CH628176A5

CH628176A5 - Method and device for storing irradiated or spent fuel elements from pressurised water and boiling water nuclear reactors

Info

Publication number: CH628176A5
Application number: CH282078A
Authority: CH
Inventors: Hans Pirk; Dienter Klein
Original assignee: Nukem Gmbh
Priority date: 1977-03-16
Filing date: 1978-03-15
Publication date: 1982-02-15
Also published as: ATA184378A; GB1583303A; SE7803015L; JPS53134196A; ES467874A1; BR7801532A; FR2384325A1; DE2711405A1; ES470682A1; FR2384325B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Lagern bestrahlter Brennelemente unterschiedlichen Abbrandes aus Druck-und Siedewasser-Kernreaktoren, insbesondere zum Lagern hochabgebrannter Brennelemente. The present invention relates to a method and a device for storing irradiated fuel assemblies of different burns from pressurized and boiling water nuclear reactors, in particular for storing spent fuel assemblies.

Abgebrannte Brennelemente von Leistungsreaktoren werden bis zur Wiederaufarbeitung des bestrahlten Brennstoffes bisher ausschliesslich in Wasserbecken zwischengelagert. Während dieser Lagerzeit klingt die Radioaktivität der Spalt-und Aktivierungsprodukte ab. Das Wasser erfüllt dabei gleichzeitig die Funktionen der Kühlung der heissen Brennelemente und der Abschirmung der radioaktiven Strahlung. Until now, spent fuel elements from power reactors have only been temporarily stored in water tanks until the irradiated fuel is reprocessed. The radioactivity of the cleavage and activation products decays during this storage period. The water simultaneously fulfills the functions of cooling the hot fuel elements and shielding the radioactive radiation.

Die Kühlung der Brennelemente ist notwendig, um die freigesetzte Nachwärme abzuführen, deren Grösse vom Abbrand im Reaktor und von der bereits vergangenen Kühlzeit abhängt. The cooling of the fuel assemblies is necessary in order to dissipate the residual heat released, the size of which depends on the combustion in the reactor and on the cooling time that has already passed.

Aus dem Kühlwasser wird die Wärme in aussenliegenden Kühlern durch einen sekundären Kühlwasserkreislauf und einen Nasskühlturm an die Umgebung abgeführt. Aus den zur Verfügung stehenden geringen Aufwärmspannen resultieren relativ grosse Kühlwasserdurchsätze und grosse Kühlflächen. Die Zwischenlagerung abgebrannter Brennelemente aus Leistungsreaktoren in Wasserbecken hat daher die Nachteile, dass ein hoher Kühlwasserverbrauch auftritt, durch die Kühltürme eine Umweltbelästigung erfolgt und die Reinigung des Wassers sowie die Zwischen- und Endbehandlung der abgetrennten radioaktiven Abfälle kostspielig ist. The heat in external coolers is dissipated from the cooling water to the surroundings through a secondary cooling water circuit and a wet cooling tower. The small warm-up margins available result in relatively large cooling water throughputs and large cooling surfaces. The intermediate storage of spent fuel elements from power reactors in water basins therefore has the disadvantages that high cooling water consumption occurs, the cooling towers cause environmental pollution, and the cleaning of the water and the intermediate and final treatment of the separated radioactive waste are expensive.

Ausserdem ist ein hoher Abdichtungsaufwand und somit Sicherheitsaufwand für die Wasserbecken erforderlich, da das Wasser durch nicht ganz vermeidbare Undichtigkeiten in den Brennelementumhüllungen radioaktiv kontaminiert wird und ferner auch die unvermeidliche Radiolyse des Beckenwassers beherrscht werden muss. Insgesamt ergeben sich für Wasserbecken sehr hohe Investitions- und Betriebskosten. In addition, a high level of sealing and thus safety is required for the water basin, since the water is radioactively contaminated by unavoidable leaks in the fuel element cladding and the inevitable radiolysis of the pool water must also be mastered. Overall, there are very high investment and operating costs for water basins.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung züm Lagern bestrahlter Brennelemente aus Druckwasser- und Siedewasserkernreaktoren bis zu ihrer Wiederaufarbeitung zu finden, bei denen die Nachteile der Zwischenlagerung in Wasserbecken nicht auftreten, insbesondere in bezug auf die Umweltprobleme, It was therefore an object of the present invention to find a method and a device for storing irradiated fuel elements from pressurized water and boiling water nuclear reactors until their reprocessing, in which the disadvantages of intermediate storage in water basins do not occur, in particular with regard to the environmental problems,

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die in einer Betonkammer senkrecht angeordneten, in entsprechend geformten Büchsen sich befindenden Brennelemente mit Luft gekühlt werden. This object was achieved according to the invention in that the fuel elements, which are arranged vertically in a concrete chamber and are located in correspondingly shaped liners, are cooled with air.

