DE2501728A1

DE2501728A1 - Einrichtung zum pruefen und reparieren von radioaktiven kernbrennelementen

Info

Publication number: DE2501728A1
Application number: DE19752501728
Authority: DE
Inventors: Walter E Desmarchais; Leonard P Hornak; John M Shallenberger
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1975-08-07
Also published as: BE825152A; BR7500752A; JPS50109394A; SE417383B; US3914613A; DE2501728C2; GB1491943A; FR2260170B1; ES434480A1; FR2260170A1; SE7501347L; CH591143A5; IT1031267B

Description

PATH STA NWAM

. ing. R. HOLZEK AUGSBUKG

TEUlVOHl »1»7E

25Ό1728.

'·'. 723

^, den 15. Januar 1975

Weatinrhouse electric Corporation, V/esting;house Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V_eSt.A₀ . .

Linriol'itunc zum Prüfen und Reparieren von radioaktiven '

Kernbrennelementen

Di? Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen.und Reparieren von radioaktiven Kernbrennelementen, mit einem rohrförmigen Abschirmbehälter zur Aufnahme und Abschirmung

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des Brennelements während der Prüf- und Reparaturarbeiten, einer Besichtigungsvorrichtung zum Untersuchen des Brennelements und einer Zugangsvorrichtung zur Zugänglichmachung des Brennelements.

Bei den heutigen kommerziellen Kernkraftwerken ist es erforderlich, den Reaktorkern in bestimmten Zeitabständen zu ersetzen, gewöhnlich etwa einmal jährlich. Dazu müssen die verstrahlten Brennelemente aus dem in einem Reaktorbehälter angeordneten Reaktorkern herausgenommen und nach einer geeigneten Speicherperiode in einer Grube für verbrauchten Brennstoff von dieser Grube in einen Transportbehälter gebracht werden. Gewöhnlich ist der Transportbehälter so ausgebildet, daß er außerdem als Strahlungsschild dient, so daß er vom Personal unmittelbar und ohne besondere Strahlenschutzmaßnahmen gehandhabt werden kann.

Das Ersetzen der verbrauchten Brennelemente durch
neue Brennelemente erfordert gewöhnlich keine Strahlenschutzmaßnahmen, da neue Brennelemente, wie sie beispielsweise in Siedewasserreaktoren oder Druckwasserreaktoren benützt werden, angereichertes Uranoxyd enthalten, welches nicht radioaktiv ist.

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Mit zunehmender Verfügbarkeit von spaltbarem Plutonium 239, welches als Nebenprodukt in wassermoderierten Reaktoren erzeugt wird, und wegen der besonderen wirtschaftlichen Vorteile der Verwendung dieses Kernbrennstoffes weisen auch neue Brennelemente beträchtliche Mengen von rezirkuliertem spaltbaren Plutonium auf. Da dieses Material in seinem "natürlichen Zustand" jedoch radioaktiv ist, sind die bekannten Handhabungstechniken für neue Brennelemente nicht mehr brauchbare Das bedeutet, daß alle Handhabungsvorgänge, wie beispielsweise Transport, Prüfung, Sichtung und Ausführung kleinerer Reparaturen in der Reaktoranlage bei geeigneter Abschirmung des Brennelements durchgeführt werden müssen, um das Betriebspersonal vor der sehr gefährlichen Radioaktivität zu schützenβ

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine für die Sichtung, Prüfung und Reparatur von radioaktiven Brennelementen durch das Betriebspersonal· geeignete Einrichtung zu schaffen.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs dargelegten allgemeinen Art gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Besichtigungs-

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vprrichtung und die Zugangsvorrichtung um die Längsachse des Abschirmbehälters drehbar auf dem Abschirmbehälter angeordnet sind_o

Die Erfindung beinhaltet also eine Abschirmhülse mit eingebauten Vorrichtungen zur Durchführung von Prüf- und Reparaturarbeiten_o Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Abschirmhülse eine Innenbüchse und eine Außenbüchse auf, wobei der zwischen diesen beiden Büchsen gebildete Ringraum mit strahlenabschirmendem Material wie beispielsweise Wasser oder Erdöl gefüllt ist₀ Die Länge der Abschirmhülse ist etwas größer als die doppelte Länge eines Brennelements, welches bei Aufrechterhaltung der Strahlenabschirmung geprüft oder repariert werden soll.

