CH650354A5

CH650354A5 - Behaelterkombination zum transport und zur lagerung bestrahlter kernreaktorbrennelemente.

Info

Publication number: CH650354A5
Application number: CH2866/80A
Authority: CH
Inventors: Stefan Ahner; Richard Dr Christ; Dieter Klein; Peter Srostlik
Original assignee: Transnuklear Gmbh
Priority date: 1979-04-14
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1985-07-15
Also published as: IT1128413B; DE2915376A1; GB2050230A; DE2915376C2; SE431135B; GB2050230B; IT8067577A0; ES8103452A1; SE8002766L; FR2454158B1; JPS5612593A; BE882768A; ES488568A0; US4330711A; FR2454158A1; BR8002225A

Description

Die Erfindung betrifft eine Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter und einem Aussenbehälter, wobei beide Behälter jeweils einen eigenen Deckel besitzen.

Bisherige Praxis ist es, abgebrannte Brennelemente in Wasserbecken zu lagern. Das Wasser hat dabei die Aufgabe, die beim Zerfall freiwerdende radioaktive Strahlung abzuschirmen, und die gleichzeitig freiwerdende Zerfallswärme zuverlässig nach aussen abzuleiten. Es sind dabei aufwendige und teure Massnahmen erforderlich, um die Kühlung zuverlässig zu gewährleisten.

Daher wurden auch Überlegungen angestellt, Brennelemente trocken zu lagern. So ist z.B. vorgeschlagen worden, abgebrannte Brennelemente in Stahlbüchsen dicht zu verpak-ken, die Büchsen einzeln in Lageschächte abgeschirmter Zellen einzusetzen und die Nachwärme der Brennelemente von der Oberfläche der Büchse mit Umgebungsluft in freier Kon-vektion abzuführen.

Ein Nachteil dieser Lagerkonzeption ist es, dass die abgebrannten Brennelemente am Lagerort aus dem Transportbehälter in die Lagerbüchse umgeladen werden müssen. Während des Umladens sind die Brennelemente nicht geschützt, ausserdem muss mit defekten Brennstäben gerechnet werden, so dass ein erhöhtes Risiko für Aktivitäts- und Kernbrennstofffreisetzung besteht. Der Umsetzvorgang muss daher fernbedient und in einer heissen Zelle erfolgen. Das Verschliessen der Büchsen und die Dichtigkeitskontrolle können ebenfalls nur fernbedient ausgeführt werden.

Ein weiteres Lagerkonzept ist in der US-PS 3 828 197 beschrieben. Hier werden Container mit hochradioaktivem Abfall in dickwandigen Metallbehältern mit Abschirmdeckel im Freien gelagert. Auch hier ist zum Umladen der Container aus dem Transportbehälter in die Lagerabschirmung eine heisse Zelle erforderlich. Dieses Konzept hat also die gleichen Nachteile wie das zuvor beschriebene Konzept.

Ein weiteres Konzept sieht daher vor, die abgebrannten Brennelemente in den zum Transport eingesetzten Behältern weiter zu lagern. Ein Umladen der Brennelemente am Lagerort ist hierbei nicht erforderlich. Ein Nachteil bei dieser Behälterlagerung ist jedoch, dass die teuren und aufwendigen Transportbehälter während der gesamten Lagerzeit für keine weiteren Transporte eingesetzt werden können. Dieses Lagerkonzept ist somit sehr kapitalaufwendig.

Es werden daher auch zweiteilige Transportbehälter, bestehend aus Aussen- und Innenbehälter mehrfach beschrieben, so z.B. in der DE-PS 21 57 133 eine Behälterkombination aus einem Innenbehälter mit Abschirmwänden und -deckel für Gammastrahlen und einem als Druckbehälter ausgelegten Aussenbehälter. Der Ringspalt zwischen Aussen- und Innenbehälter ist mit Wasser als Medium zur Neutronenabschirmung und zur Wärmeübertragung an den Aussenbehälter gefüllt. Diese Behälterkombination hat aber verschiedene Nachteile. So kann z.B. der Innenbehälter beim Beladen im Kernkraftwerk nicht im Aussenbehälter bleiben, so dass die Gefahr einer Kontamination besteht. Auch die Handhabung weicht daher wesentlich gegenüber der Beladung herkömmlicher Transportbehälter ab, was zu Schwierigkeiten mit den Beladungsvorrichtungen und dem Beladungspersonal führt. Der Druckbehälter umschliesst die dickwandige y-Abschir-mung und die Neutronenabschirmung. Die dickwandige Gammaabschirmung trägt zur Festigkeit nicht bei, sondern wirkt beim Unfall als zusätzlicher Lastfaktor auf den Aussenbehälter.

