CH692167A5

CH692167A5 - A method for the transport and storage of spent fuel and neutron absorber for carrying out the method.

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: DE19708899A1; FR2751118A1; BE1010973A5; TW364121B; DE19708899C2; KR100393166B1; FR2751118B1; JPH10132988A

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. The invention relates to a method for transporting and storing spent fuel elements from nuclear power plants, wherein the fuel elements have control rod guide tubes and wherein the spent fuel elements are transported and stored with the aid of metallic shielding containers and for this purpose the shielding containers are set in fuel element baskets. The invention further relates to neutron absorbers for performing such a method. Storage means, in the context of the invention, in particular the intermediate storage of the spent fuel elements. The control rod guide tubes serve to control the fuel elements in the nuclear reactor in accordance with the reactor operation.

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, Spent fuel elements from nuclear power plants are placed in shielding containers for transport and intermediate storage. The positioning of the fuel elements is of particular importance, since the subcriticality during transport and storage must be guaranteed. In order to ensure subcriticality, the spent fuel elements are fixed in the shielding container with the aid of a carrier basket, whereby depending on the load, additional gaps, so-called water gaps, may have to be maintained between the fuel elements. Measures to carry out neutron absorption in the immediate vicinity of the spent fuel elements are not known. However, it is known to equip the shielding containers with neutron absorbers (cf. DE 2 157 133 C1,

DE 2 856 620 C2). Die insoweit bekannten Massnahmen haben sich bewährt. DE 2 856 620 C2). The measures known so far have proven their worth.

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. The invention is based initially on the technical problem of simplifying and improving the neutron absorption during transport and storage of the spent fuel elements.

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. To solve this technical problem, the invention teaches, starting from the method described at the beginning, to insert fitted neutron absorbers into the control rod guide tubes of the spent fuel elements and to adjust the fuel elements with the inserted neutron absorbers into the fuel element receiving baskets of the shielding containers. According to a preferred embodiment of the invention, neutron absorbers are used which have boron or boron compounds as the absorber material. Preferably boron or boron compounds, e.g. Boron carbide, worked. The shape of the neutron absorbers can be adapted to the specific applications, in particular cylindrical or strip-shaped neutron absorbers can be used.

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. The invention is based on the knowledge that the control rod guide tubes, which are present in any case in the case of fuel assemblies and consequently in the case of spent fuel assemblies, or some of them, can easily perform an additional function, namely to absorb absorber material for neutron absorption, as it were, directly at the source. The invention integrates the measures required for this in the disposal of the spent fuel elements during transport and storage, in particular during intermediate storage.

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. According to a preferred embodiment of the invention, at least one tube provided with a neutron absorbing coating and / or rod provided with a neutron absorbing coating is inserted as a neutron absorber into a control rod guide tube. Such neutron absorbing tubes or rods can be introduced into all or into selected control rod guide tubes. A neutron absorbing coating is preferably used, which essentially consists of a boron alloy. It is within the scope of the invention to work with a neutron absorbing coating that contains boron or boron compounds, e.g. Boron carbide, has as an absorber material. The rods can be metal rods to which the neutron absorbing coating is applied.

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. The technical problem of the invention also consists in specifying neutron absorbers which are particularly suitable for the method according to the invention. These include neutron absorbers, which consist of a cladding tube fitted into the control rod guide tubes, preferably a stainless steel cladding tube, which is filled with absorber material in the form of powder or pellets. Cladding tubes refer to tubes with a single wall, which are filled with absorber material, but also double-jacket tubes, the jacket space between which can absorb the absorber material. However, the neutron absorbers can also consist of stainless steel rods enriched with the absorber material and fitted into the control rod guide tubes. In the context of the invention, enriched means an alloy or even just a physical mixture. According to another proposal of the invention, the neutron absorbers consist of aluminum rods enriched with the absorber material in the sense of the above explanations, which are arranged in a cladding tube fitted into the control rod guide tubes, preferably a cladding tube as described above.

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. According to a preferred variant of the invention, the neutron absorber consists of a tube which is provided with the neutron-absorbing coating on the inner tube surface and / or on the outer tube surface. In a further variant, the neutron absorber consists of a cladding tube fitted with a neutron absorbing coating and fitted into the control rod guide tubes. The cladding tube is advantageously provided with the neutron-absorbing coating both on the inside and outside of the tube. It is within the scope of the invention that the coated cladding tube is filled with absorber material, preferably in the form of powder or pellets, this absorber material preferably consisting of boron or boron compounds. According to a preferred embodiment, which is of particular importance in the context of the invention, metal rods provided with a neutron-absorbing coating are inserted into the coated cladding tube. The metal rods are preferably cylindrical. The coating of the metal rods expediently consists of a boron compound. Preferably, the coated base material of the metal rods consists of at least one metal from the group "steel, aluminum, copper". Stainless steel is preferably used as the steel. In the context of the invention, the coated at least one tube expediently consists of stainless steel.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung: The invention is explained in more detail below on the basis of a drawing illustrating only one exemplary embodiment. In a schematic representation:

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. 1 shows a metallic shielding container with a lid system, partially cut open, with a fuel element holding basket and used, spent fuel elements, 2 in a further schematic and on a scale that is substantially enlarged compared to FIG. 1, the top view of a fuel assembly from the subject of FIG. 1, 3 is a view of the control rods for the fuel assembly shown in FIG. 2, 4 is a plan view of the subject of FIG. 3, 5 on a larger scale than in FIGS. 2 to 4, a control rod guide tube with a fitted neutron absorber in sections, 6 shows another embodiment of the object of FIG. 5, Fig. 7 shows a further embodiment of the subject of Fig. 5 and 8 shows another embodiment of the object of 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. The metal shielding container 1 shown in plan view in FIG. 1 has a lid system with two lids 2, 3 and a gap between the lids. The lid system is partially cut open. One can see in the inside of the shielding container the fuel assembly basket 4 and the spent fuel assemblies 5 inserted therein. The invention naturally also relates to fuel elements other than those shown in the company publication and to other metallic shielding containers.

