CH636722A5

CH636722A5 - METHOD AND DRY STORAGE SYSTEM FOR STORING IRRADIATED FUEL ELEMENTS.

Info

Publication number: CH636722A5
Application number: CH1092678A
Authority: CH
Inventors: Roland Kuehnel; Reinhard Stang
Original assignee: Kraftwerk Union Ag
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-10-23
Publication date: 1983-06-15
Also published as: IT7830050A0; JPS54116599A; DE2753034C2; CA1175163A; FR2410339B1; BR7807768A; ES475479A1; DE2753034A1; SE7811884L; AT365841B; ATA708478A; FR2410339A1; GB2009484B; SE433144B; IT1100293B; GB2009484A; AR218945A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Trockenlageranlage zur Aufbewahrung bestrahlter Brennelemente vor ihrer Wiederaufarbeitung. Es ist bekannt, abgebrannte Brennelemente solange in wassergefüllten Abklingbecken zu lagern, bis deren Wiederaufarbeitung nach ausreichender Abklingzeit der Nachzerfallsleistung in Angriff genommen werden kann. Mit zunehmender Anzahl von Kernkraftwerken und deren Laufzeit fallen in ständig steigendem Masse verbrauchte Brennelemente an, die in der beschriebenen Weise aufbewahrt werden müssen. Es ist ersichtlich, dass die dazu nötige Lagerkapazität ständig ausgeweitet werden muss, was nicht nur mit einem stets steigenden Raumbedarf verbunden ist, sondern vor allen Dingen auch" mit entsprechenden Reinigungsanlagen für das B^ckenwasser sowie Kühleinrichtungen zur Abführung der Nachzerfallsleistung der verbrauchten Brennelemente. Es versteht sich von selbst, dass auch hier, wie in der übrigen Reaktortechnik, redundante Betriebs-, Mess- und Überwachungssysteme eingebaut werden müssen, was im Laufe der Zeit mit einem ausserordentlich grossen und kostspieligen technischen Aufwand verbunden ist. Ausserdem wird für die Wärmeabfuhr und die Reinhaltung des Kühlmittels in nicht unerheblichem Masse elektrische Energie verbraucht und schwachradioaktiver Abfall produziert. The present invention relates to a method and a dry storage facility for storing spent fuel elements before their reprocessing. It is known to store spent fuel elements in water-filled decay tanks until their reprocessing can be started after the decay rate has decayed. With an increasing number of nuclear power plants and their running time, fuel elements are consumed to an ever increasing extent and must be stored in the manner described. It can be seen that the storage capacity required for this must be constantly expanded, which is not only associated with an ever increasing space requirement, but above all also "with appropriate cleaning systems for the backwater and cooling devices for removing the decay rate of the spent fuel elements It goes without saying that here too, as in the other reactor technology, redundant operating, measuring and monitoring systems have to be installed, which in the course of time is associated with an extraordinarily large and costly technical outlay Keeping the coolant clean consumes a not inconsiderable amount of electrical energy and produces low-level radioactive waste.

Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Lagerungsverfahren für abgebrannte Brennelemente zu finden, bei der der geschilderte Aufwand wesentlich geringer gehalten werden kann. It was therefore the task of finding a storage method for spent fuel elements in which the outlined outlay can be kept considerably lower.

