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DE2915376A1 - Behaelterkombination zum transport und zur lagerung radioaktiver abfallstoffe, insbesondere bestrahlter kernreaktorbrennelemente - Google Patents

Behaelterkombination zum transport und zur lagerung radioaktiver abfallstoffe, insbesondere bestrahlter kernreaktorbrennelemente

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DE2915376A1
DE2915376A1 DE19792915376 DE2915376A DE2915376A1 DE 2915376 A1 DE2915376 A1 DE 2915376A1 DE 19792915376 DE19792915376 DE 19792915376 DE 2915376 A DE2915376 A DE 2915376A DE 2915376 A1 DE2915376 A1 DE 2915376A1
Authority
DE
Germany
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container
outer container
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inner container
lid
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DE19792915376
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DE2915376C2 (de
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Stefan Ing Grad Ahner
Richard Dipl Ing Dr Christ
Dieter Dipl Ing Klein
Peter Srostlik
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Nukem GmbH
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Transnuklear GmbH
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Publication date
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Priority to GB8012247A priority patent/GB2050230B/en
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    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
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    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
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Description

TRANSNUKLEAR GmbH 6450 Hanau 11
Behälterkombination zum Transport und zur Lagerung radioaktiver Abfallstoffe, insbesondere bestrahlter Kernreaktorbrennelemente.
Die Erfindung betrifft eine Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter, welcher auch für sich allein in entsprechend ausgelegten Brennelementlagern zur Lagerung verwendbar ist, und einem Außenbehälter, wobei beide Behälter Jeweils einen eigenen Deckel besitzen.
Bisherige Praxis ist es, abgebrannte Brennelemente in Wasserbecken zu lagern. Das Wasser hat dabei die Aufgäbe, die beim Zerfall freiwerdende radioaktive Strahlung abzuschirmen, und die gleichzeitig freiwerdende Zerfallswärme zuverlässig nach außen abzuleiten. Es sind dabei aufwendige und teure Maßnahmen erforderlich, um die Kühlung zuverlässig zu gewährleisten.
Daher wurden auch Überlegungen angestellt, Brennelemente trocken zu lagern. So ist z. B. vorgeschlagen worden, abgebrannte Brennelemente in Stahlbüchsen dicht zu verpacken, die Büchsen einzeln in Lageschächte abgeschirmter Zellen einzusetzen und die Nachwärme der Brennelemente von der Oberfläche der Büchse mit Umgebungsluft in freier Konvektion abzuführen. Ein Nachteil dieser Lagerkonzeption ist es, daß die abgebrannten Brennelemente am Lagerort aus dem Trans-
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portbehälter in die Lagerbuchse umgeladen werden müssen. Während des Umladens sind die Brennelemente nicht geschützt, außerdem muß mit defekten Brennstäben gerechnet werden, so daß ein erhöhtes Risiko für Aktivitäts- und Kernbrennstofffreisetzung besteht. Der Umsetzvorgang muß daher fernbedient und in einer heißen Zelle erfolgen. Das Verschließen der Büchsen und die Dichtigkeitskontrolle können ebenfalls nur fernbedient ausgeführt werden.
]0 Ein weiteres Lagerkonzept ist in der US-PS 3 828 197 beschrieben. Hier werden Container mit hochradioaktivem Abfall in dickwandigen Metallbehältern mit Abschirmdeckel im Freien gelagert. Auch hier ist zum Umladen der Container aus dem Transportbehälter in die Lagerabschirmung eine Heiße Zelle erforderlich. Dieses Konzept hat also die gleichen Nachteile wie das zuvor beschriebene Konzept.
Ein weiteres Konzept sieht daher vor, die abgebrannten Brennelemente in dem zum Transport eingesetzten Behältern weiter zu lagern. Ein Umladen der Brennelemente am Lagerort ist hierbei nicht erforderlich . Ein Nachteil bei dieser Behälterlagerung ist jedoch, daß die teuren und aufwendigen Transportbehälter während der gesamten Lagerzeit für keine weiteren Transporteeingesetzt werden können. Dieses Lagerkonzept ist somit sehr kapitalaufwendig.