Zur Wärmeübertragung vom Innen- zum Aussenbehälter ist Wasser erforderlich. Beim störfallbedingten Verlust dieses Wassers ist die Sicherheit der Behälterkombination nicht mehr gewährleistet. Auch besteht die Gefahr der Bildung von Radiolysewasserstoff.

Beim Einsatz des Innenbehälters als Lagerbehälter verbleibt die gesamte y-Abschirmung am Lagerbehälter. Dies gibt eine zusätzliche Belastung der Lagergestelle und verteuert das Lagerkonzept.

In der US-PS 3 575 601 wird ebenfalls eine Behälterkombination beschrieben, bestehend aus einem äusseren stossfe-sten Stahlbehälter und einem mehrteiligen Abschirmeinsatz. Dieser Behälter hat ausser den zuvor beschriebenen Nachteilen den weiteren Nachteil, dass der Inneneinsatz als Lagerbehälter zusätzlich an allen Stossstellen der Abschirmteile gedichtet werden muss. Auch in der US-PS 2 935 616 wird ein mehrteiliger Behälter beschrieben. Er besteht aus äusseren miteinander verschraubten Abschirmsegmenten und einem dünnwandigen Innenbehälter. Da der Innenbehälter keinen eigenen Deckel besitzt, ist sein Einsatz als Lagerbehälter nicht möglich.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren zu schaffen, die die oben beschriebenen Nachteile nicht aufweist. Insbesondere sollte der Innenbehälter eine trockene Lagerung abgebrannter Brennelemente ohne Umsetzen der Brennelemente am Lagerort in eine Lagerbüchse und ohne unnötige Raumverschwendung und Gewichtsbelastung der Lagerstelle ermöglichen.

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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Innenbehälter im Aussenbehälter so fixiert ist, dass sich der Innenbehälterdeckel und der Aussenbehälterdeckel nicht berühren, dass die radiale Position des Innenbehälters im Aussenbehälter durch eine zum Boden hin verlaufende Querschnittsverjüngung des Innenraumes des Aussenbehälters festgelegt ist, und dass der Raum zwischen der Aussen-wand des Innenbehälters und der Innenwand des Aussenbehälters nach aussen durch Dichtelemente abgedichtet ist.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen schematisch beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Behälterkombination, wobei die Figur 1 ein Längsschnitt, die Figuren 2 und 3 zwei Querschnitte wiedergeben.

Die Behälterkombination besteht aus einem herausnehmbaren Innenbehälter 1 mit einem Deckel 3, der gegebenenfalls aus mehreren Einzelteilen besteht, und einem Aussenbehälter 2 mit einem Deckel 4. Der Boden 10 und der Mantel 11 des Aussenbehälters sind in ihrer Dicke so dimensioniert, dass sie vollständig oder zumindest überwiegend die Gamma- und Neutronenstrahlung des Behälterinhalts nach aussen abschirmen. Der Innenbehälter 1 ist dabei gegen den Aussenbehälter 2 axial so fixiert, dass sich der Innenbehälterdeckel 3 und der Aussenbehälterdeckel 4 nicht berühren. Die radiale Position des Innenbehälters (1) im Aussenbehälter (2) wird durch eine zum Boden (10) hin verlaufende Querschnittsverjüngung (12) des Innenraumes des Aussenbehälters (2) festgelegt, wobei diese Verjüngung vorzugsweise durch entsprechend keilförmig ausgestaltete Profile (13) auf der Aussenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) bewirkt wird. Der Raum zwischen der Aussenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) ist nach aussen mittels Dichtelemente (5) abgedichtet.

Durch die Dimensionierung des Aussenbehälters (2) auf Abschirmwandstärke besitzt dieser eine sehr hohe mechanische Fertigkeit und ist so weitgehend gegen Beschädigungen bei Transportunfällen geschützt. Ausserdem ist er durch das Fehlen eines wärmeübertragenden Gases oder Flüssigkeit zwischen Innen- (1) und Aussenbehälter (2) im Normalbetrieb drucklos, so dass keine Dichtungsprobleme auftreten. Die Wärmeübertragung erfolgt über den schmalen Spalt zwischen den beiden Behältern, vorzugsweise jedoch über sich berührende Profile (13) auf der Aussenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2). Der Spalt zwischen Aussen- (2) und Innenbehälter (1) wird im Deckelbereich durch das Dichtelement (5) so abgedichtet, dass beim Beladen des Behälters keine Kontamination der Aussenseite des Innenbehälters erfolgen kann. Der Innenbehälter wird vorzugsweise über Niederhalter (6), deren Aufnahmen in entsprechenden Aussparungen (16) des Aussenbe-hältermantels (11) untergebracht sind, so im Mantel (11) des Aussenbehälters axial fixiert, dass der Deckel (4) und damit die im Deckel (4) sich befindende Dichtung (17) des Aussenbehälters (2) nicht belastet wird.