Entgegen den bisherigen Vorstellungen, dass aus Sicher-heits- und Abschirmungsgründen eine Wasserlagerung der abgebrannten Brennelemente unbedingt notwendig sei, wurde überraschenderweise gefunden, dass die bestrahlten und abgebrannten Brennelemente aus Kernreaktoren bereits nach relativ kurzer Abklingdauer, von z. B. einem Jahr, gefahrlos in Betonkammern trocken gelagert werden können, wenn sie erfindungsgemäss mit Luft gekühlt werden. Die Brennelemente werden dazu in entsprechend geformte Büchsen gestellt und senkrecht in der Betonkammer angeordnet. Mit dieser Anordnung und der erhöhten Temperatur der Brennelemente kann bewirkt werden, dass die durch Schächte zuströmende Aussen-luft selbsttätig angesaugt wird, an den Büchsen entlangstreicht und über separate Luftschächte die Betonkammer wieder ver-lässt. Die Luftzu- und -abfuhr und damit die Kühlung kann daher selbsttätig im Natürzug erfolgen. Contrary to the previous ideas that, for safety and shielding reasons, water storage of the spent fuel elements is absolutely necessary, it was surprisingly found that the irradiated and spent fuel elements from nuclear reactors already after a relatively short decay time, e.g. B. a year, can be safely stored dry in concrete chambers if they are cooled according to the invention with air. For this purpose, the fuel elements are placed in appropriately shaped tins and arranged vertically in the concrete chamber. With this arrangement and the increased temperature of the fuel elements, the outside air flowing in through shafts can be sucked in automatically, swept along the bushes and left the concrete chamber via separate air shafts. The air supply and removal and thus the cooling can therefore take place automatically in a natural draft.

Die Aussenluft tritt z. B. mit max. 40 °C (Sommerbedingungen) in die Lagerzelle ein und verlässt die Zelle mit einer Temperatur zwischen 150 bis 250 °C. Die Temperatur im Inneren des Brennelementes liegt bei ca. 400 °C. The outside air occurs z. B. with max. 40 ° C (summer conditions) in the storage cell and leaves the cell at a temperature between 150 to 250 ° C. The temperature inside the fuel assembly is around 400 ° C.

Anhand der Fig. 1 und 2 wird in schematischer Darstellungsweise eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform einer Vorrichtung zur erfindungsgemässen Lagerung bestrahlter Brennelemente dargestellt. 1 and 2, a particularly advantageous embodiment of a device for the storage of irradiated fuel elements according to the invention is shown in a schematic representation.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht und Fig. 2 einen Querschnitt eines Brennelementlagers. Fig. 1 shows schematically a side view and Fig. 2 shows a cross section of a fuel assembly.

Der Lagerraum besteht aus einer Betonkammer (1), die einen oder mehrere Gitterroste (2,3) zur senkrechten Aufnahme der bestrahlten Brennelemente enthält, die in entsprechend geformten Büchsen (4) eingeschlossen sind. Die Betonkammer (1 ) ist ausserdem mit Zuluft- (5) und Abluftschächten (6) versehen, die in einen Kamin (7) münden, in dem die Zu- und Abluft getrennt geführt wird. Die Zuluftschächte (5) befinden sich vorzugsweise in einer seitlichen Kammerwand (8) und enden unterhalb oder seitlich der Büchsen (4) in der Betonkammer (1). Die Abluftschächte (6) befinden sich ebenfalls in einer seitlichen Kammerwand, normalerweise in der gleichen, und münden unterhalb des obersten Gitterrostes (3) in die Betonkammer (1). Die Gitterroste sind dabei so ausgebildet, dass der kritische Abstand bei der Lagerung der Brennelemente stets gewahrt bleibt. The storage room consists of a concrete chamber (1) which contains one or more gratings (2, 3) for the vertical reception of the irradiated fuel elements, which are enclosed in correspondingly shaped bushes (4). The concrete chamber (1) is also provided with supply air (5) and exhaust air shafts (6) which open into a chimney (7), in which the supply and exhaust air are routed separately. The supply air shafts (5) are preferably located in a side chamber wall (8) and end below or to the side of the sleeves (4) in the concrete chamber (1). The exhaust ducts (6) are also located in a side chamber wall, usually in the same, and open into the concrete chamber (1) below the top grating (3). The gratings are designed so that the critical distance when storing the fuel elements is always maintained.

Durch den obersten Gitterrost (3), dessen nichtbenutzte Öffnungen zur Aufnahme der Brennelementbüchsen (4) mit Deckeln verschlossen werden, wird in der Betonkammer (1) ein unterer Raumteil (9), in dem der Kühlungsluftumlauf stattfindet, und ein oberer Raumteil (10) gebildet, die im gewissen Umfang The uppermost grating (3), the unused openings for receiving the fuel assemblies (4) are closed with lids, in the concrete chamber (1) a lower part of the room (9), in which the cooling air circulation takes place, and an upper part of the room (10) formed that to some extent

2 2nd

5 5

10 10th

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20 20th

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30 30th

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3 3rd

gegeneinander abgedichtet sind. Der obere Raumteil (10) wird daher nicht von der Kühlungsluft durchströmt, sondern man erzeugt in diesem Raumteil im Gegenteil einen geringen Unterdruck, damit radioaktive Gase aus schadhaften Brennelementen die nicht hermetisch verschlossenen Büchsen (4) nach oben 5 verlassen können und nicht mit den grossen Volumen an Kühlungsluft vermischt werden. are sealed against each other. The upper part of the room (10) is therefore not flowed through by the cooling air, on the contrary, a slight negative pressure is created in this part of the room, so that radioactive gases from defective fuel elements can leave the non-hermetically sealed cans (4) upwards 5 and not with the large ones Volume of cooling air can be mixed.

