CH649167A5 - Verfahren zum behandeln abgebrannter kernreaktor-brennelemente sowie inspektionsbehaelter zu dessen ausfuehrung. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Behandeln abgebrannter Kernreaktor-Brennelemente, wobei die Brennelemente aus dem Kernreaktor in einen in einer Flüssigkeit untergetauchten Inspektionsbehälter eingeführt werden, danach aus dem Inspektionsbehälter eine Flüssigkeitsprobe entnommen sowie an dieser die Aktivität wenigstens eines Spaltnuklids gemessen wird und abschliessend die intakten

Brennelemente in Transportbehälter umgesetzt sowie in diesen einer Zwischenlagerung oder Wiederaufbereitung zugeführt werden, und einen Inspektionsbehälter für dieses Verfahren.

Der erste, der Erkennung von Brennelementdefekten dienende Teil dieses Verfahrens ist als «Wet-Sipping-Verfahren» bekannt. Hierbei wird in den in einem Brennelementlagerbecken etwa 10 m unter Wasser bzw. Borsäure befindlichen, oben und unten offenen Inspektionsbehälter jeweils ein einziges Brennelement eingesetzt und danach der Inspektionsbehälter oben verschlossen sowie durch ein eingebrachtes Luftpolster von einer Naturumlaufkühlung getrennt. Durch die Nachzerfallwärme heizt sich das Brennelement auf, so dass durch evtl. vorhandene Undichtigkeiten im Brennelement-Hüllrohr Spaltprodukte in die Wasserphase freigesetzt werden. Der Nachweis bestimmter Spaltprodukte durch die Probennahme aus dem Wasserinhalt des Behälters gibt dann Aufschluss über Brennelementdefekte. Da einerseits vor Probennahme eine Mindestaufheizspanne einzuhalten ist, andererseits der Spaltproduktnachweis in der nach Aufheizung genommenen Probe wegen der vorhandenen Kontamination des Beckenwassers mit Spaltproduktion verhältnismässig schwierig und ungenau ist - so dass ggf. mehrere Probennahmen und -messungen erforderlich sind - und darüber hinaus jedes Brennelement einzeln untersucht wird, ist dieses Verfahren extrem zeitaufwendig. Die intakten abgebrannten Brennelemente werden dann in der Praxis nach einer gewissen Standzeit im Lagerbecken in Transportbehälter eingesetzt und zur Zwischenlagerung bzw. Wiederaufbereitung abtransportiert. Während des Transportes der Transportbehälter lösen sich die auf den Brennelementen haftende Oberflächenverunreinigungen. Aufgrund einer Kumulation von Aktivitäten solcher radioaktiver Oberflächenverunreinigungen und der damit verbundenen Dosisleistung muss schon nach wenigen Benutzungen eine Innendekontamination der Transportbehälter durchgeführt werden, die im Kernkraftwerk und/ oder in der Wiederaufbereitungsanlage erhebliche maschinelle und personelle Aufwendungen erforderlich macht sowie eine erhebliche Dosisbelastung des Personals mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bestimmung von Brennelementdefekten zu beschleunigen und im Zuge der damit verbundenen Brennelementmanipulationen eine Entfernung der Oberflächenverunreinigungen durchzuführen.

Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.

Deionisiertes Wasser bezeichnet man in der Kraftwerktechnik auch kurz als «Deionat». Im folgenden wird deshalb diese Kurzbezeichnung für deionisiertes Wasser, also für mittels Ionenaustauscher vollständig entsaltes bzw. spalt- sowie aktivierungsproduktfreies Wasser verwendet.

Die Erfindung nutzt zunächst die Erkenntnis, dass es bei einer Mehrzahl von abgebrannten Brennelementen für die Erkennung von Brennelementdefekten vollkommen ausreicht, wenn man zunächst die mehreren Brennelemente gleichsam integral untersucht und nur bei Nachweis eines Brennelementdefektes ein Einzelsipping nachfolgen lässt. Hierdurch erreicht man bereits eine deutliche Zeiteinsparung. Die Erfindung nutzt weiterhin die Erkenntnis, dass eine fehlerfreie Entscheidung über Brennelementdefekte wesentlich schneller als bisher getroffen werden kann, wenn man den Spaltproduktnachweis nicht an einer Probe aus Lagerbeckenwasser, sondern Deionat und nicht anhand von Einzelmessungen sondern einer kontinuierlichen bzw. quasikontinuierlichen Aufnahme der Aktivität wenigstens eines Radionuklids (z.B. Cs 137) in Abhängigkeit von der Temperatur durchführt, weil die Steigung der entsprechenden Aktivitätsprofile intakter Brennelemente von denen defekter Brennelemente extrem

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stark abweicht. Schliesslich und endlich stützt sich die Erfindung auf die Erkenntnis, dass die für die erfindungsgemässe Erkennung von Brennelementdefekten erforderliche geschlossene Ausführung des Inspektionsbehälters ohne weiteres eine nachfolgende Entfernung der Oberflächenverunreinigungen zulässt, wenn die Brennelemente in letzterem mit Ultraschall behandelt werden und die Oberflächenverunrein-gungen über eine getrennte Reinigungsstrecke entfernt wird, so dass das Lagerbecken nicht zusätzlich belastet wird und ausserdem eine spätere aufwendige Dekontamination der Transportbehälter entfällt.

