DE2652259A1

DE2652259A1 - Behaelter zum lagern verbrauchter radioaktiver kernbrennstoffelemente und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2652259A1
Application number: DE19762652259
Authority: DE
Inventors: Keith R Ball; Leslie Mollon
Original assignee: Brooks and Perkins Inc
Current assignee: Brooks and Perkins Inc
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1977-05-18
Also published as: JPS6311640B2; DE2652259C2; US4006362A; FR2331866B1; ES452116A1; CA1068831A; SE7610393L; FR2331866A1; ES466308A1; IT1073807B; JPS5261700A; SE424585B; GB1544233A

Description

Behälter zum Lagern verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft allgemein rohrförmige Behälter zum Lagern verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente_o

Nachdem solche Brennstoffelemente das Ende ihrer nutzbaren Lebensdauer erreicht haben, bleiben sie in hohem Maße radioaktiv, und sie geben im wesentlichen Neutronen ab. Um einen hinreichenden Verfall des radioaktiven Materials zu ermöglichen, damit sich die Elemente gefahrlos handhaben lassen, werden die verbrauchten Brennstoffelemente in allgemein rohrförmigen Behältern untergebracht, die stehend in einem mit Wasser gefüllten Becken angeordnet werden, wobei das Wasser ggfο Bor enthalten kann, um ein wirkungsvolleres Einfangen der Neutronen zu gewährleisten«.

Durch die Erfindung ist ein für den genannten Zweck geeigneter Behälter geschaffen worden, der sich im wesentlichen aus einem vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl hergestellten inneren und äußeren Metallrohren zusammensetzt, die so bemessen sind, daß zwischen ihnen ein freier Raum vorhanden ist. Der Behälter hat vorzugsweise eine rechteckige Querschnittsform, d_eh_e auch die Rohre sind im Querschnitt rechteckig, so

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daß die vier freien Räume auf den verschiedenen Seiten des Behälters eine allgemein flache, langgestreckte Form haben_o In diesen Räumen werden geschichtete Verbände angeordnet, die aus äußeren Schichten aus dünnem Aluminiumblech und einer dazwischen angeordneten Schicht aus Borkarbid bestehen,, Diese geschichteten Verbände oder Verbundflächen sind so bemessen, daß sie die genannten Räume im wesentlichen vollständig ausfüllen und sich an ihren Rändern hinreichend überlappen, um das Entweichen von Neutronen zu verhindern.

Zum Gebrauch werden die Behälter in dem Wasserbecken im wesentlichen aufrechtstehend angeordnet, und die oberen und unteren Enden der Räume zwischen den beiden Rohren werden dicht verschlossen, z.Bο durch Umlegen von in der Längsrichtung überstehenden Endabschnitten eines oder beider Rohre über die benachbarten Ränder der Verbundflächen hinweg. Jeder Behälter weist am oberen Ende eine Trichterkonstruktion auf, zu der Abschnitte gehören, die in die oberen Enden der Räume zwischen den Rohren hineinragen, um einen dichten Abschluß zu bewirken.

Zur Herstellung eines solchen Behälters werden das innere und das äußere Rohr sowie die Verbundflächen aus Aluminium und Borkarbid zu einer Baugruppe vereinigt, die dann in einer dazu passenden Preßform O₀dgl» angeordnet wird. Hierauf wird in die Baugruppe ein flexibler und vorzugsweise dehnbarer hydraulischer Sack eingeführt, der dann mit einem solchen Innendruck beaufschlagt wird, daß beide Rohre ausgedehnt werden, um sich der Preßform anzupassen, und daß der bzw₀ jeder in der Längsrichtung überstehende Endabschnitt des bzw. jedes Rohrs in der gewünschten Weise umgelegt wird. Da hierbei ein sehr hoher Innendruck zur Wirkung gebracht wird, wird das innere Rohr so aufgeweitet, daß es in feste Druckberührung mit den Innenflächen der Verbundflächen kommt, und daß die Verbundflächen entsprechend in feste Druck- und Reibungsberührung mit den Innenflächen der Wände des äußeren Rohrs gebracht werden.

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Damit das innere Rohr, das äußere Rohr und die Verbundflächen aus Aluminium und Borkarbid noch fester aneinander verankert werden, ist die Preßform auf ihrer Innenseite mit Kanälen versehen, so daß die Wände des Behälters beim Aufbringen des hohen Innendrucks in diese Kanäle hinein verformt werden. Somit entsteht auf der Außenfläche des Behälters ein den Kanälen der Preßform entsprechender ¥ulst, während auf der Innenseite des inneren Rohrs eine entsprechende Rinne vorhanden ISt₉ Das Material der Verbundflächen, das zwischen den verformten Abschnitten der Rohrwände liegt, wird entsprechend verformto

Vorzugsweise verlaufen die inneren Rinnen oder Kanäle und die ihnen entsprechenden äußeren ¥ulste quer zu der betreffenden Seitenwand des Behälters, und insbesondere bilden diese Rinnen- und Wulstabschnitte vorzugsweise einen Gürtel, der sich über den ganzen Umfang des Behälters erstreckte Der Behälter wird zweckmäßig mit mehreren solchen VerankerungsgürteIn versehen, die in Abständen über seine Längsachse verteilt sind« Bei einer abgeänderten Ausführungsform können die Rinnen- und Wulstabschnitte so angeordnet sein, daß sie sich kreuzen und eine X-förmige Gestalt haben₀

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine verkürzte Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Behälters;

Figo 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1;

Figo 3 die Draufsicht des Behälters nach Fig_o 1;