Die Abschirmung verringert den Strahlungspegel so stark, daß unmittelbar außerhalb der Abschirmhülse ein so niedriger Strahlungspegel herrscht, daß der direkte Zugang durch das Betriebspersonal möglich ist. Die der Prüfung und Reparatur der Brennelemente dienenden Vorrichtungen sind vorzugsweise in einer in Längenmitte der Abschirmhülse vorgesehenen drehbaren Manschette angeordnete Diese Manschette besteht ebenfalls aus einer Innenbüchse und einer Außenbüchse und der dazwischen liegende

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rn ist mit strahlenabschirmendem Material ausge- . füllt. Diese .Manschette weist jedoch eine Prüföffnung., eine Zugarrjsöffnunfj und eine Instrumentenöffnunj" auf_Q

i^ine oevorzurte Aus rühr un 33 form der Erfindung wird nachstehend mit ßezu^ auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschriebene Es seifen:

Fi₁-?. 1 den Grundriß eines Brennstoff-

handhabungsgebäudes einer Kernkraftwerksanlage, in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung anvrendbar ist,

Pi£. 2 einen Vertikalschnitt durch

das in Piß«. 1 dargestellte Gebäude entlang der Ebene II-Ii,

Figo 3 eine bevorzugte Ausführungs-

form einer Einrichtung nach der Erfindung, und

l''ifje ^l\ einen Querschnitt der in

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Pig. 3 dargestellten Einrichtung in der Ebene IV-IV₀

Die in den Fig. 1 und 2 abgebildete Gebäudeanordnung .ist typisch für eine Vielzahl möglicher Anwendungen, in denen Transportabläufe von Brennelementen in der Reaktoranlage stattfinden können,

Neue, rezirkuliertes Plutonium enthaltende Brennelemente, die stark radioaktiv sind, können entweder durch Eisenbahn- oder Lastwagentransport in das Brennstoffhandhab ungs geb äude 10 gebracht werden. Das Entladen der Fahrzeuge erfolgt an einer Entladestelle 11. Typischerweise befinden sich die neuen Brennelemente in Transportbehältern, welche während des Transports als Strahlenabschirmung dienen. Die Transportbehälter 12 werden mittels eines Deckenlaufkranes 15 von den Transportfahrzeugen abgeladen. Der Deckenlaufkran 15 ist auf Schienen 16 im Brennstoffhandhabungsgebäude verfahrbar. Die Transportbehälter werden dann auf einer dafür vorgesehenen Lagerfläche 13 gelagert«,

Zum Herausnehmen des neuen Brennelements 20 aus einem Transportbehälter wird das Brennelement zusammen

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mit einem Teil des Transportbehälters in der in Fig» 2 dargestellten V/eise hochkant gestellt. Obwohl dies nicht wesentlich ist, bildet der hochkant stehende Teil des Transportbehälters vorzugsweise während dieser Phase des Transports eine Strahlenabschirmung. Das Brennelement 20 wird dann in eine abgeschirmte Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 hinein hochgezogen«, Diese Handhabungsvorrichtung 21 hängt an dem Laufkran 15 und wird dann zu einem Lagerplatz 14 für neuen Brennstoff befördert» Der Lagerbereich Ik für den neuen Brennstoff kann aus Beton hergestellt und zur Strahlenabschirmung mit Wasser gefüllt sein. Es muß hervorgehoben werden, daß bis zu diesem Punkt alle Handhabungs- und Transportvorgänge mit dem Brennstoff trocken, d.h. nicht unter Wasser ablaufen. Trotzdem ist ständig eine Strahlenaoschirmung vorhanden, um die Anwesenheit des Reaktorpersonals zu ermöglichen_e

Das neue, rezirkuliertes Plutonium enthaltende Brennelement wird dann von der Lagerfläche lH für neuen Brennstoff zu einer Prüf- und Reparaturstation gebracht und anschließend in einen Brennstoffbeschickungskanal zur Wiederbeschiekung des Reaktorkerns eines nicht dargestellten Kernreaktors transportiert, der in einem

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Reaktor gebäude 19 untergebracht ist« Während des F3rennstofftransports von der Lagerstelle 14 zum Beschickungs-.kanal 18 bildet die Brennstof Handhabungsvorrichtung 21 die Strahlenabschirmung. An der Prüfstation 17 xvird die Strahlenabschirmung durch eine von der Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 und einer Hinrichtung 25 zui'i Prüfen und Reparieren der Brennelemente gebildeten Anordnung hergestellt. Ebenso wie die vorhergehenden Transportvorgänge im Brennstoffhandhabungsgebäude 10 laufen auch diese Vorgänge trocken ab, wobei ein direkter Zugang durch das Reaktorpersonal ohne Gefahr vor radioaktiver Strahlung möglich ist.

