DD222997A1

DD222997A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung verbrauchter cluster

Info

Publication number: DD222997A1
Application number: DD26194184A
Authority: DD
Inventors: Andreas Friske
Original assignee: Energiewerke Nord Gmbh
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1985-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung verbrauchter Cluster aus den Brennstoffkassetten von Druckwasserreaktor-Kernkraftwerken. Ziel und Aufgabe sind, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen es moeglich ist, verbrauchte Cluster unter technologisch guenstigen Bedingungen im Kernkraftwerk in eine endlagerungsfaehige Form zu ueberfuehren. Dies wird dadurch erreicht, dass der zu behandelnde Cluster in einen Umladebehaelter gezogen und zu einer Feldanordnung von Umladeschaechten transportiert wird. Auf einem Umladeschacht wird eine Zerkleinerungseinheit installiert, auf die dann der Umladebehaelter aufgesetzt wird. Nach dem Absenken des Clusters in einen in den Umladeschacht eingebrachten Endlagerungsbehaelter werden die Enden der Clusterstaebe entsprechend der Laenge des Endlagerungsbehaelters mittels der Zerkleinerungseinheit vom Cluster abgetrennt. Nach dem Verschliessen des Endlagerungsbehaelters werden dann die Zerkleinerungseinheit und der Umladebehaelter vom Umladeschacht abgehoben und zur Wiederholung des Trennschrittes auf die folgenden Umladeschaechte umgesetzt. Fuer den Transport zur Endlagerung werden die Endlagerungsbehaelter in einen Transportcontainer abgesenkt.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung verbrauchter

Cluster *

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung verbrauchter aktivierter Cluster aus den Brennstoffkassetten von Druckwasserreaktor-Kernkraftwerken.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Beim Betrieb von Kernkraftwerken sind zusammen mit den Brennstoffkassetten auch Absorberelemente eingesetzt. In Druckwasserreaktoren fortgeschrittener Bauart sind als Absorberelemente Cluster eingesetzt. Diese Cluster bestehen aus 5 bis 24 Clusterstäben, die am oberen Ende von einer sogenannten Spinne zusammengehalten und in brennstaxfreien Positionen der Brennstoffkassetten innerhalb von Hihrungsrohren bewegt werden. Nach dem Abbrand der Brennstoffkassetten fallen die Cluster als radioaktiver Abfall an. Sie sind nach dem Gebrauch mittel-bis hochaktiviert und enthalten zum Teil

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sehr langlebige Huklide, zum Beispiel . Eu und "^Eu, was eine Wiederverwendung des Materials in überschaubaren Zeiträumen ausschließt. Das Problem der Behandlung der Cluster wurde bisher so gelöst, daß die Cluster am Kernkraftwerkestandort in unzerlegter Form in den Brennstoffkassetten im Wasserbecken (Abklingbecken), zum Teil auch in Oberflächenlagern mit speziellen Abschirmbehältern gelagert werden« Solche Verfahren sind zum Beispiel in der DE-OS 2817193, DE-OS 2821780 sowie

der DE-OS 3247085 beschrieben· In diesen Offenlegungsschriften sind jedoch keine Aussagen Über eine spätere Behandlung zur Konfektionierung der Cluster gemacht«, Die Hauptprobleme bei der weiteren Behandlung der Cluster liegen jedoch auf dem G_ebiet der Zerlegung und Konfektionierung sowie des dabei notwendigen Strahlenschutzes. PUr die Zerlegung von Clustern sowie anderer Teile des Gore-Bereiches sind zwar einige Lösungen bekannt, wie zum Beispiel die Unterwasser-Drück- und -Schneideinheit (UNDINE) von TRANS-MJKLMR oder das Zerlegen in einer Heißen Zelle· Diese Lösungen sind aber durch einen hohen technologischen Aufwand gekennzeichnet und daher für einzelne Kernkraftwerke unwirtschaftlich·

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mit denen verbrauchte Cluster im Kernkraftwerk behandelt und in eine endlagerungsfähige Form gebracht werden·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbrauchte Cluster unter technologisch günstigen Bedingungen und unter Einhaltung der Strahlenschutzbestiinmungen im Kernkraftwerk in regelmäßig anfallenden Mengen zu zerkleinern und zu konfektionieren« Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Cluster jeweils aus der unter Wasser im Abklingbecken oder im Lagerbeeken für abgebrannte Kernbrennstoffe lagernden Brennstoffkassette mittels Spezialgreifer in einen an sich bekannten glockenförmigen Umladebehälter mit Abschirmfunktion gezogen wird, der während dieses Vorganges an einem Kran angeschlagen ist· Der gefüllte Umladebehälter wird zu einer Feldanordnung von Umladeschächten, in die je ein zylindrischer Endlagerungsbehälter dünnwandiger Ausführung aus korrosionsbeständigem Stahlblech eingesetzt ist, transportiert. Auf dem ersten Umladeschacht wird dann eine Zer kleinerlings einheit, auf die der Umladebehälter aufsetzbar ist, installiert· Nach dem Aufsetzen des Umladebehälters wird der Cluster in den Endlagerungsbehälter eingefahren· Dabei ist ein definierter Abstand der Stäbe vom