Es werden daher auch zweiteilige Transportbehälter, bestehend aus Außen- und Innenbehälter mehrfach beschrieben, so z. B. in der DE-PS 21 57 133 eine Behälterkombination aus einem Innenbehälter mit Abschirmwänden und -deckel für Gammastrahlen und einem als Druckbehälter ausgelegten Außenbehälter. Deir Ringspalt zwischen Außen und Innenbehälter 1st mit Wasser als Medium zur Neutronenabschirmung und zur Wärmeübertragung an den Außenbehälter gefüllt. Diese Behälterkombination hat aber verschiedene Nachteile. So kann z.. B. der Innenbehälter beim Beladen im Kernkraftwerk nicht im Außenbehälter bleiben, so daß die Gefahr einer Kontamination
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besteht. Auch die Handhabung weicht daher wesentlich gegenüber der Beladung herkömmlicher Transportbehälter ab, was zu Schwierigkeiten mit den Beladungsvorrichtungen und dem Beladungspersonal führt. Der Druckbehalter umschließt die dickwandige $* -Abschirmung und die Neutronenabschirmung. Die dickwandige Gammaabschirmung trägt zur Festigkeit nicht bei, sondern wirkt beim Unfall als zusätzlicher Lastfaktor auf den Außenbehälter.
Zur Wärmeübertragung vom Innenbehälter zum Außenbehälter ist Wasser erforderlich. Beim störfallbedingten Verlust dieses Wassers ist die Sicherheit der Behälterkombination nicht mehr gewährleistet. Auch besteht die Gefahr der Bildung von Radiolysewasserstoff.
Beim Einsatz des Innenbehälters als Lagerbehälter verbleibt die gesamte 7"-Abschirmung am Lagerbehälter. Dies gibt eine zusätzliche Belastung der Lagergestelle und verteuert das Lagerkonzept.
In der US-PS 3 575 601 wird ebenfalls eine Behälter kombination beschrieben, bestehend aus einem äußeren stoßfesten Stahlbehälter und einem mehrteiligen Abschirmeinsatz. Dieser Behälter hat außer den zuvorbeschriebenen Nachteilen den weiteren Nachteil, daß der Inneneinsatz als Lagerbehälter zusätzlich an allen Stoßstellen der Abschirmteile gedichtet werden muß. Auch in der US-PS 2 935 616 wird ein mehrteiliger Behälter beschrieben. Er besteht aus äußeren miteinander verschraubten Abschirmsegmenten und einem dünnwandigen Innenbehälter. Da der Innenbehälter keinen eigenen Deckel besitzt, ist sein Einsatz als Lagerbehälter nicht möglich.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren zu schaffen, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter, welcher auch für sich allein in entsprechend ausgelegten Brennelementlagern zur Lagerung verwendbar ist, und einem Außenbehälter, wobei beide Behälter jeweils
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einen eigenen Deckel besitzen. Diese Behälterkombination sollte die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweisen, insbesondere sollte der Innenbehälter eine trockene Lagerung abgebrannter Brennelemente ohne Umsetzen der Brennelemente am Lagerort in eine Lagerbüchse und ohne unnötige Raumverschwendung und Gewichtsbelastung der Lagerstelle ermöglichen.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
a) der Boden und der Mantel des Außenbehälters in ihrer Dicke so dimensioniert sind, daß sie vollständig oder überwiegend die Abschirmfunktion gegenüber Gamma- und Neutronenstrahlen übernehmen,
b) der Innenbehälter im Außenbehälter so fixiert ist, daß sich Innenbehälterdeckel und Außenbehälterdeckel nicht berühren,
c) die radiale Position des Innenbehälters im Außenbehälter durch eine zum Boden hin verlaufende Querschnittsverjüngung des Innenraumes des Außenbehälters festgelegt ist und
d) die Außenwand des Innenbehälters gegenüber der Innenwand des Außenbehälters durch Dichtelemente abgedichtet ist.
Die Abbildungen I bis III zeigen schematisch beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Behälterkombination, wobei Abbildung I ein Längsschnitt, die Abbildungen II und III zwei Querschnitte wiadergeben.