Fig. 4 einen Teil der Draufsicht eines abgeänderten Behälters;

Fig. 5 einen vergrößerten Teilschnitt einer Ecke eines Behälters ;

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Fig. 6 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig. 1;

Fig. 7 einen Fig. 6 ähnelnden Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform;

Figo 8 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 8-8 in Fig₀ 3;

Figo 9 und 10 jeweils einen Fig. 8 ähnelnden Teilschnitt einer abgeänderten Ausführungsform;

Fig. 11 eine verkleinerte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 einen vergrößerten Teilschnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 11;

Fig. 12A einen Fig. 12 ähnelnden Teilschnitt einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Figo 13 eine verkleinerte, verkürzte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Behälters;

Fig. 14 einen Teil einer Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform ;

Figp 15 einen Teilschnitt zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Formen eines Behälters;

Fig. 16 einen Fig«, 15 ähnelnden Teilschnitt zur Veranschaulichung eines abgeänderten Verfahrens;

Fig. 17. einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 18 einen Querschnitt eines allgemein zylindrischen Behälters nach der Erfindung. 709820/0829

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Zu dem in Fig. 2 dargestellten, insgesamt mit 10 bezeichneten Lagerbehälter nach der Erfindung von allgemein rechteckiger Querschnittsform gehören ein inneres rechteckiges Rohr 12 und ein äußeres rechteckiges Rohr 14, von denen jedes vier im wesentlichen ebene Seitenwände und unter einem sehr kleinen Radius abgerundete Ecken 16 aufweist. Die Rohre 12 und 14 bestehen vorzugsweise aus Stahl,insbesondere aus nichtrostendem Stahl, sie werden aus flachem Blechmaterial hergestellt, das durch Biegen in die gezeigte Form gebracht wird, und die Längskanten der Blechteile werden miteinander verschweißt, wie es in Figo 2 bezüglich des inneren Rohrs 12 bei 12a und bezüglich des äußeren Rohrs 14 bei 14a angedeutet ist.

Die Außenabmessungen des inneren Rohrs sind kleiner als die Innenabmessungen des äußeren Rohrs, so daß dann, wenn man das innere Rohr konzentrisch mit dem äußeren Rohr anordnet, ein erheblicher Abstand 18 zwischen den beiden Rohren auf jeder Seite des Behälters vorhanden ist_o

Der durch diesen Abstand bestimmte Raum 18 ist im wesentlichen vollständig von einem flächenförmigen Material ausgefüllt, das die Aufgabe hat, Neutronen zu absorbieren, die von dem radioaktiven schmelzbaren Material in dem Brennstoffelement ausgesandt werden. Derartige Flächen oder Tafeln sind in der US-PS 2 727 996 beschrieben; gemäß Figo 5 gehört zu jeder Tafel ein allgemein ebener Kern 22, der im wesentlichen aus Borkarbid besteht und auf beiden Flachseiten mit Abdeckungen 24 aus dünnem Aluminiumblech versehen ist_o

Gemäß Figo 5 sind diese jeweils insgesamt mit 20 bezeichneten Tafeln, die in andören, in kleinerem Maßstab gezeichneten Figuren durchgehend schraffiert dargestellt sind, so angeordnet, daß sich ihre Ränder überlappen, damit Neutronen nur in einem minimalen Ausmaß in seitlicher Richtung aus dem verbrauchten Brennstoffelement entweichen können. Zwar ist gemäß Figo 5 zwischen der Stirnkante der einen Tafel und dem benach-

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barten Rand der anderen Tafel eine Lücke vorhanden, doch sind die Tafeln vorzugsweise so bemessen, daß sie sich an ihren Rändern tatsächlich berühren.

Einer der wichtigen Vorteile der Erfindung besteht darin, daß sich die Behälter unter Einhaltung enger Toleranzen herstellen lassen, und daß es z.B. möglich ist, bezüglich des Innendurchmessers bzw. der inneren Querabmessung eine Toleranz von ί 1 mm einzuhalten. Dies wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ermöglicht, bei dem die den Behälter bildenden Teile mit den vier Tafeln 20 aus Aluminium und Borkarbid so vereinigt werden, daß die Tafeln zwischen den ebenen Seitenwänden des inneren und des äußeren Rohrs liegen. Nachdem diese Teile zu einer Baugruppe vereinigt worden sind, wird die Baugruppe in einer Preßform angeordnet, die so bemessen ist, daß der Behälter die gewünschten Außenabmessungen erhält, und dann wird die Innenseite des Behälters, und zwar insbesondere die Innenseite des inneren Rohrs 12, vorzugsweise mit Hilfe eines Wassersacks oder eines anderen flexiblen und vorzugsweise elastischen Beutels, der eine Flüssigkeit enthält, einem Druck ausgesetzt. In der Praxis werden das innere und das äußere Rohr geringfügig unterdimensionierto Mit Hilfe des hydraulischen Sacks wird ein Druck in der Größenordnung von 345 bar aufgebracht, wodurch eine Aufweitung sowohl des inneren als auch des äußeren Rohrs herbeigeführt wird. Hierbei wird das äußere Rohr natürlich gezwungen, sich der Querschnittsform der Preßform anzupassen, und das innere Rohr nimmt eine dazu kongruente Form an, wobei es jedoch kleinere Abmessungen erhält, die durch die Dicke der zwischen den beiden Rohren angeordneten Tafeln zum Absorbieren von Neutronen bestimmt werden.

