist.
  • Nach einer Ausführungsform ist die plastisch verformbare Schicht stoffschlüssig mit dem Behälterdeckel verbunden. Vorzugsweise ist die plastisch verformbare Schicht auf den Behälterdeckel geklebt oder geschweißt und besonders vorzugsweise wurde die plastisch verformbare Schicht bei einem Aufschäumen an dem Behälterdeckel angeformt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die plastisch verformbare Schicht mit Hilfe von Schrauben am Behälterdeckel befestigt.
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Behälterdeckel und der plastisch verformbaren Schicht ein Bleiabschirmungsdeckel zwischengeschaltet ist. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass der Bleiabschirmungsdeckel mittels eines flächigen Halteelementes, insbesondere mittels eines Haltebleches an dem Behälterdeckel befestigt ist. In diesem Fall ist das flächige Halteelement bzw. das Halteblech zwischen Bleiabschirmungsdeckel und plastisch verformbarer Schicht angeordnet und somit ist das Aggregat aus Bleiabschirmungsdeckel und flächigem Halteelement bzw. Halteblech zwischen dem Behälterdeckel und der plastisch verformbaren Schicht positioniert. Die Befestigung der plastisch verformbaren Schicht kann dabei mit Hilfe von Schraubverbindungen erfolgen. Die plastisch verformbare Schicht kann aber auch alternativ oder zusätzlich stoffschlüssig mit dem Bleiabschirmungsdeckel bzw. mit dem flächigen Halteelement verbunden sein. So kann die plastisch verformbare Schicht auf den Bleiabschirmungsdeckel bzw. auf das flächige Halteelement geklebt oder geschweißt sein.
  • Gemäss der Erfindung ist die plastisch verformbare Schicht von einer wasserdichten Umhüllung umschlossen. Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die plastisch verformbare Schicht in einer umhüllenden Form, insbesondere in einer wasserdichten umhüllenden Form aufgeschäumt wurde.
  • Nach einer empfohlenen Ausführungsform der Erfindung ist eine Bleiabschirmung behälterinnenraumseitig auch an dem Behältermantel und an dem Behälterboden vorgesehen. Dann liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der gesamte Innenraum des Behälters von einer Bleiabschirmung eingekapselt ist. Die Dicke der Bleiabschirmung liegt bevorzugt zwischen 20 und 140 mm.
  • Zweckmäßigerweise grenzen die Seitenwände der plastisch verformbaren Schicht wenigstens bereichsweise an ein Fluid an. Unter den Begriff "Fluid" werden Flüssigkeiten und Gase und insbesondere Luft bzw. Wasser verstanden. Es ist zweckmäßig, dass die Seitenwände der plastisch verformbaren Schicht von der Innenseite des Behältermantels oder von der Innenseite der Bleiabschirmung an dem Behältermantel beabstandet sind. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen wenigstens einer Seitenwand der plastisch verformbaren Schicht und der Innenseite des Behältermantels bzw. der Innenseite der Bleiabschirmung 0 bis 100 mm, insbesondere 10 bis 90 mm und bevorzugt 20 bis 90 mm.
  • Es ist zweckmäßig, dass der Lastverteiler eine Lastverteilerplatte ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Lastverteiler ein Korbdeckel, welcher das radioaktive Inventar umschließt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das radioaktive Inventar selber mit einer den Behälterdeckel zugewandten und parallelen Fläche versehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die dem Behälterdeckel zugewandte und parallele Fläche des radioaktiven Inventars durch kleinteilige Elemente wie etwa Pellets gebildet wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Lastverteiler eine Lastverteilerplatte. Zweckmäßigerweise ist die Lastverteilerplatte aus Feinkornbäustahl. Es ist bevorzugt, dass die Lastverteilerplatte 5 bis 40 mm, weiter bevorzugt 10 bis 30 mm und besonders bevorzugt 15 bis 25 mm stark ist. Die 0,2 %-Dehngrenze der Lastverteilerplatte beträgt vorteilhafterweise 600 bis 1600 MPa, weiter vorteilhafterweise 800 bis 1400 MPa und besonders vorteilhafterweise 1000 bis 1200 MPa. Diese Maßnahmen verhindern insbesondere ein Durchstanzen des Lastverteilers.
  • Es ist zweckmäßig, dass der Behälterdeckel mittels reversibler Befestigungsmittel an dem Behältermantel befestigt ist. Vorzugsweise umfassen die reversiblen Befestigungsmittel Schraubverbindungen. Die Schrauben der Schraubverbindungen weisen Außengewinde von zweckmäßigerweise 24 bis 64 mm, bevorzugt von 30 bis 56 mm und besonders bevorzugt von 36 bis 48 mm auf.
  • Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Behältermantel eine Stärke von 100 bis 350 mm, vorzugsweise von 120 bis 250 mm und besonders vorzugsweise von 140 bis 180 mm aufweist. Die Innenraumhöhe des Behälters beträgt zweckmäßigerweise von 0,5 bis 10 m und bevorzugt 0,5 bis 5 m. Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung beträgt die Innenraumhöhe des Behälters 0,6 bis 2 m, insbesondere 0,7 bis 1,5 m.
  • Vorzugsweise sind der Behältermantel und der Behälterboden aus einem Guss. Es ist bevorzugt, dass der Behältermantel und der Behälterboden sowie auch der Behälterdeckel Gusseisen aufweisen. Das Gusseisen ist bevorzugt der Qualität GGG 40 zuzurechnen.
  • Zur Lösung des Problems lehrt die Erfindung ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Behälters gemäss Anspruch 10.
  • Wie oben bereits dargelegt, kann der Behälter nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung auch eine innenseitige Bleiabschirmung aufweisen, wobei die Bleiabschirmung zweckmäßigerweise an der Innenseite des Behälterdeckels und/oder an der Innenseite des Behältermantels und/oder an der Innenseite des Behälterbodens angeordnet ist.
  • Gemäß besonders empfohlener Ausführungsform besteht die plastisch verformbare Schicht aus einem Aluminiumschaum bzw. im Wesentlichen aus einem Aluminiumschaum. Vorzugsweise wird der Metallschaum mittels eines Treibmittels aufgeschäumt. Das Treibmittel ist bevorzugt Titandihydrid. Die Befestigung bzw. Verbindung der plastisch verformbaren Schicht bzw. des Metallschaums kann grundsätzlich auch über Schraubverbindungen stattfinden.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die plastisch verformbare Schicht zu einer erheblichen Vereinfachung des Behälters führt. Eine weitere Folge ist, dass der Stoßdämpfer in Form der plastisch verformbaren Schicht eine geringere Höhe aufweist, wodurch mehr nutzbarer Raum zur Verfügung steht. Insbesondere erlaubt die Verwendung von Metallschaum eine wirtschaftliche Herstellung des Stoßdämpfers, welcher die kinetische Energie nahezu vollständig aufnehmen kann. Der Lastverteiler erlaubt eine flächige Verteilung der Aufprallkräfte und vermeidet ein Durchstanzen der plastisch verformbaren Schicht. Hierdurch kann die plastisch verformbare Schicht gefahrlos noch dünner gestaltet werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Behälters,
    Fig. 2
    den Gegenstand gemäß Fig. 1 in einer anderen Ausführungsform und
    Fig. 3
    den Gegenstand nach Fig. 1 in einer weiteren Ausführungsform.
  • In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Behälter mit einem Behälterboden 2, einem Behältermantel 3 und einem Behälterdeckel 4 ersichtlich. Der Behälter ist hohlzylindrisch ausgeführt und umschließt einen Innenraum 5, in welchem ein nur symbolisch dargestelltes radioaktives Inventar 1 befindlich ist. Der Behälter ist kopfüber dargestellt, um die Situation eines Deckelflachfalls zu verdeutlichen. Im Zeitpunkt des Aufpralls auf eine massive Unterlage trifft das Inventar 1 zeitlich verzögert auf den Behälterdeckel 4 auf, weshalb erhebliche Kräfte auf den Behälterdeckel 4 einwirken. Der Behälterdeckel 4 ist über Schraubverbindungen 8 in Form von 24 M36-Schrauben mit dem Behältermantel 3 verbunden. Die Behälterwände 2, 3, 4 bestehen aus Gusseisen der Qualität GGG 40. Der Behältermantel 3 weist eine Dicke von 160 mm auf, wohingegen der Behälterboden 2 und der Behälterdeckel 4 eine Dicke von jeweils 180 mm aufweisen. Der hohlzylindrische Innenraum 5 weist eine Höhe von 1140 mm auf und besitzt einen Durchmesser von 740 mm.
  • Auf der Innenseite des Behälterdeckels 4 ist eine plastisch verformbare Schicht 6 in Form eines Aluminiumschaums befestigt. Der Aluminiumschaum wurde mittels des Treibmittels Titandihydrid aufgeschäumt. Die beim Aufschäumen aufgewendete Wärmeenergie führte zur Verflüssigung des Aluminiums.
  • Der Aluminiumschaum ist in alle Raumrichtungen ungefähr gleich gut plastisch verformbar und daher isotrop. Der Aluminiumschaum ist geschlossenporig und zwecks Wasserdichtheit gekapselt. Er weist eine Dichte von 0,7 g/cm3, eine Stärke von 70 mm sowie einen Durchmesser bei einer kreisförmigen Fläche von 585 mm auf. Die 0,2 %-Dehngrenze des Lastverteilers 7 in Form einer kreisförmigen Lastverteilerplatte aus Feinkornbaustahl beträgt 1100 MPa. Die Stärke des Lastverteilers 7 beträgt 20 mm.