Die Behälterkombination besteht aus einem herausnehmbaren Innenbehälter (1) mit einem Deckel (3)* der gegebenenfalls aus mehreren Einzelteilen besteht, und 30
einem Außenbehälter (2) mit einem Deckel (4). Der Boden
(10) und der Mantel (11) des Außenbehälters sind in ihrer Dicke so dimensioniert, daß sie vollständig oder zumindest überwiegend die Gamma- und Neutronenstrahlung des Behälterinhalts nach außen abschirmen. Der Innenbehälter (1) ist dabei gegen den Außenbehälter (2) axial so fixiert, daß sich der Innenbehälterdeckel (3) und der Außenbehälterdeckel (4) nicht berühren. Die radiale
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Position des Innenbehälters (1) im Außenbehälter (2) wird durch eine zum Boden (10) hin verlaufende Querschnittsverjüngung (12) des Innenraumes des Außenbehälters (2) festgelegt, wobei diese Verjüngung vorzugsweise durch entsprechend keilförmig ausgestaltete Profile (13) auf der Außenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) bewirkt wird. Die Außenwand (14) des Innenbehälters (1) ist gegenüber der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) mittels Dichtelemente (5) abgedichtet.
Durch die Dimensionierung des Außenbehälters (2) auf Abschirmwandstärke besitzt dieser eine sehr hohe mechanische Festigkeit und ist so weitgehend gegen Beschädigungen bei Transportunfällen geschützt. Außerdem ist er durch das Fehlen eines wärmeübertragenden Gases oder Flüssigkeit zwischen Innen-(1) und Außenbehälter(2) im Normalbetrieb drucklos, so daß keine Dichtungsprobleme auftreten. Die Wärmeübertragung erfolgt über den schmalen Spalt zwischen den beiden Behältern, vorzugsweise jedoch über sich berührende Profile (13) auf der Außenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Außenbehälters (2). Der Spalt zwischen Außenbehälter (2) und Innenbehälter (1) wird im Deckelbereich durch das Dichtelement (5) so abgedichtet, daß beim Beladen des Behälters keine Kontamination der Außenseite des Inneribehälters erfolgen kann. Der Innenbehälter wird vorzugsweise über Niederhalter (6), deren Aufnahmen in entsprechenden Aussparungen (16) des Außenbehältermantels (11) untergebracht sind, so im Mantel (11) des Außenbehälters axial fixiert, daß der Deckel (4) und damit die im Deckel (4) sich befindende Dichtung (17) des Außenbehälters (2) nicht belastet wird.
Die erfindungsgemäße Behälterkombination besitzt einen relativ dünnwandigen Innenbehälter, der einfach und billig iind in großen Serien, beispielsweise aus handelsüblichem Rohrmaterial, herstellbar ist. An einen Lagerbehälter werden hohe Ansprüche bezüglich der Dichtig-
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keit gestellt. Es ist aber bekanntermaßen schwierig, die üblichen Prüfverfahren, wie Röntgen- und Ultraschallprüfung, bei dickwandigen Behältern durchzuführen. Bei den erfindungsgemäßen relativ dünnwandigen Behältern bereiten diese Prüfverfahren keine Probleme. Der Außenbehälter (2) erfüllt in Verbindung mit dem Transportdeckel (4) alle in der Behälterzulassung für Typ B-Behälter gestellten Anforderungen hinsichtlich der Handhabung, der mechanischen Integrität, der Wärmeabfuhr, der Dichtigkeit und der Abschirmung beim normalen Transport und beim Unfall. Dieser Außenbehälter (2) kann aus allen in der Praxis und der Literatur bekannten Werkstoffen und Werkstoffkombinationen, wie Schmiedestahl, Gußeisen, Blei, abgereichertes Uran, Kupfer oder Kunstharz gefertigt sein.
Da der Außenbehälter (2) nur für Transporte eingesetzt wird und ihm beliebig viele Innenbehälter (1) zugeordnet werden können, sind für ein Lagerkonzept nur sehr geringe Stückzahlen für den Außenbehälter (2) erforderlich. Man kann daher besonders hohe Anforderungen an Materialauswahl, Konstruktion, Fertigung und Prüfung setzen, ohne das gesamte Lagerkonzept nennenswert zu verteuern. Diese Sicherheitsreserven beim Transport, dem risikoreichsten Teil in der gesamten Lagerstrategie, sind sehr wertvoll.