Um eine störende Zumischung von Lagerbeckenwasser zum Deionat zu verhindern, empfiehlt es sich, die im Inspektionsbehälter befindliche Flüssigkeitsmenge zunächst mit Pressluft und danach die Pressluft mit Deionat aus dem verschlossenen Inspektionsbehälter zu verdrängen. Für die anschliessende Radionuklidaktivitätsmessung genügt es vollkommen, wenn die dem Inspektionsbehälter als Flüssigkeitsprobe insgesamt entzogene Deionatmenge im Verhältnis zur im Inspektionsbehälter befindlichen Deionatmenge vernachlässigbar klein gehalten wird.

Der erfindungsgemässe Inspektionsbehälter zur Ausführung des Verfahrens ist Gegenstand des Patentanspruchs 4.

Nach bevorzugter Ausführungsform ist die Abzugsleitung der Kreislaufleitung in Strömungsrichtung gesehen vor dem Separator für die Oberflächenverunreinigungen parallel-schaltbar; der Aktivitätsmesser kann dann nämlich zur Kontrolle des Reinigungsvorganges mit verwendet werden. Der Separator besteht vorzugsweise aus einem mechanischen Filter und einem Ionenaustauscher.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch einen Inspektionsbehälter und Fig. 2 ein Aktivität/Temperatur-Diagramm für ein intaktes Brennelement (I) und ein defektes Brennelement (II).

Der in Fig. 1 dargestellte Inspektionsbehälter 1 dient zum Behandeln abgebrannter Kernreaktor-Brennelemente. Er ist für die gleichzeitige Aufnahme einer Mehrzahl von Brennelementen eingerichtet sowie gegen ein Eindringen umgebender Flüssigkeit vollständig verschliessbar. Ausserdem weist er zwei Leitungsstutzen 2 für einen Flüssigkeit/Pressluft/Deio-nat-Austausch, eine mit einem Temperatur- und Aktivitätsmesser 3 sowie einer ersten Förderpumpe 4 ausgerüstete Deionatabzugsleitung 5, Ultraschallgeneratoren 6 in seinem Innenraum und eine mit einem Separator 7, 8 aus mechanischem Filter 7 und Ionenaustauscher 8 sowie mit einer weiteren Förderpumpe 9 versehene Deionatkreislaufleitung 10 auf.

Solche Oberflächenverunreinigungen werden auch als Crud bezeichnet, der Separator für die Oberflächenverunreinigungen auch als Crudseparator. In Fig. 1 ist gestrichelt angedeutet, dass die Deionatabzugsleitung 5 der Deionatkreislauflei-5 tung 10 in Deionatströmungsrichtung gesehen vor dem Crudseparator 7, 8 parallelschaltbar ist.

