CH692167A5

CH692167A5 - Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen und Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens.

Info

Publication number: CH692167A5
Application number: CH01478/97A
Authority: CH
Inventors: Dieter Dipl-Ing Methling; Harry Dr-Ing Spilker; Roland Dipl-Ing Hueggenberg; Hermann Dipl Ing Stelzer
Original assignee: Gnb Gmbh
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2002-02-28
Also published as: JPH10132988A; BE1010973A5; FR2751118B1; DE19708899A1; KR100393166B1; FR2751118A1; TW364121B; DE19708899C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken, wobei die Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen und wobei die abgebrannten Brennelemente mithilfe von metallischen Abschirmbehältern transportiert und gelagert werden sowie dazu in Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbehälter eingestellt werden. Die Erfindung betrifft fernerhin Neutronenabsorber für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Lagerung meint im Rahmen der Erfindung insbesondere die Zwischenlagerung der abgebrannten Brennelemente. Die Steuerstabführungsrohre dienen dazu, im Kernreaktor die Brennelemente nach Massgabe des Reaktorbetriebes zu steuern.

Abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken werden für den Transport und für die Zwischenlagerung in Abschirmbehälter eingestellt. Der Positionierung der Brennelemente kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da die Unterkritikalität beim Transport und bei der Lagerung gewährleistet werden muss. Um die Unterkritikalität sicherzustellen, werden die abgebrannten Brennelemente im Abschirmbehälter mithilfe eines Tragkorbes fixiert, wobei je nach Beladung gegebenenfalls zusätzliche Spalte, so genannte Wasserspalte, zwischen den Brennelementen eingehalten werden müssen. Massnahmen, um in unmittelbarer Nähe der abgebrannten Brennelemente eine Neutronenabsorption durchzuführen, sind nicht bekannt. Allerdings ist es bekannt, die Abschirmbehälter mit Neutronenabsorbern auszurüsten (vgl. DE 2 157 133 C1,

DE 2 856 620 C2). Die insoweit bekannten Massnahmen haben sich bewährt.

Der Erfindung liegt zunächst das technische Problem zu Grunde, bei einem Transport und bei der Lagerung der abgebrannten Brennelemente die Neutronenabsorption zu vereinfachen und zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, in die Steuerstabführungsrohre der abgebrannten Brennelemente eingepasste Neutronenabsorber einzuführen und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronenabsorbern in die Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbehälter einzustellen. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird mit Neutronenabsorbern gearbeitet, die Bor oder Borverbindungen als Absorbermaterial aufweisen. Vorzugsweise wird mit Bor oder Borverbindungen, z.B. Borcarbid, gearbeitet. Die Form der Neutronenabsorber kann den konkreten Anwendungen angepasst werden, insbesondere kann mit zylindrischen oder streifenförmigen Neutronenabsorbern gearbeitet werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die bei Brennelementen und folglich bei abgebrannten Brennelementen ohnehin vorhandenen Steuerstabführungsrohre oder einige davon ohne weiteres eine zusätzliche Funktion erfüllen können, nämlich die, Absorbermaterial für die Neutronenabsorption gleichsam unmittelbar an der Quelle aufzunehmen. Die Erfindung integriert die dazu erforderlichen Massnahmen in die Entsorgung der abgebrannten Brennelemente beim Transport und bei der Lagerung, insbesondere bei der Zwischenlagerung.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird zumindest ein mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehenes Rohr und/oder mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehener Stab als Neutronenabsorber in ein Steuerstabführungsrohr eingeführt. Dabei können in alle oder in ausgewählte Steuerstabführungsrohre solche Neutronen absorbierenden Rohre oder Stäbe eingebracht werden. Vorzugsweise wird mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung gearbeitet, die im Wesentlichen aus einer Borlegierung besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung gearbeitet wird, die Bor oder Borverbindungen, z.B. Borcarbid, als Absorbermaterial aufweist. Bei den Stäben kann es sich um Metallstäbe handeln, auf die die Neutronen absorbierende Beschichtung aufgebracht wird.