Das Aufbringen eines geregelten hydraulischen Drucks auf die Innenfläche des Behälters dient gleichzeitig dazu, dem unteren Ende des Behälters die gewünschte Form zu geben.

Gemäß Fig_o 6 wird das untere Ende des Zwischenraums 18 zwischen dem inneren Rohr 12 und dem äußeren Rohr 14 mit Hilfe

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entsprechend geformter unterer Abschnitte der beiden Rohre verschlossen. Gemäß Fig. 7 liegt das untere Ende der Tafel zunächst erheblich höher als die unteren Enden des inneren und des äußeren Rohrs. Das untere Ende des inneren Rohrs 12 wird nach außen abgewinkelt, so daß es eine nach außen ragende Abkantung 26 bildet, von der dann ein Teil 28 in der entgegengesetzten Richtung umgelegt wird, so daß eine Abkantung von doppelter Wandstärke entsteht, die sich über die gesamte Breite der Seitenwand des äußeren Rohrs 14 erstreckt und an der Innenfläche dieser Seitenwand anliegt. Der untere Abschnitt der Seitenwand des äußeren Rohrs 14 wird so abgewinkelt, daß gemäß Fig. 6 eine Abkantung 30 entsteht, die seitlich nach innen ragt und die Abkantung von doppelter Wandstärke überdeckt, welche durch die Abschnitte 26 und 28 des inneren Rohrs 12 gebildet wird. Auf diese Weise wird der Behälter mit einer Tragkonstruktion versehen, die geeignet ist, das Gewicht des Behälters aufzunehmen, und durch die der Behälter verstärkt wird, um eine Verformung seines unteren Endes zu verhindern. Die Abkantungen 26, 28 und 30 werden vorzugsweise miteinander verschweißt, um die dargestellte Konstruktion zu vervollständigen.

Fig. 15 zeigt, auf welche Weise die Abkantungen 26, 28 und 30 nach Fig. 6 dadurch teilweise ausgebildet werden, daß ein Innendruck zur Wirkung gebracht wird, durch den der Behälter aufgeweitet und zur Anlage an den Innenflächen einer Preßform gebracht wird. In Fig. 15 ist ein Teil einer Preßform 31 dargestellt, in der sich ein hydraulischer Beutel oder Wassersack 32 befindet, der sich auf bekannte Weise mit einem Innendruck beaufschlagen läßt. Zum unteren Ende der durch die Teile eines Behälters gebildeten Baugruppe gehören die Unterkante 34 einer Tafel 20 und ein unterer Abschnitt 36 des inneren Rohrs 12, der nach unten über die Unterkante 34 der Tafel hinausragt. Auch das äußere Rohr 14 weist einen unteren Abschnitt 38 auf, der sich nach unten über die Unterkante 34 der Tafel hinaus erstreckt, an der Innenfläche 40 der Preßform 31 anliegt und etwas kurzer ist als der untere Abschnitt 36 des inneren Rohrs 12.

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Wird mit Hilfe des hydraulischen Sacks 32 ein Druck aufgebracht, um die beschriebene Baugruppe aufzuweiten und sie zur Anlage an der Innenfläche 40 der Preßform 31 zu bringen, bewirkt der hydraulische Druck, daß der nach unten überstehende Endabschnitt 36 des inneren Rohrs so verformt wird, daß er sich quer zum offenen unteren Ende des freien Raums 18 erstreckt, d.h.» daß er gemäß Fig. 6 die Abkantung 26 bildet. Hierbei erstreckt sich der Abschnitt 28 senkrecht nach unten längs des nach unten überstehenden Abschnitts 38 des äußeren Rohrs 14. Nachdem die Baugruppe der Preßform 31 entnommen worden ist, werden die Abkantungen 26 und 28 sowie die durch den Endabschnitt 38 des äußeren Rohrs gebildete Abkantung 30 gemäß Fig. 6 so umgelegt, daß sie nach innen ragen und zur Anlage an der Abkantung 26 kommen.

Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform für das untere Ende eines erfindungsgemäßen Behälters, bei der eine nach außen ragende, insgesamt mit 42 bezeichnete Abkantung bzw. ein Stützflansch von doppelter Wandstärke vorhanden ist. Gemäß Fig. 7 weist das innere Rohr 12 mit gestrichelten Linien angedeutete untere Endabschnitte 43 auf, die gegenüber dem unteren Ende 34 jeder Tafel 20 nach unten überstehen und so nach außen abgewinkelt werden, daß sie einen stirnseitigen Abschluß für das untere Ende des Raums 18 zwischen den Rohren 12 und 14 sowie eine nach außen ragende Abkantung 44 bilden. Die unteren Abschnitte des äußeren Rohrs 14, von denen in Fig. 7 ein Teil bei 45 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, ragen zunächst nach unten über die unteren Enden 34 der Tafeln 20 hinaus und werden so nach außen umgebogen, daß sie Abkantungen 46 bilden, die zu dem Stützflansch 42 gehören.

Es ist wichtig, den Raum 18 zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr dicht zu verschließen, damit kein Wasser aus dem Becken in den Lagerbehälter eindringen kann«. Der Grund hierfür besteht darin, daß das Wasser in vielen Fällen borhaltig ist, um seine Fähigkeit zum Absorbieren von Neutronen zu verbessern, und daß das borhaltige Wasser eine starke Korrosionswirkung

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auf die Aluminiumabdeckungen 24 der Tafeln 20 ausüben würde.