Die erfmdungsgemässe Behälterkombination besitzt einen relativ dünnwandigen Innenbehälter, der einfach und billig und in grossen Serien, beispielsweise aus handelsüblichem Rohrmaterial, herstellbar ist. An einen Lagerbehälter werden hohe Ansprüche bezüglich der Dichtigkeit gestellt. Es ist aber bekanntermassen schwierig, die üblichen Prüfverfahren, wie Röntgen- und Ultraschallprüfung, bei dickwandigen Behältern durchzuführen. Bei den erfindungsgemässen relativ dünnwandigen Behältern bereiten diese Prüfverfahren keine Probleme. Der Aussenbehälter (2) erfüllt in Verbindung mit dem Transportdeckel (4) alle in der Behälterzulassung für Typ-B-Behälter gestellten Anforderungen hinsichtlich der Handhabung, der mechanischen Integrität, der Wärmeabfuhr, der Dichtigkeit und der Abschirmung beim normalen Transport und beim Unfall. Dieser Aussenbehälter (2) kann aus allen in der Praxis und der Literatur bekannten Werkstoffen und Werkstoffkombinationen, wie Schmiedestahl, Gusseisen, Blei, abgereichertes Uran, Kupfer oder Kunstharz gefertigt sein.

Da der Aussenbehälter (2) nur für Transporte eingesetzt wird und ihm beliebig viele Innenbehälter (1) zugeordnet werden können, sind für ein Lagerkonzept nur sehr geringe Stückzahlen für den Aussenbehälter (2) erforderlich. Man kann daher besonders hohe Anforderungen an Materialauswahl, Konstruktion, Fertigung und Prüfung setzen, ohne das gesamte Lagerkonzept nennenswert zu verteuern. Diese Sicherheitsreserven beim Transport, dem risikoreichsten Teil in der gesamten Lagerstrategie, sind sehr wertvoll.

Besondere Anforderungen werden bei einem Lagerbehälter an die Abdichtung gestellt. Diese Dichtung soll während der gesamten Lagerzeit gleichbleibend gute Dichteeigenschaften besitzen, da durch die Ansammlung vieler Lagerbehälter auch Leckraten, die für Einzeltransportbehälter zugelassen sind, zu nennenswerten Aktivitätsabgaben führen würden.

Voraussetzung für das Anbringen einer solchen Dichtung ist eine gute Zugänglichkeit dieser Dichtung. Die vorliegende Behälterkombination erlaubt diese Zugänglichkeit in hervorragender Weise dadurch, dass der Deckel (3) des Innenbehälters (1) als Abschirmdeckel ausgeführt ist. Daher ist, solange der Innenbehälter (1) sich noch im Aussenbehälter (2) befindet, die abzudichtende Stelle frei zugänglich und die für die Lagerung erforderliche dauerhafte Abdichtung kann angebracht werden, ohne dass hierzu fernbediente Einrichtungen und eine heisse Zelle oder ein Wasserbecken zum radiologischen Schutz erforderlich sind.

Der Innenbehälter (1) und der Abschirmdeckel (3) sind zusätzlich mit einer Dichtung (8) gedichtet. Diese Dichtung (8) wird vor allem durch das Eigengewicht des stehenden Behälters wirksam und verhindert eine Kontamination des Raumes zwischen dem Aussen- (4) und dem Innenbehälterdeckel (3). Daher ist es möglich, die für die Lagerung erforderliche dauerhafte Dichtung erst am Lagerort anzubringen.

Dies hat den Vorteil, dass diese für die Sicherheit der Lagerung wichtige Arbeit immer von der gleichen Mannschaft an einer stationären Einrichtung vorgenommen werden kann, nicht jedes Kernkraftwerk mit Einrichtungen hierfür ausgerüstet werden muss und die routinemässige Behandlung im Kernkraftwerk nicht behindert wird.

Diese Abdichtung des Spaltes zwischen dem Innen- (1) und dem Aussenbehälter (2) durch die Dichtung (5) hat den Vorteil, dass der Innenbehälter (1) vor dem Einsetzen in die Lagerabschirmung nicht dekontaminiert werden muss. Es fällt daher beim bestimmungsgemässen Betrieb im Lager kein Sekundärabfall an, der zusätzliche Entsorgungseinrichtungen und damit höhere Betriebskosten erfordern würde.

Zur dauerhaften Abdichtung für die Lagerung kann der Innenbehälter (1) und Abschirmdeckel (3) je mit einem Anschweissende (9) versehen werden, an denen sie für die Lagerung gasdicht verschweisst oder verlötet werden können.

Der Spalt zwischen Innenbehälter (1) und Deckel (3) kann jedoch auch so ausgebildet werden, dass er mit einem niedrig schmelzenden Metall ausgegossen werden kann.

Das Entleeren und Spülen des Innenbehälters wird auf bekannte Weise durchgeführt.