An den Lagerraum sind noch eine Übernahmestation mit den entsprechenden Schleusen und Bedienungsräume angebaut, aus denen die Übernahme und Lagervorgänge, die aus- ]0 schliesslich in Luft erfolgen, gesteuert und durch Strahlen-schutzfenster beobachtet werden können. Die gesamte Anlage wird zum Schutz gegen Strahlungen und extreme natur- und zivilisatorisch bedingte Ereignisse durch Betonwände zur Aus-senwelt abgeschirmt. 15 A takeover station with the corresponding locks and service rooms are attached to the storage room, from which the takeover and storage processes, which are only carried out in air, can be controlled and monitored through radiation protection windows. The entire facility is shielded from the outside world by concrete walls to protect it against radiation and extreme natural and civilization-related events. 15

Der obere Teil (10) des Lagerraumes mitsamt Übernahmestation und Bedienungsräume sind mit einer Lüftungsanlage ausgestattet, die eine unkontrollierte Abgabe von Aktivität an The upper part (10) of the storage room together with the transfer station and service rooms are equipped with a ventilation system that indicates an uncontrolled release of activity

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die Aussenatmosphäre verhindert. Dazu werden diese Räume im Unterdruck gehalten, und durch Staffelung des Unterdruk-kes wird eine gerichtete Strömung zu Räumen erhöhter Kontaminationsgefahr erzeugt. Diese Raumabluft wird dann gefiltert und entsprechend den gesetzlichen und behördlichen Auflagen an die Aussenatmosphäre abgegeben. prevents the outside atmosphere. For this purpose, these rooms are kept in negative pressure, and by staggering the negative pressure, a directed flow to rooms with increased risk of contamination is generated. This room exhaust air is then filtered and released to the outside atmosphere in accordance with the legal and official requirements.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Luftzu-führungs- (5) und -Abführungsschächte (6) so anzuordnen und auszubilden, dass die Brennelementbüchsen (4) auch quer zu ihrer senkrechten Anordnung angeströmt werden. Ebenfalls vorteilhaft ist es, die Gitterroste so mit Öffnungen zu versehen, dass die Büchsen (4) zur Lagerung der Brennelemente versetzt angeordnet sind. It has proven to be particularly advantageous to arrange and design the air supply (5) and exhaust shafts (6) in such a way that the fuel element liners (4) are also flowed through transversely to their vertical arrangement. It is also advantageous to provide the gratings with openings so that the bushings (4) for storing the fuel elements are arranged offset.

Die Büchsen (4) für die Brennelemente müssen zweckmässig aus temperatur- und korrosionsbeständigen Materialien bestehen. Vorteilhaft sind Werkstoffe, die auch neutronenabsorbierend wirken. Vorzugsweise verwendet man daher für die Brennelementbüchsen Borstahl. The liners (4) for the fuel assemblies must suitably consist of temperature and corrosion resistant materials. Materials that also have a neutron-absorbing effect are advantageous. Boron steel is therefore preferably used for the fuel assembly liners.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

628176 PATENT CLAIMS

1. A method for storing irradiated fuel assemblies of different burns from pressurized water and boiling water reactors, characterized in that the fuel assemblies located in appropriately shaped bushings are arranged vertically in a concrete chamber and cooled with air.

2. The method according to claim 1, characterized in that the air supply and removal takes place automatically.

3. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that in a concrete chamber (1) one or more horizontal gratings (2, 3) for the vertical reception of the fuel elements located in appropriately shaped liners (4) are attached, and the concrete chamber (1) with supply air (5) and exhaust air shafts (6) for the forced cooling of the fuel elements with air.

4. The device according to claim 3, characterized in that the supply air shafts (5) in a side chamber wall (8) below or to the side of the sleeves (4) and the exhaust air shafts (6) also in a side chamber wall below the top grate (3) in the concrete chamber (1) open.

5. Device according to claims 3 and 4, characterized in that the supply air (5) and exhaust air shafts (6) are arranged and designed such that the bushes (4) are flowed with air transversely to their vertical arrangement.

6. Device according to claims 3 to 5, characterized in that the supply air (5) and exhaust ducts (6) open into a common chimney (7) with separate supply and exhaust air routing.

7. Device according to claims 3 to 6, characterized in that the uppermost grating (3) separates the concrete chamber (1) into an upper room part (10) and a lower room part (9), only the lower room part (9 ) is included in the cooling air circuit and a negative pressure is maintained in the upper part of the room (10).

8. Device according to claims 3 to 7, characterized in that the gratings (2,3) are provided with openings for the bushes (4) that the fuel elements are staggered.

9. Device according to claims 3 to 8, characterized in that the sleeves (4) consist of a neutron-absorbing material.