Fig. 16 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bilden des nach außen ragenden Flansches 42 nach Fig. 7 und zum dichten Verschließen des unteren Endes des Raums 18 zwischen den Rohren 12 und 14 beim Aufbringen eines hydraulischen Innendrucks auf die Behälterteile in einer Preßform. Gemäß Fig. 16 gehört zu der Preßform 31a eine Innenwand 40a mit einer Aussparung 41a, die es beim Aufbringen eines hydraulischen Drucks mit Hilfe des Sacks 32a ermöglicht, die unteren Abschnitte 43 und 44 der beiden Rohre nach außen umzulegen und sie zur Anlage an einer waagerechten Innenfläche 4ib der Preßform zu bringen, wie es in Fig. 16 mit gestrichelten Linien angedeutet ist.

Die Preßform kann natürlich aus zwei oder mehr quer zu ihrer Längsachse voneinander trennbaren Teilen bestehen, damit sich der aufgeweitete Behälter nach der Durchführung dieses Arbeitsschritts der Preßform entnehmen läßt.

Es ist zweckmäßig, den betreffenden erfindungsgemäßen Behälter an seinem oberen Ende mit einer Trichterkonstruktion zu versehen, wie es in Fig. 1, 3» 4, 10, 11 und 13 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1, 2, 3 und 8 kann die insgesamt mit 50 bezeichnete Trichterkonstruktion als Trichter aus Blech ausgebildet sein, der untere Abschnitte 52 aufweist, welche von dem Raum 18 zwischen den oberen Enden des inneren Rohrs 12 und des äußeren Rohrs 14 aufnehmbar sind.Die Abschnitte 52 stehen in Verbindung mit nach oben und außen geneigten Trichter- oder Führungsabschnitten 54, die gemäß Fig. 3 jeweils eine solche Querabmessung haben, daß zwischen den freien Enden 56 benachbarter Abschnitte 54 Lücken vorhanden sind. Die Abschnitte 52 des Trichters bilden einen Verschluß für das obere Ende der Räume 18 zwischen den Rohren 12 und 14 des Behälters und bewirken gleichzeitig eine erhebliche Verstärkung des oberen Behälterrandes.

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Die Oberkanten der Rohre 12 und 14 werden gemäß Fig. 8 mit den Abschnitten 52 und 54 durch Schweißnähte 58 und 60 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Trichterkonstruktion, bei der die Trichterabschnitte 54 so ausgebildet sind, daß ihre Enden zueinander passen und durch Schweißnähte 62 verbunden werden können.

In Fig. 9 ist eine Trichterkonstruktion dargestellt, die derjenigen nach Fig. 8 weitgehend ähnelt, abgesehen davon, daß jeder der insgesamt mit 64 bezeichneten Trichterabschnitte einen unteren Abschnitt 66 aufweist, dessen Wandstärke so gewählt ist, daß er von dem Raum 18 zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr 14 aufgenommen werden kann, während der obere Abschnitt 68 eine etwas größere Wandstärke hat und eine Schulter 70 bildet, die den oberen Rand des inneren Rohrs 12 überdeckt, so daß eine lückenlose Innenfläche vorhanden ist, die sich von dem Trichter aus zum Innenraum des Lagerbehälters erstreckt. Gemäß Fig. 9 ist jeder Trichterabschnitt 64 wiederum mit den Oberkanten der beiden Rohre 12 und 14 durch Schweißnähte 72 und 74 verbunden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Trichterkonstruktion, bei der ein insgesamt mit 76 bezeichneter, nach außen ragender oberer Tragflansch vorhanden ist, der mit dem anhand von Fig. 7 beschriebenen, nach außen ragenden unteren Stützflansch 44 zusammenarbeiten kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 weist die Trichterkonstruktion ein Verschluß- und Tragelement 78 auf, zu dem ein nach unten ragender Verschlußabschnitt 80 gehört, der sich in den Raum 18 zwischen den oberen Enden des inneren Rohrs und des äußeren Rohrs 14 einführen läßt. Das Element 78 ist mit den oberen Rändern der beiden Rohre durch Schweißnähte und 84 verbunden. Zu dem Element 78 gehört ein nach außen ragen-

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der Tragflanschabschnitt 85, der gemäß Fig. 10 in einer waagerechten Ebene liegt. Zu dem Trichterelement 86 gehören ein nach oben und außen geneigter Trichterabschnitt 88 und ein waagerecht nach außen ragender Stützabschnitt 90, der mit dem Stützflanschabschnitt 85 in Flächenberührung steht, so daß ein nach außen ragender Flansch 76 von doppelter Wandstärke vorhanden ist.

Bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen bestehen die Trichterteile vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl, damit sie sich einwandfrei mit den ebenfalls aus nichtrostendem Stahl hergestellten Rohr 12 und 14 verschweißen lassen.

In Fig. 11 und 12 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerbehälters dargestellt und insgesamt mit 92 bezeichnet. Die zugehörige Trichterkonstruktion 50 am oberen Ende kann entsprechend der anhand von Fig. 8 bis 10 gegebenen Beschreibung ausgebildet sein.