Besondere Anforderungen werden bei einem Lagerbehälter an die Abdichtung gestellt. Diese Dichtung soll während der gesamten Lagerzeit gleichbleibend gute Dichteeigenschaften besitzen, da durch die Ansammlung vieler Lagerbehälter auch Leckraten, die für Einzeltransportbehälter zugelassen sind, zu nennenswerten Aktivitätsabgaben führen würden.
Voraussetzung für das Anbringen einer solchen Dichtung ist eine gute Zugänglichkeit dieser Dichtung. Die vorliegende Behälterkombination erlaubt diese Zugänglichkeit in hervorragender Weise dadurch, daß der Deckel (3) des Innenbehälters (1) als Abschirmdeckel ausgeführt ist. Daher 1st, solange der Innenbehälter (1) sich
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noch im Außenbehälter (2) befindet, die abzudichtende Stelle frei zugänglich und die für die Lagerung erforderliche dauerhafte Abdichtung kann angebracht werden, ohne daß hierzu fernbediente Einrichtungen und eine Heiße Zelle oder ein Wasserbecken zum radiologischen Schutz erforderlich sind.
Der Innenbehälter (1) und der Abschirmdeckel (3) sind zusätzlich mit einer Dichtung (8) gedichtet. Diese Dichtung (8) wird vor allem durch das Eigengewicht des stehenden Behälters wirksam und verhindert eine Kontamination des Raumes zwischen dem Außenbehälterdeckel (4) und dem Innenbehälterdeckel (3). Daher ist es möglich, die für die Lagerung erforderliche dauerhafte Dichtung erst am Lagerort anzubringen.
Dies hat den Vorteil, daß diese für die Sicherheit der Lagerung wichtige Arbeit immer von der gleichen Mannschaft an einer stationären Einrichtung vorgenommen werden kann, nicht jedes Kernkraftwerk mit Einrichtungen hierfür ausgerüstet werden muß und die routinemäßige Beladung im Kernkraftwerk nicht behindert wird.
Diese Abdichtung des Spaltes zwischen dem Innenbehälter (1) und dem Außenbehälter (2) durch die Dichtung (5) hat den Vorteil, daß der Innenbehälter (1) vor dem Einsetzen in die Lagerabschirmung nicht dekontaminiert werden muß. Es fällt daher beim bestimmungsgemäßen Betrieb im Lager kein Sekundärabfall an, der zusätzliche Entsorgungseinrichtungen und damit höhere Betriebskosten erfordern würde.
Zur dauerhaften Abdichtung für die Lagerung kann der Innenbehälter (1) und Abschirmdeckel (3) je πΛ* einem Anschweißende (9) versehen werden, an denen sie für die Lagerung gasdicht verschweißt oder verlötet werden können.
Der Spalt zwischen Innenbehälter (1) und Deckel (3) kann jedoch auch so ausgebildet werden, daß er mit einem niedrig schmelzenden Metall ausgegossen werden kann.
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Das Entleeren und Spülen des Innenbehälters wird auf bekannte Weise durchgeführt.
Der Innenbehälter (1) muß während des Transportes im Außenbehälter (2) so fixiert sein, daß auch unter Unfallbedingungen der Transportdeckel (4) und dessen Dichtsystem (17) durch den Innenbehälter (1) und dessen Inhalt nicht belastet werden. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Niederhalter (6) gelöst, dessen am Umfang verteilte Pratzen in entsprechenden Aussparungen (16) des Mantels (11) des Außenbehälters (2) passen und durch Verdrehen nach dem Bajonettprinzip am Behälter befestigt wird. Die Sicherung gegen Verdrehen wird durch einschraubbare Spannelemente (7) erreicht, die gleichzeitig den Abschirmdeckel (3) verschließen. Die Spannelemente (7) können Federpakete zum Ausgleich der Längendehnung der Kapsel enthalten.