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Boden des Bndlagerungsbehälters einzuhalten.¹ An der Oberkante des Endlagerungsbehälters werden dann die Glusterstäbe mittels der Zerkleinerungseinheit vom Cluster abgetrennt und fallen vollständig in den Endlagerungsbehälter ein· Zum eventuellen Einbringen einer 2. Serie abgetrennter Clusterstäbe in den Endlagerungs behälter wird der Umladebehälter in den Verzapfungen der Zerkleinerungseinheit um einen definierten Winkelbetrag gedreht· Nach dem Verschließen des Endlagerungsbehälters werden der UmIadebehälter und die Zerkleinerungseinheit als Ganzes im gekoppelten Zustand vom Umladeschacht abgehoben und auf den nächsten Umladeschacht aufgesetzt, wo Zerkleinerungs- und Konfektionierungsschritt wiederholt werden, bis der Cluster vollständig zerlegt und konfektioniert ist. Die gefüllten Endlagerungsbehälter werden jeweils fernbedient mit einem Abschirmdeckel verschlossen und aus dem Umladeschacht nach Öffnen eines unteren Schachtdeckeis mittels eines Hebezeuges in einen unter dem Umladeschacht bereitstehenden Transρortcontainer mit Abschirmfunktion abgesenkt, mit dem nach Verschluß der Transport in ein Endlager in an sich bekannter Weise erfolgt. Die Endlagerung erfolgt in, für hochaktive gekapselte oder verglaste Abfälle üblicher Art, zum Beispiel durch Absenken des Endlagerungsbehälters in ein Sohlenbohrloch, in Kavernen, andere untertägige Hohlräume oder auch durch andere, für hochaktive Abfälle geeignete Verfahren. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch charakterisiert, daß auf einen in Stahlbeton ausgeführten Umladeschacht, der mit einem verschiebbaren Abschirmdeckel versehen ist, eine Zerkleinerungseinheit aufgesetzt ist. Diese Zerkleinerungseinheit besteht aus Einern starren Ober- und Unterteil und einem dazwischen drehbar gelagerten Ring mit radial verschiebbarem Zerkleinerungswerkzeug. Das Zerkleinerungswerkzeug ist seinerseits mit einer Beobachtungseinrichtung gekoppelt. Auf dieser Zerkleinerungseinheit ist dann der ümladebehälter angeordnet. Zerkleinerungseinheit und Umladebehälter bilden eine Arbeitseinheit und sind lösbar mit dem Umladeschacht verbunden, damit sie zur vollständigen Zerlegung der piuster auf die nachfolgenden Umladeschächte umgesetzt werden können.

In den Umladeschacht ist ein Bndlägerungsbehälter aus korrosionsbeständigem Stahlblech, der einen oberen verschiebbaren Abschirmdeckel sowie Gleitführungen für die Clusterstäbe besitzt, eingebracht·

Unterhalb des Umladeschachtes ist ein Transportcontainer verfahrbar angeordnet·/

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß sie einen direkten Anschluß an die Endlagerungstechnologie für hochaktive Abfälle ermöglicht. Das Behandlungsverfahren für die Cluster ist den bekannten Endlagerungstechnologien, z.B. Endlagerung in einem Sohlenbohrloch oder in Kavernen angepaßt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeis.pieles näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:

"Figur 1: den technologischen Ablauf im Bereich

des Brennelementlagerbeckens Figur 2: den technologischen Ablauf im Bereich der Umladeschächte sowie eine Detailskizze der Zerkleinerungseinheit

Der Cluster 1 wird durch einen Spezialgreifer 2a erfaßt und mittels Hebezeug 2b in den am Anschlagmittel 2c hängenden Umladebehälter 2 aus der in einer Stellage 3 abgestellten Brennatoffkassette 4 gezogen· Nach vollständiger Aufnahme des Clusters 1 in den glockenförmigen Umladebehälter 2 und der notwendigen Arretierung in diesem durch die Führungselemente 2d wird der Umladebehälter 2 mit Hilfe eines Kranes bis in den Bereich der Umladeschächte 5 verfahren bzw. auf eine andere Art unter Einhaltung der Strahlenschutzbestimmungen dorthin transportiert, falls sich die Umladeschächte 5 außerhalb des Reaktorsaals befinden· Die in Stahlbeton 5c ausgeführten Umladeschächte 5, die zweckmäßigerweise in die Betondecke des darunterliegenden Baumes eingelassen sind, sind mit einem verschiebbaren unteren Abschirmdeckel 5a versehen und nehmen je einen zylindrischen Endlagerungsbehälter 6 auf.