Das technische Problem der Erfindung besteht auch darin, Neutronenabsorber anzugeben, die für das erfindungsgemässe Verfahren besonders geeignet sind. Dazu gehören Neutronenabsorber, die aus einem in die Steuerstabführungsrohre eingepassten Hüllrohr, vorzugsweise einem Edelstahlhüllrohr, welches mit Absorbermaterial in Form von Pulver oder Pellets gefüllt ist, bestehen. Hüllrohre bezeichnet Rohre mit einfacher Wand, die mit Absorbermaterial gefüllt sind, aber auch Doppelmantelrohre, deren Mantelzwischenraum das Absorbermaterial aufnehmen kann. Die Neutronenabsorber können aber auch aus mit dem Absorbermaterial angereicherten, in die Steuerstabführungsrohre eingepassten Edelstahlstäben bestehen. Angereichert meint im Rahmen der Erfindung eine Legierung oder auch nur eine physikalische Mischung. Die Neutronenabsorber bestehen nach einem anderen Vorschlag der Erfindung aus mit dem Absorbermaterial im Sinne der vorstehenden Ausführungen angereicherten Aluminiumstäben, die in einem in die Steuerstabführungsrohre eingepassten Hüllrohr, vorzugsweise einem Hüllrohr wie oben beschrieben, angeordnet sind.

Nach bevorzugter Variante der Erfindung besteht der Neutronenabsorber aus einem Rohr, das auf der Rohrinnenfläche und/oder auf der Rohraussenfläche mit der Neutronen absorbierenden Beschichtung versehen ist. In einer weiteren Variante besteht der Neutronenabsorber aus einem mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehenen in die Steuerstabführungsrohre eingepassten Hüllrohr. Von Vorteil ist das Hüllrohr sowohl rohrinnenseitig als auch rohraussenseitig mit der Neutronen absorbierenden Beschichtung versehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das beschichtete Hüllrohr mit Absorbermaterial, vorzugsweise in Form von Pulver oder Pellets, gefüllt ist, wobei dieses Absorbermaterial bevorzugt aus Bor oder Borverbindungen besteht. Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, sind in das beschichtete Hüllrohr mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehene Metallstäbe eingesetzt. Vorzugsweise sind die Metallstäbe zylindrisch ausgeführt. Die Beschichtung der Metallstäbe besteht zweckmässigerweise aus einer Borverbindung. Vorzugsweise besteht das beschichtete Grund material der Metallstäbe aus zumindest einem Metall der Gruppe "Stahl, Aluminium, Kupfer". Als Stahl wird vorzugsweise Edelstahl eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung besteht das beschichtete zumindest eine Rohr zweckmässigerweise aus Edelstahl.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 einen metallischen Abschirmbehälter mit Deckelsystem, teilweise aufgeschnitten, mit Brennelementaufnahmekorb und eingesetzten, abgebrannten Brennelementen, Fig. 2 in weiterer Schematisierung sowie in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrössertem Massstab die Draufsicht auf ein Brennelement aus dem Gegenstand der Fig. 1, Fig. 3 eine Ansicht der Steuerstäbe für das in Fig. 2 dargestellte Brennelement, Fig. 4 eine Draufsicht auf den Gegenstand der Fig. 3, Fig. 5 in gegenüber den Fig. 2 bis 4 vergrössertem Massstab ein Steuerstabführungsrohr mit einem eingepassten Neutronenabsorber ausschnittsweise, Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 5, Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 5 und Fig. 8 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 6.

Der in Fig. 1 in der Draufsicht dargestellte metallische Abschirmbehälter 1 besitzt ein Deckelsystem mit zwei Deckeln 2, 3 und Deckelzwischenraum. Das Deckelsystem ist teilweise aufgeschnitten. Man erkennt im Innern des Abschirmbehälters den Brennelementaufnahmekorb 4 und darin eingesetzte abgebrannte Brennelemente 5. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf die Firmendruckschrift BZA, Themenblatt "Betrieb des Brennelement-Zwischenlagers Ahaus", Stand 03.1996, verwiesen. Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auch auf andere als in der Firmendruckschrift dargestellte Brennelemente und auf andere metallische Abschirmbehälter.

In der Fig. 2 erkennt man ein Schema, welches einen Schnitt quer zur Achse eines Brennelementes 5 darstellt. Der Querschnitt ist in weisse und in schraffierte Felder 6 bzw. 7 aufgeteilt. Die weissen Felder 6 kennzeichnen die Brennstabpositionen des Brennelementes 5. Die schraffierten Felder 7 kennzeichnen die Position der Steuerstabführungsrohre 8. Dem Schema der Fig. 2 sind die Steuerstäbe 9 zugeordnet, die in den Fig. 3 und 4 in der Ansicht bzw. in der Draufsicht erkennbar sind. Die Steuerstäbe 9 bilden das Steuerelement 10, welches den Brennelementen 5 mit dem in Fig. 2 erläuterten Querschnitt zugeordnet ist.