Der Innenbehälter (1) muss während des Transportes im Aussenbehälter (2) so fixiert sein, dass auch unter Unfallbedingungen der Transportdeckel (4) und dessen Dichtsystem (17) durch den Innenbehälter (1) und dessen Inhalt nicht belastet werden. Dies wird erfindungsgemäss mit einem Niederhalter (6) gelöst, dessen am Umfang verteilte Pratzen in entsprechenden Aussparungen (16) des Mantels (11) des Aussenbehälters (2) passen und durch Verdrehen nach dem Bajo5

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nettprinzip am Behälter befestigt wird. Die Sicherung gegen Verdrehen wird durch einschraubbare Spannelemente (7) erreicht, die gleichzeitig den Abschirmdeckel (3) verschlies-sen. Die Spannelemente (7) können Federpakete zum Ausgleich der Längendehnung der Kapsel enthalten.

Der Aussenbehälter (2) kann vorteilhafterweise Kühlanschlüsse (18) besitzen, die mit spiralig angeordneten Kühlkanälen (19) an der inneren Oberfläche des Aussenbehälters (2) verbunden sind. So ist es möglich, den Behälterinhalt vor dem Entleeren in einer Wiederaufarbeitungsanlage zu kühlen, ohne dass der Innenbehälter (1) geöffnet werden muss. Die Kühlanschlüsse (18) können auch während des Transports an einen Kühlkreislauf angeschlossen sein, so dass die Brennelementtemperatur beim Transport gesenkt wird. Besonders vorteilhaft ist es, die Profile (13) auf der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) hohl auszubilden und in den Kühlkreislauf über die Kühlkanäle (19) zu integrieren.

Der Deckel (3) des Innenbehälters (1) kann mehrteilig ausgeführt sein und beispielsweise aus einem dünnwandigen eigentlichen Deckelteil und einem dickwandigen Abschirmteil bestehen. Dadurch kann auch der Abschirmteil mehrfach verwendet werden, da er bei der Lagerung in entsprechenden Lagern nicht benötigt wird.

Die Wärme wird vom Innen- (1) zum Aussenbehälter (2) durch freie Konvektion und Strahlung übertragen. Ein zusätz-5 liches Wärmeträgermedium, das im Störfall versagen kann, ist nicht erforderlich.

Nach dem Beladen des Innenbehälters (1) erwärmt sich der Innenbehälter zunächst schneller als der Aussenbehälter (2), so dass der herstellungsbedingte Spalt zwischen Innen-io und Aussenbehälter kleiner und damit der Wärmeübergang besser wird.

Noch besserer Wärmeübergang wird erzielt, wenn der Innenbehälter (1) über die ganze Länge gehende keilförmige Profile (13) besitzt, die in entsprechende keilförmige Profile 15(13) des Aussenbehälters (2) passen, so dass zwischen Innen-und Aussenbehälter immer metallische Berührung und damit metallische Wärmeleitung stattfindet.

Die Toleranz zwischen Innen- und Aussenbehälter wirkt sich dann durch unterschiedliche Lage von Innen- und Aus-20 senbehälter aus und muss über Dichtung (5) ausgeglichen werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Behälterkombination für den Transport und die Lagerung bestrahlter Brennelemente aus Kernreaktoren, bestehend aus einem herausnehmbaren Innenbehälter und einem Aussenbehälter, wobei beide Behälter jeweils einen eigenen Deckel besitzen, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbehälter (1) im Aussenbehälter (2) so axial fixiert ist, dass sich der Innenbehälterdeckel (3) und der Aussenbehälterdeckel (4) nicht berühren, dass die radiale Position des Innenbehälters (1) im Aussenbehälter (2) durch eine zum Boden (10) hin verlaufende Querschnittsverjüngung(12) des Innenraumes des Aussenbehälters (2) festgelegt ist und dass der Raum zwischen der Aussenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) nach aussen durch Dichtelemente (5) abgedichtet ist.

2. Behälterkombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Fixierung des Innenbehälters (1) durch Einwirkung von Niederhaltern (6) auf den Innenbehälterdeckel (3) erfolgt, wobei die Niederhalteraufnahme in Aussparungen (16) des Aussenbehältermantels (11) untergebracht ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsverjüngung (12) des Innenraumes des Aussenbehälters (2) durch entsprechend keilförmig ausgestaltete Profile (13) auf der Aussenwand (14) des Innenbehälters (1) und der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) bewirkt wird.

4. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Mantel (11) des Aussenbehälters (2) von aussen anschliessbare Kühleinrichtungen (19) enthalten sind.

5. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Profile (13) auf der Innenwand (15) des Aussenbehälters (2) hohl ausgebildet und in die Kühleinrichtungen (19) integriert sind.

6. Behälterkombination nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (3) des Innenbehälters (1) mehrteilig ist.