Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-4175
Butzek, Michael
Sicherheitstechnische Auslegung der Betriebsumgebung eines Hochleistungs-Spallationstargetsystems der Megawattklasse mit Quecksilber als Targetmaterial
151 S., 2005

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der sicherheitstechnischen Auslegung der direkten Betriebsumgebung eines 5 MW-Quecksilber-Spallationstargets unter Berücksichtigung der sicherheitsrelevanten Gesichtspunkte während des Aufbaues, des Betriebs und des später notwendigen Rückbaues sowie des bei einer Anlage diesen Ausmaßes nicht zu unterschätzenden Kostenaspektes. Von einer Spallationsquelle der hier diskutierten Leistungklasse gehen sowohl vom toxischen und radioaktiven Inventar als auch durch die Art und Intensität der entstehenden Strahlung erhebliche Sicherheitsrisiken sowohl für das Betriebspersonal als auch für die Umgebung der Anlage aus. Aufgrund qualitativer Unterschiede sowohl des Inventars als auch der entstehenden Strahlung kann jedoch bei der Planung einer Spallationsquelle nicht die Sicherheitsphilosophie eines Spaltreaktors unreflektiert übernommen werden. Vielmehr ist eine systematische Untersuchung aller, die Sicherheit beeinflussenden Randbedingungen notwendig.
Im Rahmen dieser Arbeit werden die für diesen Typ der Quelle sicherheitsrelevanten räumlichen Randbedingungen, der Einfluss der verwendeten Medien, die entstehende Strahlung und deren Besonderheiten sowie die grundsätzlichen Randbedingungen aus der Handhabung der Komponenten untersucht. Im Folgenden wird der Grundaufbau der Anlage dargelegt und somit die Grundlage für die Entwicklung aller weiteren Systeme festgelegt. Unter Berücksichtigung des Targetmediums Quecksilber sowie der tritiumhaltigen Wasserkreisläufe in Kombination mit den für die Moderatoren verwendeten brennbaren Medien wurde ein Einschlusskonzept entwickelt, welches einerseits die sichere Durchführung des Strahlbetriebes garantiert andererseits auch die besonderen Belange der Handhabung nicht außer Acht lässt. Für alle sicherheitsrelevanten Komponenten des Einschlusssystems werden Konzepte für eine spätere technische Detailausarbeitung dargelegt.
Für den Aufbau der Abschirmung werden verschiedene in Frage kommende Materialien bezüglich ihrer Eignung diskutiert. Es wird eine Ausarbeitung des Aufbaues der Abschirmung aufgezeigt, die sowohl die sicherheitstechnischen Belange während des Betriebes als auch einen vereinfachten späteren Rückbau berücksichtigt. Die innerhalb der Abschirmungen liegenden Strahlverschlüsse wurden bezüglich der sicheren Handhabung sowie der Positioniergenauigkeit der darin befindlichen Neutronenleiter optimiert. Aufgrund der hohen erwarteten Anzahl sicherheitsrelevanter Handhabungsvorgänge wurden Konzepte zur sicheren und schnellen Handhabung der wichtigsten Komponenten der direkten Targetumgebung erarbeitet. Aufgrund der hier erarbeiteten Konzepte ist sowohl der Bau als auch der Betrieb einer solchen Anlage unter Sicherheits- und Kostengesichtspunkten durchführbar.


This thesis is concerning the safety relevant layout of the environment of a mercury based 5- Megawatt-spallation target. All safety relevant aspects related to construction, operation and dismantling as well economical issues were taken into account. Safety concerns are basically driven by the toxic and radioactive inventory as well as the kind and intensity of radiation produced by the spallation process. Due to significant differences in inventory and radiation between a spallation source and a fission reactor, for the design of the spallation source mentioned above the safety philosophy of a fission reactor must not be used unchanged. Rather than this a systematic study of all safety related boundary conditions is necessary.
Within this thesis all safety relevant boundary conditions for this specific type of machine are given. Beside the spatial distribution of different areas inside the target station, influence of medias to be used as well as arising radiation and handling requirements are discussed in detail. A general layout of the target station is presented, serving as a basis for all further component and system development. An enclosure concept for the target station was developed, taking into account the safety relevant issues concerning the mercury used as target materials, the water cooling loops containing massive amounts of tritium as well as the materials used for the moderators potentially forming explosive mixtures. Concept and detailed technical layout of the enclosure system was chosen to guarantee safe operation of the source as well as taking care of requirement arising for handling needs.
For design of the shielding different suitable materials have been discussed. A design for assembling the shielding is shown taking into account the safety relevant requirements during operation as well as during dismantling. The neutron beam shutters, buried inside the shielding were designed to optimize handling and positioning issued of the inner part of the neutron guide system. Due to the high amount of safety relevant handling procedures, concepts for time efficient and safe handling of the major components have been developed. Based on the concepts shown is this thesis, construction an operation of a high power spallation source of the described kind seem to be feasible considering safety and costs.

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Letzte Änderung: 07.06.2022