Wie erwähnt, führt das Verfahren zum Herstellen der rohrförmigen Behälter durch Aufbringen eines sehr hohen hydraulischen Innendrucks zu einer genauen Einhaltung der vorgeschriebenen Abmessungen, da der Behälter die Innenform der Preßform annimmt, und insbesondere ist es möglich, bezüglich der Innenabmessungen der Behälter enge Toleranzen einzuhalten. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß bei der fertigen Baugruppe nach ihrem Entnehmen aus der Preßform alle Behälterteile, d.h. das innere Rohr, das äußere Rohr und die dazwischen angeordneten Tafeln, in Druckberührung miteinander stehen und daher reibungsSchlussig aneinander verankert sind. Außerdem wird die Baugruppe bzw„ die Konstruktion zusätzlich dadurch zusammengehalten, daß die Trichterelemente mit den oberen Rändern der beiden Rohre verbunden sind, und daß am unteren Ende des Behälters eine Verbindung zwischen den waagerechten Verschluß- und Flanschabschnitten bzw. Abkantungen vorhanden isto Jedoch wird vorzugsweise eine weitere mechanische Veranke-

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rung zwischen den Seitenwänden des inneren Rohrs, der Tafeln 20 und den Seitenwänden des äußeren Rohrs herbeigeführt, und zu diesem Zweck kann man die Preßform 31 entsprechend ausbilden·

In Fig. 12 ist ein Verankerungsgürtel 94 dargestellt, der sich vorzugsweise im rechten Winkel zur Längsachse des Behälters erstreckt und sich aus vier miteinander verbundenen Abschnitten zusammensetzt, welche sich über die verschiedenen Wandflächen des Behälters von quadratischem Querschnitt erstrecken«, Zu der Verankerungskonstruktion gehören seitlich nach außen verlagerte Abschnitte des inneren Rohrs 12, der Tafel 20 und des äußeren Rohrs 14. Bei dieser Ausführungsform ist auf der Innenseite des Behälters eine Rinne 96 vorhanden, der entsprechend verlagerte Abschnitte der Fläche 20 und des äußeren Rohrs 14 entsprechen, so daß auf der Außenseite des Behälters eine nach außen vorspringende Rippe 98 vorhanden ist. In der Praxis zeigt es sich, daß sich eine ausreichende Verankerungswirkung erzielen läßt, wenn die Rinne 96 eine Tiefe von etwa 1,5 mm hat, so daß die Rippe 98 eine mit dieser Tiefe vergleichbare Höhe aufweist«,

Fig. 12A zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Verankerungsgürtel 94a vorhanden ist, zu dem eine Rinne 96a gehört, deren Tiefe annähernd gleich der Dicke der Tafel 20 ist, so daß auf der Außenseite des Behälters ein Wulst 98a mit entsprechenden Abmessungen vorhanden ist. Die so gebildeten Verstärkungswulste können an den Ecken des Behälters enden oder sich um die Ecken herum erstrecken.

Figo 13 zeigt einen insgesamt mit 100 bezeichneten Behälter mit einer Trichterkonstruktion 102 am oberen Ende. Bei dieser Ausführungsform sind nach außen vorspringende Stützflansche vorhanden, und zwar untere Stützflansche 104 und obere Stützflansche 106. Der obere Flansch 106 kann entsprechend der anhand von Fig«, 10 gegebenen Beschreibung ausgebildet sein, während der untere Flansch gemäß Fig. 7 hergestellt worden sein kann«, Jedoch kann man die Teile des unteren Flansches 104 gegebenenfalls

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dadurch bereitstellen, daß man Stützelemente mit einem L-förmigen Querschnitt einführt, die den Elementen 78 nach Figo 10 ähneln oder entsprechen, so daß das untere Ende des Behälters in einem besonders hohen Ausmaß verstärkt wird, und daß gleichzeitig ein dichter Abschluß am unteren Ende des Raums 18 zwischen den beiden Rohren erzielt wird.

Die vorstehend beschriebenen inneren Verstarkungsrinnen 96 und die äußeren Yerstärkungsrippen 98 erstrecken sich in Form eines Gürtels über den ganzen Umfang des Behälters. In bestimmten Fällen kann es jedoch vorteilhaft sein, solche zur Verstärkung dienenden Rinnen und Rippen so anzuordnen, daß sie sich jeweils unter einem Winkel zur Längsachse des Behälters über die betreffende Seitenwand des Behälters erstrecken. Eine solche Anordnung ist in Fig. 14 dargestellt, wo man eine schräg verlaufende Verstärkung 112 eines Behälters 110 und eine zweite schräg verlaufende Verstärkung 114 erkennt, welch letztere die Verstärkung 112 kreuzt, so daß eine zusammengesetzte X-förmige Verstärkung vorhanden ist, die nicht nur die drei Behälterteile aneinander verankert, sondern auch die Steifigkeit der betreffenden Seitenwand erhöht.

In manchen Fällen werden solche Behälter in einem Wasserbecken in eigens dafür konstruierten Gestellen unterstützt; bei einer solchen Konstruktion gehören zu dem Gestell senkrecht verlaufende zylindrische Rippen oder Rohre, die an den vier Ecken eines Quadrats angeordnet sind unddazu dienen, jeweils einen oder mehrere Lagerbehälter aufzunehmen.

Figo 17 zeigt die Querschnittsform eines Behälters 120, der dazu bestimmt ist, durch mehrere stehend angeordnete Gestellglieder 122 abgestützt zu werden, die jeweils durch Rohre gebildet sein können,, Zu diesem Zweck ist der Behälter 120 auf seiner Außenseite an jeder Ecke mit einer Aussparung 124 versehen, die eine solche Tiefe hat, daß die Gestellglieder 122 vollständig innerhalb von Verlängerungen der Außenflächen des