Gemäß Figo 1 steht ein Speicherbereich 30 für verbrauchten Brennstoff mit dem Beschickungskanal 18 in Verbindung, Außerdem ist neben der Entladestelle 11 eine Lagerfläche 31 für Transportbehälter für verbrauchten Brennstoff angeordnet» Diese Lagerfläche 31 und ein Behälterbeladungsplatz 32 befinden sich in nächster Nähe zur Prüfstation 17„ Die Einrichtung 25 zur Prüfung und Reparatur von Brennelementen ist also leicht auch für die Prüfung und die Reparatur von verbrauchten Brennelementen anwendbar, welche ebenfalls stark radioaktiv sind.

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Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Prüf- und Reparatureinrichtung 25 für neue, rezirkuli.ertes Plutonium enthaltende Brennelemente sind in den Fig. 3 und dargestellt ο Aus Pig. 3 geht hervor, daß die Einrichtung grundsätzlich zwei Hauptteile enthält, nämlich eine Abschirm-' iiülse 35 und eine drehbare Manschette 36. Die Abschirmhülse ragt durch den Fußboden 37 hindurch und hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Länge, die etwa gleich der maximalen Länge eines zu untersuchenden Brennelements ist. Die drehbare Manschette 36 ist mit Hilfe eines Lagers 39 auf dem oberen Ende der Abschirmhülse 35 gelagert. In der Manschette sind eine Prüföffnung 3Ö und eine -Zugangsöffnung 39 gebildete Die Höhe dieser öffnungen über dem Fußboden ent- r spricht im wesentlichen der Schulterhöhe einer auf dem Fußboden 37 stehenden Person. Da manche Brennelemente für Kernkraftwerke 3»60 m lang oder länger sind, ragt die AbschirFihülse 35 weiter unter als über die Fußbodenoberfläche 3 7 ο

Damit das Betriebspersonal während der gesamten Prüf- oder Reparaturarbeiten an einem Brennelement vollständig vor radioaktiver Strahlung abgeschirmt ist, muß ein Teil der drehbaren Manschette 36 so weit nach oben ragen, daß das gesamte Brennelement auch dann abgeschirmt

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ist, wenn nur der unterste Teil davon sich in Höhe der Besichtigungsöffnung und der Zugangsöffnung befindete, Das kann dadurch erreicht werden, daß ganz einfach eine v/eitere, nicht dargestellte Abschirrohülse auf das obere iinde der Manschette 36 ■ aufgesetzt wird, die ähnlich der Abschirmhülse 35 ausgebildet ist. Eine elegantere Lösung stellt die in Figo 3 dargestellte Anordnung dar. Die Strahlenabschirmung oberhalb der drehbaren Manschette J>6 ist durch die Brennstof!"handhabungsvorrichtung 21 gebildet» Grundsätzlich weist die Brennstoffhandhabungsvorrichtung eine Abscnirmhülse, deren Länge etwa derjenigen eines Brennelements entspricht, und dieser Abschirmhülse zugeordnete Vorrichtungen zum Ergreifen und Anheben eines Brennelements auf. Indem also entweder eine Abschirmhülse oder eine Brennst of fhandhabungs vorrichtung 21 auf das obere Ende der Manschette 36 aufgesetzt worden ist, ist eine Anordnung gebildet, bei welcher die gesamte Länge eines Brennelements durch das Reaktorpersonal untersucht und repariert werden kann, während des Personal stets vor der schädlichen radioaktiven Strahlung geschützt ist. Außerdem ermöglicht die drehbare Manschette eine allseitige Besichtigung und Zugänglichkeit des Brennelements, wird eine Abschirmhülse verwendet, so ist ein Kran notwendig, mit welchem das Brennelement innerhalb

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der Einrichtung 25 heb- und senkbar ist»

Die Abschirmhülse 35 xreist eine Innenbüchse 40 und eine Außenbüchse kl auf, welche durch einen Ringraum 42 voneinander getrennt sind. Die Stirnseiten des Ringraumes sind geeigneterweise jeweils durch eine. Stirnplatte 43 verschlossen. Das obere Ende der Abschirmhülse ist etv/a nach Art einer Stufenbohrung ausgebildet, so daß es das komplementär ausgebildete Ende der drehbaren Manschette 36 aufnehmen kann und eine radiale Führung für dasselbe bildet_o Zur Befestigung der Abschirmhülse 55 am- Fußboden 37, beispielsweise durch Schrauben, sind fest mit der Außenbüchse kl verbundene Winkeleisen 44 vorgesehen. Der Ringraum 44 zwischen den beiden Büchsen ist mit strahlenabschirmendem Material, beispielsweise Wasser, Erdöl, Polyäthylen oder dgl. gefüllt. Der Ringraum 24 ist vorzugsweise so bemessen, daß die Dicke des Strahlungsschildes einer 15-cm-Schicht Wasser entspricht_β Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Büchsen 4l und 40 aus 25 mm dickem rostfreiem Stahlblech hergestellt. Die Kombination der jeweils 25 mm dicken Büchsen und der, einer 15-cm-Wasserschicht entsprechenden Abschirmschicht verringert den Strahlungspegel von etwa 400 mR/h innerhalb der Strahlungs-