Eine Lösung dieser Aufgabe wurde erfindungsgemäss in einem Aufbewahrungsverfahren für bestrahlte Brennelemente gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Brennelemente zunächst in einem wassergefüllten Abklingbecken gelagert werden, sodann nach weiterem Absinken der Nachzerfallsleistung auf einen durch Trockenkühlung abführbaren Wert in eine Trocknungseinrichtung überführt und schliesslich in einem abgeschirmten Trockenlager abgestellt werden. Dies bedeutet, dass die abgebrannten Brennelemente nicht ihre ganze Abklingzeit in einem wassergefüllten Lagerbecken verbringen müssen, sondern nur eine wesentlich kürzere Zeit -etwa 1/10 der bisherigen - und dass sie anschliessend in einem Trockenlager einer Trockenlageranlage aufbewahrt werden können, da die restliche Nachzerfallswärme so gering geworden ist, dass sie durch Strahlung bzw. Konvektionsküh-lung mit Gasen abgeführt werden kann. Daraus ergibt sich, dass der Aufwand für die Lagerung abgebrannter Brennelemente wesentlich gesenkt werden kann, ohne dass dabei die Sicherheit der Lagerung der verbrauchten Brennelemente in Frage gestellt wird. A solution to this problem has been found according to the invention in a storage method for irradiated fuel elements, which is characterized in that the fuel elements are initially stored in a water-filled decay basin, then after a further drop in the decay power to a value which can be removed by dry cooling, transferred to a drying device and finally in one shielded dry storage. This means that the spent fuel does not have to spend its entire decay time in a water-filled storage pool, but only a much shorter time - about 1/10 of the previous one - and that it can then be stored in a dry storage facility in a dry storage facility, as the remaining decay heat is so has become low that it can be removed by radiation or convection cooling with gases. The result of this is that the expenditure for the storage of spent fuel elements can be significantly reduced without the safety of the storage of the spent fuel elements being called into question.

Anhand der beigefügten Figur, die die zur Durchführung des Verfahrens benötigten Einrichtungen in schematischer Darstellung zeigt, sei nun der Ablauf des Verfahrens beispielhaft erläutert. The sequence of the method will now be explained by way of example with the aid of the attached figure, which shows the devices required for carrying out the method in a schematic representation.

Die Brennelemente 2 werden zunächst in einem wassergefüllten Abklingbecken 4 gelagert, das zu diesem Zweck mit einer nicht dargestellten inneren Tragstruktur versehen ist, die durch ihre geometrische Form und/oder durch eingelagerte Absorbermaterialien ein Kritischwerden der eingelagerten Brennelemente mit Sicherheit verhindert. Das Beckenwasser ist in nicht dargestellter Weise mit Reinigungseinrichtungen sowie Kühleinrichtungen versehen. Auf diese Weise wird die am Anfang vorhandene noch sehr grosse Nachzerfallswärme abgeführt und kann unter Umständen auch für andere technische Zwecke weiterverwendet werden. Diese freiwerdende Nachzerfallswärme der Brennelemente nimmt mit zunehmender Lagerzeit ab, so dass von einem bestimmten Zeitpunkt an eine Wasserkühlung durch das erfindungsgemässe Verfahren nicht mehr notwendig ist. The fuel assemblies 2 are initially stored in a water-filled decay basin 4, which for this purpose is provided with an internal support structure, not shown, which, due to its geometric shape and / or by incorporated absorber materials, reliably prevents the stored fuel assemblies from becoming critical. The pool water is provided with cleaning devices and cooling devices in a manner not shown. In this way, the very large post-decay heat that is present at the beginning is dissipated and can also be used under other circumstances for other technical purposes. This released decay heat of the fuel elements decreases with increasing storage time, so that from a certain point in time water cooling by the method according to the invention is no longer necessary.