Der Endlagerungsbehälter 6, der aus korrosionsbeständigem Stahlblech besteht, ist mit einem oberen verschiebbaren Abschirmdeckel 6a, der in einer Gleitführung 5b des Umladeschachtes 5 beweglich ist, dicht verschließbar und weist in seinem Inneren Gleitführungen 6b für die Clusterstäbe auf. Diese Gleitführungen 6b sind so angeordnet, daß ein oder mehrere Cluster in der vorgegebenen Querschnittsanordnung der Clusterstäbe aufgenommen werden können· Der obere Rand 5d der Umladeschächte 5 ist so ausgebildet, daß die Zerkleinerungseinheit 7 aerosoldicht aufsitzt» Die Zerkleinerungseinheit 7 besteht aus einem Ober- und Unterteil 7a und einem dazwischen gelagerten drehbaren Ring 7b mit einem Zerkleinerungswerkzeug 7c, vorzugsweise einer Manipulator-Schere-inrichtung, und einer damit gekoppelten Beobachtungseinrichtung 7d mit Beleuchtung· Das Zerkleinerungswerkzeug 7c ist zusätzlich zur Drehbarkeit des Ringes 7b radial verschiebbar und fernbedienbar· Im Bedarfsfall kann das Zerkleinerungswerkzeug 7c auch für eine rechnergesteuerte Arbeitsweise ausgelegt werden (Zerlegung größerer Mengen von Clustern mit gleicher Querschnittsanordnung der Stäbe)· Nach dem festen Aufsetzen der Zerkleinerungseinheit 7 auf den oberen Rand 5d eines Umladeschachtes 5 wird der Umladebehälter 2 auf die Zerkleinerungseinheit 7 aufgesetzt· Durch entsprechende Verzapfungen am unteren Rand des Umladebehälters 2 und am oberen Rand der Zerkleinerungseinheit 7 ist ein maßgerechter Sitz der im Umladebehälter 2 arretierten Clusterstäbe direkt über den Gleitführungen 6b des Bndlagerungsbehälters 6 gewährleistet· Mittels Hebezeug 2b und Spezialgreifer 2a wird der Cluster in die Gleitführungen 6b des Endlagerungsbehälters 6 so eingefahren, daß ein definierter Abstand des Clusters 1 zum Boden des Endlagerungsbehälters 6 eingehalten wird, der der Dicke des oberen Abschirmdeckels 6c entspricht· Durch das Zerkleinerungswerkzeug 7c werden die Clusterstäbe nacheinander vom Cjuster 1 abgetrennt, wobei das Zerkleinerungswerkzeug 7c stufenlos oder in definierten Teilschritten durch den Ring 7b und die Radialverschiebung verfahren wird· Die abgetrennten Clusterstäbe fallen vollständig in die Gleitführungen 6b des Endlagerungsbehälters 6 ein, wo sie fest arretiert sind·

Zum eventuellen Einbringen einer 2. Serie abgetrennter Clusterstäbe in den Endlagerungsbehälter 6 wird der umlade» behälter 2 in den Verzapfungen der Zerkleinerungseinheit 7 um einen definierten Winkelbetrag gedreht (Lösen der Arretierung des Umladebehälters 2 - Drehen und Einrasten in neue Stellung - neue Arretierung)·