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hülse 35 auf einen Pegel von etwa 2,5 raR/h an der Außenseite, der Hülse 35a Der genannte höhere Strahlungspegel stellt den maximalen Strahlungspegel von rezirkuliertem Plutonium 239 dar, aus welchem die Plutoniumbrennelemente hergestellt sind_o Der Reststrahlungspegel von 2,5 mR/h stellt eine annehmbare Strahlengrenze dar, die einen direkten Zugang des Reaktorpersonals ohne Strahlenschäden ermöglicht.

Ebenso wie die Länge der Abschirmhülse 35 entspricht auch die lichte Weite der Innenbüchse der entsprechenden maximalen Abmessung eines zu untersuchenden Brennelements. Beispielsweise sollte die Länge der Abschirmhülse 35 bei einer möglichen Brennelernentlange von etwa 4 m ungefähr 4,50 m betragenj und bei einer Dicke eines Brennelements von etwa 21 cm sollte die lichte Weite der Innenbüchse 40 etwa 30 cm betragen.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die drehbare Manschette 36 mit drei, öffnungen versehen ist, nämlich einer Besxchtxgungsöffnung -38, einer Zugangsöffnung 39 und einer Instrumentenöffnung 45» Die Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf diese drei öffnungen, sondern es kann jede beliebige Anzahl von öffnungen vorgesehen sein,

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sofern die notwendigen Strahlenschutzmaßnahmen berücksichtigt werden. Außerdem brauchen nicht alle öffnungen der drehbaren Manschette 36 auf der gleichen Höhe zu liegen«

Die Manschette 36 weist eine Innenbüchse 46, eine Außenbüchse 47 und einen dazwischen befindlichen Ringraum 48 auf„ Die Innenbüchse 46 und die Außenbüchse 48 können wiederum aus jeweils 25 mm dickem rostfreiem Stahlblech hergestellt sein und der Ringraum 48 kann mit einem geeigneten Strahlenabschirmenden Werkstoff ausgefüllt sein, der einer 15-cm-Wasserschicht äquivalent ist 0

Die Zugangsöffnung 39 ermöglicht es dem Reaktorpersonal, durch die drehbare Manschette 36 hindurchzufassen und das darin befindliche Brennelement zum Zwecke kleinerer Reparaturen zu berühren«, Um dies zu erleichtern, ist die öffnung 50 in der Außenbüchse größer als die öffnung 49 in der Innenbüchse 46, wobei diese beiden öffnungen so groß wie praktisch möglich gewählt sind«, Wird die Zugangsöffnung 39 nicht benützt, so wird sie von einem Stopfen 51 verschlossen, der einen Durchtritt der radioaktiven Strahlung durch diese

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öffnung verhindert. Der Stopfen 51 besteht aus einem rostfreien Stahlgehäuse, welches mit strahlenabschirmendem Material ausgefüllt ist.

Die BesichtigungsQffnung 48 ermöglicht das unmittelbare Betrachten des zu untersuchenden Brennelements„ Diese öffnung ist mit einem Fenster verschlossen, welches der Strahlenabschirmung dient, jedoch verhältnismäßig durchsichtig ist. Das Fenster 51 kann ebenso wie übliche, in heißen Zellen verwendete Fenster ausgebildet sein und eine innere und eine äußere Bleiglasscheibe aufweisen, deren Zwischenraum mit Mineralöl ausgefüllt ist. Eine größere Vielseitigkeit wird erreicht, wenn das Fenster 51 aus der drehbaren Manschette 36 herausnehmbar ausgebildet ist. Normalerweise sollte jedoch ein Brennelement durch das in die Besichtigungsöffnung 38 eingesetzte Fenster 51 hindurch untersucht werden. Auf diese Weise empfängt das Reaktorpersonal nur eine minimale- Strahlendosis im Vergleich zu einer unmittelbaren Betrachtung des Brennelements, welche nur dann vorgenommen werden sollte, wenn es unbedingt notwendig ist» Die Größe der Besichtigungsöffnung.38 wird ebenfalls so groß wie unter Berücksichtigung der Abmessungen der Manschette praktisch möglich gewählt,