An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die Brennelemente 2 auch mit sogenannten Lagerbüchsen bzw. -kapseln versehen, im Lagerbecken 4, abgesetzt werden können. Nach dem Abklingen der Nachzerfallswärme bis auf einen durch Trockenkühlung abführbaren Wert werden dann die Brennelemente fernbedient, z. B. mit Hilfe der Krananlage 8/81 oder mit einer nicht dargestellten Manipulieranlage einzeln dem Lagerbecken 4 entnommen und in die Trockeneinrichtung 5 eingesetzt. Durch die restliche Nachzerfalls wärme sowie durch über die Leitung 52 zu- und die Leitung 53 abgeführte Gase, wie z. B. Luft oder Stickstoff, werden die Brennelemente von anhaftendem Beckenwasser getrocknet. Alsdann werden sie nach Abnahme des Deckels 51 diesem Trockenraum 5 entnommen und ebenfalls wieder fernbedient zu einer nach aussen hin abgeschlossenen Verpackungsstation 6 gebracht. Dort werden sie in Büchsen 3 eingesetzt, die mit einem Deckel 31 gasdicht verschlossen sind. Der Innenraum wird zweckmässigerweise mit einem inerten Gas gefüllt. Alsdann werden die so verpackten Brennelemente 2 wiederum fernbedient in das Trockenlager 7 der Trockenlageranlage gebracht. Dort werden die Büchsen 3 mit den eingesetzten Brennelementen 2 in eine Tragstruktur 35 eingesetzt, die ähnlich wie jene im nassen Brennelementlagerbecken 4 aufgebaut sein kann. Sie dient also damit der mechanischen Halterung der eingesetzten Brennelementbüchsen 3 sowie der Verhinderung einer kritischen Anordnung. Wann auch die Nachzerfallswärme dieser eingesetzten Brennelemente so gering geworden ist, dass keine Wasserkühlung mehr notwendig ist, so ist deren radioaktive Strahlung doch noch erheblich, so dass der Trockenlagerraum mit einer Strahlungsabschirmung 71 umgeben werden muss. In diese sind Kühlrohre 72 eingebettet, durch die über die Anschlussstutzen 78 und 79 ein Kühlmittel strömt. Die im Inneren des Trockenlagers 7 entste5 At this point it should also be pointed out that the fuel elements 2 can also be provided with so-called bearing bushes or capsules in the storage pool 4. After the decay heat has decayed to a value that can be removed by dry cooling, the fuel elements are then operated remotely, for. B. with the help of the crane system 8/81 or with a manipulation system, not shown, individually removed from the storage pool 4 and inserted into the drying device 5. By the rest of the decay heat and through the line 52 and line 53 discharged gases such. B. air or nitrogen, the fuel elements are dried from adhering pool water. Then, after the cover 51 has been removed, they are removed from this drying chamber 5 and likewise brought to a packaging station 6 which is closed off from the outside by remote control. There they are used in cans 3, which are sealed gas-tight with a cover 31. The interior is expediently filled with an inert gas. Then the fuel elements 2 packaged in this way are again brought into the dry storage facility 7 of the dry storage facility by remote control. There, the liners 3 with the inserted fuel elements 2 are inserted into a support structure 35, which can be constructed similarly to that in the wet fuel element storage pool 4. It thus serves to mechanically mount the fuel assembly liners 3 and to prevent a critical arrangement. When the post-decay heat of these fuel elements has become so low that water cooling is no longer necessary, their radioactive radiation is still considerable, so that the dry storage room must be surrounded by radiation shielding 71. Cooling tubes 72 are embedded in these, through which a coolant flows via the connecting pieces 78 and 79. The inside of the dry storage 7 arises5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

636 722 636 722

hende Naturumwälzströmung nimmt die Wärme aus den Brennelementen auf und gibt sie an die Abschirmung 71 ab. Die Innenwandung dieser Abschirmung 71 kann dabei mit die Oberfläche vergrössernden Elementen, wie z. B. Rippen und dergleichen, versehen sein, so dass damit der Wärmeübergang verbessert wird. The natural circulation flow absorbs the heat from the fuel assemblies and transfers it to the shield 71. The inner wall of this shield 71 can with the surface-enlarging elements such. B. ribs and the like, provided so that the heat transfer is improved.

Zusätzlich kann über die Leitung 76 ein Kühlgas in den Lagerraum eingeführt, über die Leitung 77 wieder entnommen werden. Diese Wärmeträger, also entweder das durch die Kühlschlangen 72 strömende Kühlmittel oder dieses Kühlgas, können wiederum zur Aufheizung der Trockeneinrichtung 5 Verwendung finden, so dass nur ein Teil derselben nach aussen abgeführt werden muss und dort evtl. auch als Prozesswärme weiter verwendet werden kann. In addition, a cooling gas can be introduced into the storage space via line 76 and removed again via line 77. These heat carriers, that is to say either the coolant flowing through the cooling coils 72 or this cooling gas, can in turn be used to heat the drying device 5, so that only a part of it has to be discharged to the outside and can possibly also be used there as process heat.