Die Fig. 5 und 6 sowie 7 und 8 zeigen ein einzelnes Steuerstabführungsrohr 8 jeweils im Längsschnitt und unter dem Längsschnitt im Querschnitt. Man erkennt, dass diese Steuerstabführungsrohre 8 der abgebrannten Brennelemente 5 eingepasste zylindrische Neutronenabsorber 11 aufweisen. Die Brennelemente 5 mit den eingeführten Neutronenabsorbern 11 werden in die Brennelementaufnahmekörbe 4 der Abschirmbehälter 1 eingestellt, wozu auf die Fig. 1 verwiesen wird. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 5 bis 8 besteht der Neutronenabsorber 11 aus einem in ein Steuerstabführungsrohr 8 eingepassten Hüllrohr 12. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5 und 6 ist das Hüllrohr 12 mit Absorbermaterial in Form von Pulver 13 oder Pellets (Fig. 5) oder in Form von entsprechenden Stäben 14, die mit Absorbermaterial angereichert sind, gefüllt oder ausreichend gefüllt. Als Absorbermaterial kommen vorzugsweise Bor oder Borverbindungen infrage.

Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 7 und 8 ist die an die Steuerstabführungsrohraussenwandung angrenzende Rohrwandung des Hüllrohres 12 sowohl rohrinnenseitig mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung 15 als auch rohraussenseitig mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung 16 versehen. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 ist dieses mit den Neutronen absorbierenden Beschichtungen 15, 16 versehene Hüllrohr mit Absorbermaterial in Form von Pulver 13 gefüllt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 sind in das mit den Neutronen absorbierenden Beschichtungen 15, 16 versehene Hüllrohr 12 zusätzlich Metallstäbe 14 eingestellt, die ebenfalls eine Neutronen absorbierende Aussenbeschichtung 17 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel besteht diese Neutronen absorbierende Aussenbeschichtung 17 der Metallstäbe 14 aus einer Bohrverbindung. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass die Metallstäbe 14 zusätzlich mit Absorbermaterial angereichert bzw. gefüllt sind.

Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung für die Neutronen absorbierenden Beschichtungen vorzugsweise Bor oder Borlegierungen bzw. Borverbindungen infrage.

Claims

1. Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen (5) aus Kernkraftwerken, wobei die Brennelemente (5) Steuerstabführungsrohre (8) aufweisen und wobei die abgebrannten Brennelemente (5) mithilfe von metallischen Abschirmbehältern (1) transportiert und gelagert werden sowie dazu in Brennelementaufnahmekörbe (4) der Abschirmbehälter (1) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerstabführungsrohre (8) der abgebrannten Brennelemente (5) eingepasste Neutronenabsorber (11) eingeführt und die Brennelemente (5) mit den eingeführten Neutronenabsorbern (11) in die Brennelementaufnahmekörbe (4) der Abschirmbehälter (1) eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Neutronenabsorbern (11) gearbeitet wird, die Bor oder Borverbindungen als Absorbermaterial aufweisen.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Steuerstabführungsrohre (8) eingepasste zylindrische Neutronenabsorber (11) eingeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehenes Rohr und/oder mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehener Stab als Neutronenabsorber (11) in ein Steuerstabführungsrohr (8) eingeführt wird.

5. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 4, bestehend aus einem in die Steuerstabführungsrohre (8) eingepassten Hüllrohr (12), vorzugsweise einem Edelstahlhüllrohr, welches mit Absorbermaterial in Form von Pulver (13) oder Pellets gefüllt ist.

6. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 4, bestehend aus einem mit dem Absorbermaterial angereicherten, in die Steuerstabführungsrohre (8) eingepassten Edelstahlstab (14).

7. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 4, bestehend aus mit dem Absorbermaterial angereicherten Aluminiumstäben, die in einem in die Steuerstabführungsrohre (8) eingepassten Hüllrohr (12) angeordnet sind.

8. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, bestehend aus einem Rohr, das auf der Rohrinnenfläche und auf der Rohraussenfläche mit der Neutronen absorbierenden Beschichtung versehen ist.

9. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus einem mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehenen und in die Steuerstabführungsrohre (8) eingepassten Hüllrohr (12).

10. Neutronenabsorber nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in das beschichtete Hüllrohr (12) mit einer Neutronen absorbierenden Beschichtung versehene Metallstäbe eingestellt sind.

11. Neutronenabsorber nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Grundmaterial der Metallstäbe aus zumindest einem Metall der Gruppe "Stahl, Aluminium, Kupfer" besteht.