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Behälters liegen. Ein Behälter 120 nach Fig. 17 läßt sich leicht herstellen, wenn man eine entsprechend gestaltete Preßform benutzt, in der die Behälterteile einem hohen Preßdruck ausgesetzt werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Behälter allgemein rohrförmig, hat jedoch einen quadratischen Querschnitt. Zwar bietet diese Konstruktion viele Vorteile, doch ist zu bemerken, daß sich die Erfindung nicht auf Behälter von quadratischem Querschnitt beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, einen erfindungsgemäßen Behälter von runder Querschnittsform herzustellen, wie er in Fig. 18 dargestellt und insgesamt mit 130 bezeichnet ist. Natürlich gehören zu dem in Fig. 18 nur schematisch dargestellten Behälter 130 ein inneres Rohr mit rundem Querschnitt aus nichtrostendem Stahl, ein äußeres rundes Rohr aus nichtrostendem Stahl und eine Zwischenschicht aus einem Neutronen absorbierenden Material, Z₀B₀ einem Aluminium-Borkarbid-Laminat der weiter oben beschriebenen Art, das in diesem Fall aus einem Stück bestehen oder aus mehreren gekrümmten Abschnitten zusammengesetzt sein kann_o Natürlich lassen sich die vorstehend bezüglich Behältern von quadratischem Querschnitt beschriebenen Konstruktionsmerkmale in gleicher Weise auch bei einem Behälter von runder Querschnittsform anwenden» Beispielsweise kann man Verstärkungsrippen 94 oder 94a der anhand von Fig. 12 bzw. 12A beschriebenen Art vorsehen, die sich über den ganzen Umfang des zylindrischen Behälters erstrecken, und die Trichterkonstruktion kann im waagerechten Querschnitt eine runde Form haben. Die oberen und unteren Enden der rohrförmigen Konstruktion können so verschlossen werden, wie es weiter oben für Behälter von quadratischem Querschnitt beschrieben ist.

Sollen die Behälter möglichst raumsparend angeordnet werden, kann man natürlich die Trichterkonstruktionen entsprechend abändern oder fortlassen, damit einander benachbarte Behälter so angeordnet werden können, daß sich ihre Außenflächen berühren.

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Zwar können die Abmessungen der Behälter entsprechend den Abmessungen der Brennstoffelemente sowie mit Rücksicht auf andere Faktoren variieren, doch wird die Höhe jedes Behälters so gewählt, daß der Behälter ein Aluminium- und Borkarbid-Laminat mit einer Höhe von etwa 4,30 m aufnehmen kann. Die Querabmessungen eines Behälters von quadratischem Querschnitt können etwa 300 mm betragen» Das nichtrostende Stahlblech, aus dem das innere und das äußere Rohr hergestellt sind, hat eine Stärke von etwa 0,46 mm, während die Stärke der Einlage aus Aluminiumblech und Borkarbid etwa 3,4 mm beträgt.

Wie erwähnt, ist das den Kern des Laminats bildende Borkarbidmaterial mit Aluminiumblechen abgedeckt. Das innere und das äußere Rohr des Behälters bestehen ebenso wie die Trichterkonstruktion am oberen Ende und die Stützflanschanordnung am unteren Ende bei gesonderter Bereitstellung derselben aus nichtrostendem Stahl. Somit lassen sich die Werkstoffe der Behälterrohre, des Trichters und der als zusätzliche Teile am unteren Ende vorhandenen Flansche leicht miteinander verschweißen.

Gemäß der Erfindung sind die Behälter, die eine relativ geringe Wandstärke bei relativ großer Länge und erheblicher Breite haben, gegen unabsichtliche Verformung verstärkt, so daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Abstand zwischen der Innenfläche des Behälters und der Außenfläche eines darin angeordneten Brennstoffelements vorhanden ist. Dies ist wichtig, weil eine thermische Zirkulation von Wasser innerhalb des Behälters und über die Außenflächen der verbrauchten Brennstoffelemente oder ihrer Umschließungen hinweg möglich sein muß. Ferner bietet die Erfindung den wichtigen Vorteil, daß sich bezüglich der Innenabmessungen und der Innenform der Behälter enge Toleranzen einhalten lassen, um zu gewährleisten, daß ein im wesentlichen gleichmäßiger Abstand von den Brennstoffelementen aufrechterhalten wird.

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Da jeder Behälter eine lückenlose seitliche Umschließung von erheblicher Dicke aus Borkarbid aufweist, ist es im Vergleich zu bekannten Behältern möglich, die Behälter zur Lagerung in erheblich kleineren Abständen anzuordnen. Bis getzt ist es üblich, zwischen verbrauchten Brennstoffelementen Mittenabstände von etwa 560 mm vorzusehen. Bei den erfindungsgemäßen Behältern, bei denen auf allen Seiten lückenlose Abdeckungen aus Aluminium und Borkarbid vorhanden sind_s können zvrischen benachbarten Brennstoffelementen bei der Einlagerung Mitten·» abstände von weniger als etwa 280 mm eingehalten werden. Somit läßt sich in einem Raum von vorbestimmter Größe die vierfache Anzahl von Behältern unterbringen,, Da die Bereitstellung von Räumen zur Lagerung verbrauchter Brennstoffelemente bei Atomkraftwerken und dgl. ein schwieriges Problem darstellt, kommt einer solchen Steigerung der Ausnutzbarkeit von verfügbarem Lagerraum eine hervorragende Bedeutung zu_o