Für die Einbringung der Brennelemente in das Trockenlager 7 können beispielsweise Schleusen vorgesehen werden oder auch, wie in der Figur dargestellt, ein Doppeldrehdeckel 74/73, wie er aus der Kernkraftwerkstechnik her bekannt ist. An diesen Deckel 73 kann auch zusätzlich ein Ventilator 75 für die verbesserte Umwälzung des Gasvolumens und damit der Kühlung der Brennelementbüchsen 3 vorgesehen sein. For example, locks can be provided for the introduction of the fuel elements into the dry store 7 or, as shown in the figure, a double rotating cover 74/73, as is known from nuclear power plant technology. A fan 75 can also be provided on this cover 73 for the improved circulation of the gas volume and thus the cooling of the fuel element liners 3.

Der Verschluss dieses Trockenlagers 7 muss selbstverständlich gasdicht ausgeführt sein, wie auch die Strahlungsab-5 schirmung 71 wenigstens mit einer äusseren Dichthaut versehen ist, um eine äussere Kontamination durch evtl. schadhafte Büchsen 3 zu verhindern. The closure of this dry storage 7 must of course be gas-tight, just as the radiation shield 71 is at least provided with an outer sealing skin, in order to prevent external contamination by possibly damaged bushings 3.

Selbstverständlich ist auch diese Trockenlageranlage und selbstverständlich auch die Zwischenstation zur Durchführung 10 dieses Verfahrens mit Überwachungsgeräten an sich bekannter Bauart versehen, damit evtl. vorkommende Störungen rechtzeitig erkannt und abgestellt werden können. Of course, this dry storage facility and, of course, the intermediate station for carrying out this method are also provided with monitoring devices of a type known per se, so that any faults that occur can be identified and remedied in good time.

Selbstverständlich sind auch andere konstruktive Ausführungsmöglichkeiten denkbar, z. B. kann die äussere Dichthaut 15 und die Abschirmung so angeordnet werden, dass die von dem Brennelement mit Naturkonvektion an die Aussenstruktur herangetragene Wärme mit Hilfe von Wärmeleitung durch diese hindurchgeht und aussen durch Naturkonvektion abgeführt wird. Of course, other design options are also conceivable, e.g. For example, the outer sealing skin 15 and the shield can be arranged such that the heat carried by the fuel element with natural convection to the outer structure passes through it with the aid of heat conduction and is dissipated outside by natural convection.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

636 722

1. A method for storing irradiated fuel elements prior to their processing, characterized in that the fuel elements (2) are initially stored in a water-filled decay basin (4), then transferred to a drying device (5) after the decay power has further decreased to a value that can be removed by dry cooling and finally in a shielded dry storage (7)

• be turned off.

2. The method according to claim 1, characterized in that the fuel elements (2) are inserted into a gas-tight capsule (3) before they are used in the dry store (7).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Dry storage facility for carrying out the method according to claims 1 and 2, characterized in that it has a dry storage facility (7) made up of the following parts: an inner supporting structure (35) for the fuel elements (2) to be accommodated, a radiation shield (71) enclosing them with a cooling device connected to it and with an outer gas-tight enclosure, and a radiation and gas-tight closable fuel element

loading and unloading opening (73/74).

4. Dry storage facility according to claim 3, characterized in that the cooling device from active parts, such as cooling tubes (72), and / or passive parts, such as. B. surface-enlarging elements.

5. Dry storage facility according to claim 3, characterized in that the fuel assembly loading and unloading opening (73/74) is completed with a double rotating lid.

6. Dry storage facility according to claim 3, characterized in that for the transport of the fuel elements from the wet storage facility via the drying and packaging device to their place in the dry storage facility

(7) Locking and manipulating devices are provided.