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. 2 shows a diagram which represents a section transverse to the axis of a fuel assembly 5. The cross section is divided into white and hatched fields 6 and 7 respectively. The white fields 6 identify the fuel rod positions of the fuel element 5. The hatched fields 7 indicate the position of the control rod guide tubes 8. The diagram of FIG. 2 is associated with the control rods 9, which are shown in FIGS. 3 and 4 in a view and in a top view are recognizable. The control rods 9 form the control element 10, which is assigned to the fuel elements 5 with the cross section explained in FIG. 2.

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. 5 and 6 and 7 and 8 show a single control rod guide tube 8 in each case in longitudinal section and under the longitudinal section in cross section. It can be seen that these control rod guide tubes 8 of the spent fuel elements 5 have fitted cylindrical neutron absorbers 11. The fuel assemblies 5 with the inserted neutron absorbers 11 are placed in the fuel assembly baskets 4 of the shielding containers 1, for which reference is made to FIG. 1. 5 to 8, the neutron absorber 11 consists of a cladding tube 12 fitted into a control rod guide tube 8. In the exemplary embodiment according to FIGS. 5 and 6, the cladding tube 12 is provided with absorber material in the form of powder 13 or pellets (FIG. 5 ) or in the form of corresponding rods 14, which are enriched with absorber material, filled or filled sufficiently. Boron or boron compounds are preferably used as the absorber material.

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. In the exemplary embodiment according to FIGS. 7 and 8, the tube wall of the cladding tube 12 adjoining the control rod guide tube outer wall is provided both with a neutron-absorbing coating 15 on the inside of the tube and with a neutron-absorbing coating 16 on the outside of the tube. In the exemplary embodiment according to FIG. 7, this cladding tube provided with the neutron-absorbing coatings 15, 16 is filled with absorber material in the form of powder 13.

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. In the exemplary embodiment according to FIG. 8, metal rods 14 are also inserted into the cladding tube 12 provided with the neutron-absorbing coatings 15, 16, which also have a neutron-absorbing outer coating 17. In the exemplary embodiment, this neutron-absorbing outer coating 17 of the metal rods 14 consists of a drill connection. It is within the scope of the invention that the metal rods 14 are additionally enriched or filled with absorber material.

Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung für die Neutronen absorbierenden Beschichtungen vorzugsweise Bor oder Borlegierungen bzw. Borverbindungen infrage. In principle, boron or boron alloys or boron compounds are preferably considered for the neutron absorbing coatings within the scope of the invention.

Claims

1. A method for transporting and storing spent fuel elements (5) from nuclear power plants, the fuel elements (5) having control rod guide tubes (8) and the spent fuel elements (5) being transported and stored using metallic shielding containers (1) and for this purpose in Fuel element baskets (4) of the shielding containers (1) can be set, characterized in that neutron absorbers (11) fitted into the control rod guide tubes (8) of the spent fuel elements (5) are inserted and the fuel elements (5) with the inserted neutron absorbers (11) into the fuel element baskets (4) the shielding container (1) can be set.

2. The method according to claim 1, characterized in that work is carried out with neutron absorbers (11) which have boron or boron compounds as the absorber material.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that in the control rod guide tubes (8) fitted cylindrical neutron absorbers (11) are introduced.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one tube provided with a neutron absorbing coating and / or rod provided with a neutron absorbing coating is inserted as a neutron absorber (11) in a control rod guide tube (8).

5. neutron absorber for performing the method according to one of claims 1 or 4, consisting of a in the control rod guide tubes (8) fitted cladding tube (12), preferably a stainless steel cladding tube, which is filled with absorber material in the form of powder (13) or pellets.

6. neutron absorber for performing the method according to one of claims 1 or 4, consisting of an enriched with the absorber material in the control rod guide tubes (8) fitted stainless steel rod (14).

7. neutron absorber for carrying out the method according to any one of claims 1 or 4, consisting of aluminum rods enriched with the absorber material, which are arranged in a cladding tube (12) fitted into the control rod guide tubes (8).

8. neutron absorber for performing the method according to claim 4, consisting of a tube which is provided on the inner tube surface and on the outer tube surface with the neutron absorbing coating.

9. neutron absorber for performing the method according to any one of claims 1 to 4, consisting of a neutron absorbing coating and in the control rod guide tubes (8) fitted cladding tube (12).

10. neutron absorber according to claim 9, characterized in that in the coated cladding tube (12) provided with a neutron absorbing coating metal rods are set.

11. Neutron absorber according to claim 10, characterized in that the coated base material of the metal rods consists of at least one metal from the group "steel, aluminum, copper".