Die abgebrannten Kernreaktor-Brennelemente werden in einer Mehrzahl gemeinsam in den Inspektionsbehälter 1 eingeführt, der in einem Brennelementlagerbecken mit einer io Flüssigkeit (Wasser/Borsäure) untergetaucht ist. Unmittelbar anschliessend wird der Inspektionsbehälter 1 vollständig gegenüber der ihn aussen umgebenden Flüssigkeit verschlossen. Alsdann wird die im Inspektionsbehälter 1 befindliche Flüssigkeitsmenge über die Leitungsstutzen 2 gegen Deionat 15 ausgetauscht, indem zunächst die Lagerbeckenflüssigkeit mit Pressluft und anschliessend die Pressluft mit Deionat verdrängt wird. Danach wird im Inspektionsbehälter 1 über die Deionatabzugsleitung 5 ein in der Zeiteinheit konstanter Deionatstrom entzogen, dessen Gesamtmenge im Verhältnis 20 zur im Inspektionsbehälter 1 befindlichen Deionatgesamt-menge vernachlässigbar klein ist und der ggf. durch die in Fig. 2 gestrichelt angedeutete Parallelschaltung der Deionatabzugsleitung 5 über die Deionatkreislaufleitung 10 in den Inspektionsbehälter 1 zurückgeführt wird. Mit Hilfe des Tem-25 peratur- und Aktivitätsmessers 3 wird fortlaufend beispielsweise die Gammaaktivität von Cs 137 in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen und registriert. Durch Vergleich mit Diagrammen entsprechend Fig. 2 lässt sich anhand der Kurvensteigungen sehr schnell erkennen, ob die Brennele-3o mente intakt sind oder ein Brennelement defekt ist. Wird ein Brennelementdefekt festgestellt, wird das defekte Brennelement ggf. durch anschliessendes Einzelsipping herausgesucht. Anschliessend werden im Inspektionsbehälter 1 befindliche Brennelemente über die Ultraschallgeneratoren 6 mit Ultra-35 schall unterschiedlicher Frequenz beaufschlagt, um den Crud, d.h. die Oberflächenverunreinigungen von den Brennelementen abzulösen. Der Crud wird durch Einschalten der Förderpumpe 9 in der Deionatkreislaufleitung 10, welcher zur Kontrolle die Deionatabzugsleitung parallelgeschaltet ist, 40 aus dem Inspektionsbehälter 1 entfernt. Das mit dem Crud belastete Deionat wird in der Deionatkreislaufleitung 10 über den Crudseparator 7, 8 geführt und von dort in gereinigtem Zustand wieder in den Inspektionsbehälter 1 zurückgeleitet. Abschliessend werden die intakten Brennelemente in Trans-45 portbehälter umgesetzt sowie in diesen einer Zwischenlagerung oder Wiederaufbereitung zugeführt. Da der Crud zuvor entfernt worden ist, können die Transportbehälter mit diesem auch nicht mehr kontaminiert werden.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Verfahren zum Behandeln abgebrannter Kernreaktor-Brennelemente, wobei die Brennelemente aus dem Kernreaktor in einen in einer Flüssigkeit untergetauchten Inspektionsbehälter eingeführt werden, danach aus dem Inspektionsbehälter eine Flüssigkeitsprobe entnommen sowie an dieser die Aktivität wenigstens eines Spaltnuklids gemessen wird und abschliessend die intakten Brennelemente in Transportbehälter umgesetzt sowie in diesen einer Zwischenlagerung oder Wiederaufbereitung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennelemente in einer Mehrzahl gemeinsam in den Inspektionsbehälter eingeführt werden, dass unmittelbar anschliessend der Inspektionsbehälter vollständig gegenüber der diesen aussen umgebenden Flüssigkeit verschlossen sowie die im Inspektionsbehälter befindliche Flüssigkeitsmenge gegen deionisiertes Wasser ausgetauscht wird, dass danach dem Inspektionsbehälter als Flüssigkeitsproben ein in der Zeiteinheit konstanter Strom des deionisierten Wassers entzogen wird sowie fortlaufend dessen Radionuklidaktivität in Abhängigkeit von der Temperatur gemessen wird, und dass anschliessend die im Inspektionsbehälter befindlichen Brennelemente mit Ultraschall beaufschlagt werden sowie die dabei von den Brennelementen abgelösten Bestandteile einer radioaktiven Oberflächenverunreinigung vermittels eines Kreislaufstromes deionisierten Wassers aus dem Inspektionsbehälter und vermittels einer Separierungsstufe aus dem Kreislauf entfernt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Inspektionsbehälter befindliche Flüssigkeitsmenge zunächst mit Pressluft und danach die Pressluft mit deionisiertem Wasser aus dem verschlossenen Inspektionsbehälter verdrängt wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Inspektionsbehälter als Flüssigkeitsprobe insgesamt entzogene Menge deionisierten Wassers im Verhältnis zur im Inspektionsbehälter befindlichen Gesamtmenge deionisierten Wassers vernachlässigbar klein gehalten wird.

4. Inspektionsbehälter zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er für die gleichzeitige Aufnahme einer Mehrzahl von Brennelementen eingerichtet sowie gegen ein Eindringen umgebender Flüssigkeit vollständig verschliessbar ist und wenigstens zwei Leitungsstutzen (2) für den Austausch Flüssigkeit/ deionisiertes Wasser, eine mit einem Temperatur- und Aktivitätsmesser (3) ausgerüstete Abzugsleitung (5) für das deionisierte Wasser, einstellbare Ultraschallgeneratoren (6) in seinem Innenraum und eine mit einem Separator (7, 8) für die Oberflächenverunreinigungen versehene Kreislaufleitung (10) aufweist.

5. Inspektionsbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzugsleitung (5) der Kreislaufleitung (10) in Strömungsrichtung des deionisierten Wassers gesehen vor dem Separator (7, 8) parallelschaltbar ist.

6. Inspektionsbehälter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (7, 8) aus einem mechanischen Filter (7) und einem Ionenaustauscher (8) besteht.