Dadurch ist nun der Cluster 1 exakt über den Gleitführungen 6b für die 2· Stabserie positioniert· Der beschriebene Vorgang des Absenkens und Abtrennens der Clusterstäbe wird nun wiederholt. Nach der Füllung des Endlagerungsbehälters werden Umladebehälter 2 und Zerkleinerungseinheit 7 als Einheit im gekoppelten Zustand vom Umladeschacht 5 abgehoben und auf den nächsten Umladeschacht 5 umgesetzt, wo der Zerkleinerungs- und Konfektionierungsschritt wiederholt wird, bis nach mehrfachem Umsetzen der Arbeitseinheit: Umladebe-» halter 2*Zerklein.erungseinheit 7 der Cluster 1 vollständig zerlegt und konfektioniert ist· Die gefüllten Endlagerungsbehälter 6 werden jeweils fernbedient durch Verschieben des oberen Abschirmdeckels 6a in der Gleitführung 6b verschlossen und verbleiben je nach Arbeitsregime der Transporte- zur Endlagerung in den Umladeschächten 5· Zum Abtransport eines Endlagerungsbehälters 6 wird ein Transportcontainer 8 mittels eines Gleiswagens 10 unter den entsprechenden ümladeschacht gefahren· Nachfolgend wird am oberen Abschirmdeckel 6a des Einlagerungsbehälters 6 ein Hebezeug 9 angeschlagen und der untere Abschirmdeckel 5a des Umladeschachtes 5 zur Seite verschoben. Dann wird der Endlagerungsbehälter 6 in den Innenraum des· Transport^ und Abschirmeontainers 8 abgesenkt. Der, Transporteontainer 8 wird mittels Gleiswagen 10 zurückverfahren und mit Hilfe des Hebezeuges 9 durch den Verschlußstopfen 8a dicht verschlossen. Nach dem Anschlagen des Hebezeuges 9 an die Tragzapfen 8c kann der Abtransport des Transportcontainers 8 ins Endlager erfolgen. - Zweckmäßigerweise sind die Abmaße der Endlagerungsbehälter 6 so zu konzipieren, daß als Transportcontainer die für hochaktive Abfallkörper (z.B. für gekapselte oder verglaste Abfälle) eventuell schon vorhandenen Transportcontainer direkt oder in modifizierter Form verwendbar sind, so daß auch die Endlagerung mit den für hochaktive Abfälle vorgesehenen Technologien erfolgen kann. - Der Abtransport des

Transportcontainers 8 erfolgt im Rahmen des beim Anwender bestehenden Transportsystems in das Endlager· Die Entleerung des Transportcontainers 8 kann im Endlager wahlweise nach Entfernung des oberen Verschlußstopfens 8a über einen Umladebehälter oder des unteren Verschlußstopfens 8b direkt in ein Sohlenbohrloch erfolgen.

Claims

Erfindungsanspruch

1· Verfahren zur Behandlung verbrauchter Cluster aus Kernkraftwerken, gekennzeichnet dadurch, daß der Cluster (1) aus der unter Wasser lagernden abgebrannten Brennstoffkassette (4) in einen glockenförmigen Umladebehälter (2) gezogen und dann zu einer Feldanordnung von Umladeschächten

(5) transportiert wird, daß danach auf einen dieser Umladeschächte (5) eine Zerkleinerungseinheit (7) und auf diese Zerkleinerungseinheit (7) der Uwladebehälter (2) aufgesetzt wird, so daß diese beiden Elemente eine Arbeitseinheit bilden, daß anschließend der Cluster (1) in einen im Umladeschacht (-5) befindlichen Endlagerungsbehälter (6) bis zu einem definierten Abstand vom Boden abgesenkt wird, daß danach die Clusterstäbe nacheinander durch die Zerkleineruncseinheit (7) vom Cluster (1) abgetrennt werden und vollständig in den Endlagerungsbehälter

(6) einfallen, daß nach dem Verschließen des Endlagerungsbehälters (6) der Umladebehälter (2) und die Zerkleinerungseinheit (7) als Ganzes im gekoppelten Zustand vom Umlädeschacht (5) abgehoben und auf die nächsten Umladeschächte (5) umgesetzt wird, wo Zerkleinerungs- und Konfektionierungs« schritt wiederholt werden, bis der Cluster (1) vollständig zerlegt ist und daß zum Zwecke des Abtransportes zur Endlagerung der Endlagerungsbehälter (6) aus dem Umladeschacht (5) in einen darunterstehenden Transportcontainer (8) abgesenkt wird.

2· Vorrichtung zur Behandlung verbrauchter Cluster aus Kernkraftwerken, gekennzeichnet dadurch, daß auf einen im Stahlbeton (5c) ausgeführten Umladeschacht (5), der mit einem verschiebbaren unteren Abschirmdeckel (5a) versehen ist, eine Zerkleinerungseinheit (7), die aus einem starren Ober- und Unterteil (7a), einem dazwischen drehbar gelagerten Ring (7b) mit radial verschiebbarem Zerkleinerungswerkzeug (7c), das seinerseits mit einer Beobachtungseinrichtung (7d) gekoppelt ist, mit darüber angeordnetem Umladebehälter (2) lösbar aufgesetzt ist, wobei sich im Umladeschacht (2) ein Endlagerungsbehälter (6) aus korrosionsbeständigem Stahlblech, der einen oberen verschiebbaren Abschirmdeckel (6a) sowie Gleitffihrungeri (6b) für die Clusterstäbe besitzt, befindet und daß unterhalb ₍des Umladeschachtes (5) ein Transportcontainer (8) verfahrbar angeordnet ist. '

Hierzu zwei Blatt Zeichnungen