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Die Instrumentenöffnung 45 ergänzt die Besichtigungsöffnung 38, In diese Instrumentenöffnung 45 kann in der in Pigt 4 dargestellten V/eise beispielsweise ein optisches Instrument 52 eingesetzt sein. Da solche optische Instrumente im allgemeinen über eine 'eigene Lichtquelle verfügen, ist eine Betrachtung des beleuchteten Brennelements möglich. Die Instrumentenöffnung 45 ermöglicht auch in Verbindung mit der Besichtigungsöffnung 38 das gleichzeitige Betrachten der Vorderseite und der Rückseite eines Brennelements. Mittels eines geeigneten, in die Instrumentenöffnung 45 eingesetzten Instruments ist eine vergrößerte Betrachtung einer bestimmten Stelle eines Brennelements möglich. Die tangentiale oder umgelenkte Betrachtung eines Brennelements durch die Instrumentenöffnung 45 hindurch beseitigt die Gefahr der Aufnahme radioaktiver Strahlung durch das Prüfpersonal. Die Größe und Form der Instrumentenöffnung 45 ist entsprechend den damit zusammen zu verwendenden Instrumenten gewählt. Solange kein Instrument verwendet wird, kann die Instrumentenöffnung 45 mit einem nicht dargestellten Stopfen verschlossen sein.

Wird die Brennstoffprüf- und Reparatureinrichtung in Verbindung mit einer Brennstoffhandhabungsvorrichtung (Pig. 3) verwendet, so ist die Anwendung eines Führungskörpers 55 vorteilhaft. Der Führungskörper 55 ist fest

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auf dem Oberteil der drehbaren Manschette 36 befestigt. Die durch den Führungskörper 55 führende öffnung ist über einen Teil ihrer axialen Länge konisch ausgebildet, um das Einführen der Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 beim Zusammensetzen mit der Prüf- und Reparaturvorrichtung 25 zu erleichtern.

Kurz zusammengefaßt beinhaltet die Erfindung eine Prüf- und Reparatureinrichtung, welche eine unmittelbare Betrachtung und kleinere Reparaturen eines radioaktiven Brennelements, beispielsweise eines rezirkuliertes Plutonium enthaltenden Brennelements, Ohne Gefahr der Aufnahme übermäßig großer Dosen der sehr gefährlichen radioaktiven Strahlung durch das Betriebspersonal,

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Claims

Patentansprüche

©Einrichtung zum Prüfen und Reparieren von radioaktiven Kernbrennelementen, mit einem rohrförmigen Abschirmbehälter zur Aufnahme und Abscninaung des Brennelements während der Prüf- und Reparaturarbeiten, einer Besichtigungsvorrichtung zur Untersuchung des Brennelements und einer Zugangsvorrichtung zur Zugänglichmachung des Brennelements, dadurch gekennzeichnet, daß die Besichtigungsvorrichtung (38) und die Zugangsvorrichtung (39) um die Längsachse des Abschirmbehälters (35) drehbar auf dem Abschirmbehälter angeordnet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Besichtigungsvorrichtung (38) und die Zugangs vorrichtung (39) im wesentlichen in der Längenmitte des Abschirmbehälters (35) und im wesentlichen in Schulterhöhe einer Person über dem Fußboden (37) angeordnet sind_e
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß der Abschirmbehälter (35) eine im

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wesentlichen zylindrische Innenbüchse (40), eine ebenfalls im wesentliehen zylindrische Außenbüchse (4l) und in dem dazwischen gebildeten Ringraum (42) strahlenabschirmendes Material enthält, daß weiter die Länge des Abschirmbehälters etwa zweimal so groß wie die Länge der zu benandelnden Brennelemente (20) ist und daß die Besichtigungsvorrichtung (38) und die Zugangsvorrichtung (39) in einer drehbar im Abschirmbehälter gelagerten zylindrischen Manschette (36) angeordnet sind.
4„ Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer in der zylindrischen Manschette (36) vorgesehenen öffnung ein optisches Instrument (45) mit eingebauter Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist und daß diese öffnung tangential zur Wandung der Manschette verläuft .
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Zugangsvorrichtung (39) eine in der zylindrischen Manschette (36) gebildete öffnung (49, 50) ist, welche mittels eines strahlungsabschirmenden Stopfens (51) bei Nichtgebrauch verschließbar ist.

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