Der Außenbehälter (2) kann vorteilhafterweise Kühlanschlüsse (18) besitzen, die mit spiralig angeordneten Kühlkanälen (19) an der inneren Oberfläche des Außenbehälters (2) verbunden sind. So ist es möglich, den Behälterinhalt vor dem Entleeren in einer Wiederaufarbeitungsanlage zu kühlen, ohne daß der Innenbehälter (1) geöffnet werden muß. Die Kühlanschlüsse (18) können auch während des Transports an einen Kühlkreislauf angeschlossen sein, so daß die Brennelementtemperatur beim Transport gesenkt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Profile (13) auf der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) hohl auszubilden und in den Kühlkreislauf über die KUhlkanäle (19) zu integrieren. Der Deckel (3) des Innenbehälters (1) kann mehrteilig ausgeführt sein und beispielsweise aus einem dünnwandigen eigentlichen Deckelteil und einem dickwandigen Abschirmteil bestehen. Dadurch kann auch der Abschirmteil mehrfach verwendet werden, da er bei der Lagerung in entsprechenden Lagern nicht benötigt wird.
Die Wärme wird vom Innenbehälter (1) zum Außenbehälter (2) durch freie Konvektion und Strahlung übertragen.
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Ein zusätzliches Wärmeträgermedium, das im Störfall versagen kann, ist nicht erforderlich. Nach dem Beladen des Innenbehälters (1) erwärmt sich der Innenbehälter zunächst schneller als der Außenbehälter (2) so daß der herstellungsbedingte Spalt zwischen Innen- und Außenbehälter kleiner und damit der Wärmeübergang besser wird.
Noch besserer Wärmeübergang wird erzielt, wenn der Innenbehälter (1) über die ganze Länge gehende keil-
]0 förmige Profile (13) besitzt die in entsprechende keilförmige Profile (15) des Außenbehälters (2) passen, so daß zwischen Innen- und Außenbehälter immer metallische Berührung und damit metallische Wärmeleitung stattfindet.
]5 Die Toleranz zwischen Innen- und Außenbehälter wirkt sich dann durch unterschiedliche Lage von Innen- und Außenbehälter aus und muß über Dichtung(5jausgeglichen werden.
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Claims (1)

  1. 6450 Hanau 11
    Patentansprüche
    Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter, welcher auch für sich allein in entsprechend ausgelegten Brennelementlagern zur Lagerung verwendbar ist, und einem Außenbehälter, wobei beide Behälter jeweils einen eigenen Deckel besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) der Boden (10) und der Mantel (11) des Außenbehälters (2) in ihrer Dicke so dimensioniert sind, daß sie vollständig oder überwiegend die Abschirmfunktion gegenüber Gamm- und Neutronenstrahlung übernehmen,
    b) der Innenbehälter (1) im Außenbehälter (2) so axial fixiert ist, daß sich Innenbehälterdeckel (3) und Außenbehälterdeckel (4) nicht berühren,
    c) die radiale Position des Innenbehälters (1) im Außenbehälter (2) durch eine zum Boden (10) hin verlaufende Querschnittsverjüngung (12) des Innenraumes des Außenbehälters (2) festgelegt ist und
    d) die Außenwand (14) des Innenbehälters (1) gegenüber der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) durch Dichtelemente (5) abgedichtet ist.
    2* Behälterkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Fixierung des Innenbehälters (1) durch Einwirkung von Niederhaltern (6) auf den Innenbehälterdeckel (3) erfolgt, wobei die Niederhalteraufnahme in Aussparungen (16) des Außenbehältermantels (11) untergebracht ist.
    3. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverjüngung (12) des Innenraumes des Außenbehälters (2) durch entsprechend keilförmig ausgestaltete Profile (13) auf der Außenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) bewirkt wird.
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    ORIGINAL INSPECTED
    4. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Mantel (11) des Äußenbehälters (2) von außen anschließbare Kühleinrichtungen (19) enthalten sind.
    5. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile (13) auf der Innenwand (15) des Außenbehälters (2) hohl ausgebildet und in die Kühleinrichtungen (19) integriert sind.
    6. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) des Innenbehälters (1) so dimensioniert ist, daß er vollständig oder überwiegend die Abschirmung gegen Gamma- und Neutronenstrahlung übernimmt.
    7. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) des Innenbehälters (1) mehrteilig ist.
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DE2915376A 1979-04-14 1979-04-14 Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren Expired DE2915376C2 (de)

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