Ansprüche i

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Claims

ANSPRÜCHE

Allgemein rohrförmiger Behälter von gleichmäßiger Querschnittsform zum Lagern verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente in Wasserbecken, gekennzeichnet durch ein äußeres Rohr (14), ein in dem äußeren Rohr angeordnetes inneres Rohr (12), wobei die beiden Rohre jeweils durch einen Abstand getrennte innere und äußere Seitenwände des Behälters bilden und so bemessen sind, daß zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden ein gleichmäßiger Abstand (18) vorhanden ist, sowie durch ein Neutronen absorbierendes flächenhaftes Material (20), das die Räume zwischen den inneren und äußeren Seitenwänden des Behälters im wesentlichen ausfüllt, wobei die Seitenwände der Rohre in Druckberührung mit den benachbarten Flächen des flächenhaften Materials stehen_o

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter zum Gebrauch in dem Lagerbecken stehend angeordnet ist, und daß sich die unteren Randabschnitte mindestens eines der Rohre (12, 14) über die unteren Ränder (34) des flächenhaften Materials (20) hinweg zu dem betreffenden anderen Rohr erstrecken und zur Herbeiführung eines dichten Abschlusses daran befestigt sind«

3. Behälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Randabschnitt (26) des inneren Rohrs (12) so geformt ist, daß er sich nach außen über das untere Ende des Raums (18) zwischen dem inneren Rohr (12) und dem äußeren. Rohr (14) hinweg erstreckt.

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der untere Randabschnitt (30) des äußeren Rohrs (14) nach innen erstreckt, um den nach außen ragenden unteren Randabschnitt (26) des inneren Rohrs (12) zu überdecken.

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5. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Randabschnitt (26) des inneren Rohrs (12) jenseits desjenigen Teils, welcher nach außen über das untere Ende des Raums (18) zwischen dem inneren Rohr (12) und dem äußeren Rohr (14) hinwegragt, auf sich selbst zurückgefaltet ist (28), so daß unter dem unteren Ende des Raums Material von doppelter Wandstärke vorhanden ist, und daß der untere Randabschnitt (30) des äußeren Rohrs (14) nach innen ragt, um das Material von doppelter Wandstärke zu überdecken_o

6. Behälter nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Randabschnitte (43, 45) der Rohre (12, 14) so geformt sind, daß sie gegenüber dem Behälter nach außen ragen, um einen Stützflansch (42) von doppelter Wandstärke zu bilden und das untere Ende des Raums (18) zu verschließen.

7. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohre (12, 14) aus nichtrostendem Stahlblech bestehen, das an vier Ecken umgebogen ist, um ebene Seitenwände zu bilden, und daß die Längskanten der jedes Rohr bildenden Blechstücke zwischen den Ecken des Rohrs durch Schweißnähte (12a, 14a) verbunden sind.

8. Behälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (12, 14) aus nichtrostendem Stahlblech mit einer Stärke von etwa 0,46 mm besteht.

9. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verankerung vorhanden ist, zu der ein langgestreckter Kanal (96; 96a) sowie eine langgestreckte Rippe (98; 98a) gehören, mit denen einander entsprechende Abschnitte des inneren Rohrs (12), des äußeren Rohrs (14) und des flächenhaften Materials (20) versehen sind.

10. Behälter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (96; 96a) auf der Innenseite des Behälters liegen

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und sich quer zu den Längsachsen der Seitenwände erstrecken.

11. Behälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (96; 96a) der verschiedenen Seitenwände einen sich über den ganzen Umfang des Behälters erstreckenden Gürtel (94) bilden.,

12o Behälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über die Länge des Behälters mehrere Kanäle (96; 96a) in Abständen verteilt sind«,

13o Behälter nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß eine bzw. jede ebene Wand des Behälters mit zwei sich unter einem Winkel kreuzenden Verankerungskanälen (112, 114) versehen ist.

14. Behälter nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Trichterkonstruktion (50) vorhanden ist, zu der nach oben und außen geneigte Flächen (54) am oberen Ende jeder Seitenwand des Behälters gehören, die im wesentlichen eine Fortsetzung der Innenflächen des inneren Rohrs (12) bilden,,

15. Behälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände der Trichterkonstruktion (50) aus nichtrostendem Stahl bestehen und eine Wandstärke haben, die annähernd gleich dem Abstand (18) zwischen den Seitenwänden der Rohre (12, 14) ist.

16_O Behälter nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß zu der Trichterkonstruktion (50) untere Wandabschnitte (52) gehören, die in Eingriff mit dem Raum (18) zwischen den oberen Randabschnitten der Rohre (12, 14) stehen_o

17o Behälter nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Wandabschnitt (66) der Trichterkonstruktion auf der Innenseite dort, wo er in Eingriff mit dem Raum (18) zwischen

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den Rohren (12, 14) steht, eine Aussparung aufweist, damit ein glatter Übergang zwischen den Innenflächen des Behälters und der Trichterkonstruktion vorhanden ist.

18. Behälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Trichterkonstruktion Stützflansche (90) aufweist, die gegenüber dem oberen Ende jeder Seitenwand des Behälters nach außen ragen, daß ein Stützflansch- und Abdichtungselement (78) mit einem L-förmigen Querschnitt vorhanden ist, daß zu diesem Element ein Schenkel (80) gehört, der in Eingriff mit dem oberen Ende des Raums (18) zwischen dem inneren Rohr (12) und dem äußeren Rohr (14) steht, und daß sich ein zweiter Schenkel (85) des Elements allgemein im rechten Winkel zur Seitenwand des Behälters erstreckt, wobei der erste Schenkel einen Verschluß für das obere Ende des Raums bildet, während der andere Schenkel mit dem nach außen ragenden Stützflansch der Trichterkonstruktion verbunden ist₀