  • In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters dargestellt. Die gleichen Komponenten wie in Fig. 1 sind hier mit entsprechenden gleichen Bezugszeichen versehen. Dieser Behälter gemäß Fig. 2 weist im Vergleich zu der Ausführungsform nach Fig. 1 eine zusätzliche innere Bleiabschirmung 9 auf. Dabei ist diese Bleiabschirmung 9 behälterinnenseitig sowohl am Behälterboden als auch am Behältermantel sowie als Bleiabschirmungsdeckel 10 am Behälterdeckel 4 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird der Bleiabschirmungsdeckel 10 mittels eines Haltebleches 11 am Behälterdeckel 4 gehalten bzw. fixiert. Zweckmäßigerweise und im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist also zwischen der plastisch verformbaren Schicht 6 - bevorzugt in Form des Aluminiumschaums - und dem Behälterdeckel 4 das Aggregat aus Bleiabschirmungsdeckel 10 und Halteblech 11 zwischengeschaltet.
  • In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird auf das Halteblech 11 verzichtet. Stattdessen wird hier der Bleiabschirmungsdeckel 10 mit Hilfe des Lastverteilers 7 bzw. mit Hilfe der Lastverteilerplatte am Behälterdeckel 4 gehalten bzw. fixiert. Entsprechende in Fig. 3 angeordnete Schraubverbindungen reichen hier von dem Lastverteiler 7 bzw. von der Lastverteilerplatte bis in den Behälterdeckel 4.

Claims (10)

  1. Behälter für die Aufnahme von radioaktivem Inventar (1), umfassend einen Behälterboden (2), einen Behältermantel (3) und einen Behälterdeckel (4), wobei der Behälter einen Innenraum (5) zur Aufnahme des radioaktiven Inventars (1) umschließt, wobei zwischen dem Behälterdeckel (4) und dem Inventar (1) wenigstens eine plastisch verformbare Schicht (6) angeordnet ist, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) derart ausgebildet ist, dass Aufprallkräfte wenigstens eines Großteils des Inventars (1) auf wenigstens einen Großteil der Fläche der plastisch verformbaren Schicht (6) gleichmäßig verteilbar sind, indem ein Lastverteiler (7) zwischen der plastisch verformbaren Schicht (6) und dem Inventar (1) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die plastisch verformbare Schicht (6) ein Metallschaum ist, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) von einer wasserdichten Umhüllung umschlossen ist.
  2. Behälter nach Anspruch 1, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) isotrop verformbar ist.
  3. Behälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) Aluminium aufweist.
  4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) eine"Stärke von 30 bis 200 mm, vorzugsweise von 40 bis 150 mm und besonders vorzugsweise von 50 bis 100 mm aufweist.
  5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) kreis- oder ringförmig ausgebildet ist.
  6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Seitenwände der plastisch verformbaren Schicht (6) wenigstens bereichsweise an ein Fluid angrenzen.
  7. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Lastverteiler (7) eine Lastverteilerplatte umfasst.
  8. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Behälterdeckel (4) mittels reversibler Befestigungsmittel an dem Behältermantel (3) befestigt ist.
  9. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Behältermantel (3) eine Stärke von 100 bis 350 mm, vorzugsweise von 120 bis 250 mm und besonders vorzugsweise von 140 bis 180 mm aufweist.
  10. Verfahren zur Herstellung eines Behälters für die Aufnahme von radioaktivem Inventar (1), insbesondere zur Herstellung eines Behälters gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Behälter einen Behälterboden (2), einen Behältermantel (3) und einen Behälterdeckel (4) umfasst, wobei der Behälter einen Innenraum (5) zur Aufnahme des radioaktiven Inventars (1) umschließt, wobei zwischen dem Behälterdeckel (4) und dem Inventar (1) wenigstens eine plastisch verformbare Schicht (6) angeordnet wird, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) derart ausgebildet wird, dass Aufprallkräfte wenigstens eines Großteils des Inventars (1) auf wenigstens einen Großteil der Fläche der plastisch verformbaren Schicht (6) gleichmäßig verteilbar sind, indem ein Lastverteiler (7) zwischen der plastisch verformbaren Schicht (6) und dem Inventar (1) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die plastisch verformbare Schicht (6) ein Metallschaum ist, wobei die plastisch verformbare Schicht (6) von einer wasserdichten Umhüllung umschlossen ist.
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