19. Behälter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein unteres Stütz- und Verschlußelement von L-förmigem Querschnitt vorhanden ist, zu dem ein Schenkel gehört, der in Eingriff mit dem unteren Ende des Raums (18) zwischen dem inneren Rohr (12) und dem äußeren Rohr (14) steht, sowie ein zweiter Schenkel, der gegenüber dem Behälter nach außen ragt, um eine untere Unterstützung für den Behälter zu bilden,,

20. Verfahren zum Herstellen von Behältern zum Lagern verbrauchter radioaktiver Kernbrennstoffelemente, dadurch gekennzeichnet , daß ein inneres Rohr und ein äußeres Rohr vereinigt werden, die so bemessen sind, daß zwischen ihren Seitenwänden allgemein rechteckige Räume von gleichmäßiger Breite verbleiben, daß die Räume zwischen den Rohren mit Tafeln aus einem Neutronen absorbierenden Material im wesentlichen ausgefüllt werden, daß die so hergestellte Baugruppe in einer Preßform angeordnet wird, die einen Hohlraum aufweist, dessen Innenform der gewünschten endgültigen Außen-

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form und Größe des Behälters entspricht, und daß auf das innere Rohr ein im wesentlichen hydraulischer Druck aufgebracht wird, um die Baugruppe zu veranlassen, sich der Innenform der Preßform anzupassen, und um eine bleibende .Druck- und Reibungsberührung zwischen den benachbarten Flächen der Rohre und der Tafeln herbeizuführen.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß eine Preßform bereitgestellt wird, deren Hohlraum einen etwas größeren Querschnitt hat als das äußere Rohr der vorbereiteten Baugruppe, und daß das innere Rohr aufgeweitet wird, um es in Druckberührung mit den Flächen zu bringen und das äußere Rohr aufzuweiten, damit es zur AnIkge an den Wänden des Hohlraums kommt·

22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Rohre dadurch gebildet werden, daß ein Flachmaterial bzwo Blech zu einer Rohrform gebogen wird, und daß die benachbarten Längskanten des Flachmaterials entlang einer in der Längsrichtung verlaufenden Naht miteinander verschweißt werden.

23. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein stirnseitiger Verschluß des Raums zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr an einem Ende des Behälters dadurch gebildet wird, daß dafür gesorgt wird, daß die Endabschnitte mindestens des inneren Rohrs über die benachbarten Enden der Tafeln hinausragen, und daß in einem abgeschlossenen Raum ein hydraulischer Druck auf die Innenflächen der überstehenden Abschnitte des inneren Rohrs aufgebracht wird, um diese Abschnitte so umzubiegen, daß sie sich nach außen über das benachbarte Ende des Raums hinweg erstrecken,,

24. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit den genannten Maßnahmen ein nach außen ragender Stützflansch mit einer Wandstärke, die dem Zweifachen der

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Wandstärke des Rohrmaterials entspricht, dadurch gebildet wird, daß in der Preßform eine Aussparung bereitgestellt wird, die eine Fläche aufweist, welche sich nahe einem Ende des Hohlraums nach außen erstreckt, daß die Endabschnitte des inneren und des äußeren Rohrs so ausgebildet werden, daß sie über die benachbarten Enden der Tafeln hinausragen, und daß mit Hilfe eines flexiblen Sacks ein hydraulischer Druck auf die Innenfläche der vorspringenden Abschnitte des inneren Rohrs aufgebracht wird, um sowohl an dem inneren Rohr als auch an dem äußeren Rohr einen Ansatz derart auszubilden, daß die Ansätze in die Aussparung der Preßform hineinragen, damit sich die Ansätze des inneren Rohrs über das untere Ende der Öffnung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr erstrecken und die Ansätze beider Rohre gemeinsam nach außen ragende Flansche von doppelter Wandstärke bilden.

25. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein stirnseitiger Verschluß des Raums zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr an einem Ende des Behälters dadurch gebildet wird, daß dafür gesorgt wird, daß die Endabschnitte der Seitenwände des inneren und des äußeren Rohrs über die benachbarten Enden der Tafeln hinausragen, daß in einem abgeschlossenen Raum ein hydraulischer Druck auf die Innenflächen der überstehenden Abschnitte des inneren Rohrs aufgebracht wird, um diese Abschnitte so zu verformen, daß sie sich über das untere Ende der Öffnung zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr erstrecken und zur Anlage an den in der Längsrichtung überstehenden Abschnitten des äußeren Rohrs kommen, daß die Baugruppe der Preßform entnommen wird, und daß dann die in Berührung miteinander stehenden überstehenden Abschnitte beider Rohre in der Gegenrichtung über den Raum zwischen dem inneren und dem äußeren Rohr hinweg umgelegt werden, um einen stirnseitigen Verschluß zu bilden, dessen Wandstärke dem Dreifachen der Wandstärke der Rohre entspricht.

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26o Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seitenwand des Behälters mit einer langgestreckten Verstärkungs- und Verankerungseinrichtung mit einer Rinne und einer Rippe dadurch versehen wird, daß eine Seitenfläche des Hohlraums der Preßform mit einem sich quer dazu erstreckenden länglichen Kanal versehen wird, und daß auf die Innenfläche des inneren Rohrs ein hydraulischer Druck aufgebracht wird, der ausreicht, um entsprechende langgestreckte Kanäle bzw. Rinnen auf der Innenseite des inneren Rohrs, der Tafeln und des äußeren Rohrs zu erzeugen und entsprechende langgestreckte Rippen auf der Außenseite der genannten Teile dadurch zu bilden, daß Material des Behälters in den Kanal in der Seitenfläche der Preßform hinein verlagert wird.

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