DE102004049236A1

DE102004049236A1 - Transport- und/oder Lagerbehälter für Brennelemente

Info

Publication number: DE102004049236A1
Application number: DE102004049236A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Dipl.-Phys. Sowa
Original assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Current assignee: GNS Gesellschaft fuer Nuklearservice mbH
Priority date: 2004-10-09
Filing date: 2004-10-09
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-10
Also published as: JP2006113059A; DE102004049236B4

Abstract

Transport- und/oder Lagerbehälter für Brennelemente mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Tragkorb. Der Tragkorb weist eine Mehrzahl von Aufnahmeschächten für die Brennelemente auf. Ein Teil der Aufnahmeschächte ist mit Neutronenmoderatormaterial statt mit Brennelementen gefüllt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Transport- und/oder Lagerbehälter für Brennelemente, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Tragkorb, wobei der Tragkorb eine Mehrzahl von Aufnahmeschächten für die Brennelemente aufweist. – Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der Transport- und/oder Lagerbehälter für die Aufnahme von abgebrannten Brennelementen vorgesehen ist. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, dass jeder Aufnahmeschacht des Tragkorbes für die Aufnahme eines Brennelementes vorgesehen ist.

Transport- und/oder Lagerbehälter der eingangs genannten Art sind in verschiedenen Varianten bekannt. Grundsätzlich ist es auch bekannt im oder am Behälterkörper neutronenmoderierendes Material bzw. Neutronenmoderatormaterial unterzubringen. Bei den bekannten Behältern bereitet aber die Anordnung und die Anpassung des Neutronenmoderatormaterials an die Neutronenquellstärken der aufgenommenen Brennelemente häufig Probleme.

Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde einen Transport- und/oder Lagerbehälter der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem eine einfache, zügige und funktionssichere Anpassung des Neutronenmoderatormaterials an die Neutronenquellstärken der aufgenommenen Brennelemente möglich ist.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen Transport- und/oder Lagerbehälter für Brennelemente, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Tragkorb, wobei der Tragkorb eine Mehrzahl von Aufnahmeschächten für die Brennelemente aufweist und wobei ein Teil der Aufnahmeschächte mit Neutronenmoderatormaterial statt mit Brennelementen gefüllt ist. Zweckmäßigerweise ist ein nicht mit Neutronenmoderatormaterial gefüllter Auf nahmeschacht des Tragkorbes für die Aufnahme eines einzigen Brennelementes eingerichtet.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass sich die Aufnahmeschächte des Tragkorbes bzw. die Wände dieser Aufnahmeschächte über die Höhe des Behälterinnenraumes erstrecken bzw. sich im Wesentlichen über die Höhe des Behälterinnenraumes erstrecken. Die Wände eines Aufnahmeschachtes sind nach einer bevorzugten Ausführungsform rechtwinklig bzw. im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Aufnahmeschächte im Querschnitt rechteckig, insbesondere quadratisch ausgebildet. Bei den Aufnahmeschächten handelt es sich dann also gleichsam um langgestreckte Quader. – Dass ein Aufnahmeschacht mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt ist, meint im Rahmen der Erfindung, dass das Neutronenmoderatormaterial im Aufnahmeraum zwischen den Schachtwänden vorzugsweise zwischen den vier Schachtwänden des Aufnahmeschachtes angeordnet ist. Zweckmäßigerweise entsprechen die Aufnahmeschächte für das Neutronenmoderatormaterial in Größe bzw. Volumen und/oder Form den Aufnahmeschächten für die Brennelemente.

In den Aufnahmeschächten des erfindungsgemäßen Behälters werden zumindest teilweise Uran-Brennelemente aufgenommen. Nach sehr bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung ganz besondere Bedeutung zukommt sind die in den Aufnahmeschächten aufgenommenen Brennelemente aber zumindest teilweise Mischoxid-Brennelemente (MOX-Brennelemente). Diese MOX-Brennelemente enthalten in der Regel neben Uran bis zu 5 Gew.-% Plutonium und weisen eine hohe Neutronenquellstärke auf. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass lediglich ein Teil der in dem Behälter aufgenommenen Brennelemente aus MOX-Brennelementen besteht. Vorzugsweise besteht der Rest der vom Behälter aufgenommenen Brennelementen dann aus Uran- Brennelementen. Zweckmäßigerweise sind 10 bis 60 %, bevorzugt 15 bis 55 % der aufgenommenen Brennelemente MOX-Brennelemente.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter zur Aufnahme von Druckwasserreaktor-Brennelementen (DWR-Brennelementen) vorgesehen, wobei der Tragkorb 15 bis 40, vorzugsweise 15 bis 35 und bevorzugt 15 bis 30 Aufnahmeschächte aufweist und wobei 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 5 dieser Aufnahmeschächte mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind. Der Rest der Aufnahmeschächte ist dann mit DWR-Brennelementen gefüllt, wobei bevorzugt ein Teil dieser Aufnahmeschächte mit MOX-Brennelementen gefüllt ist. Der erfindungsgemäße Behälter für DWR-Brennelemente weist nach einer bevorzugten Ausführungsform 16 bis 37 Aufnahmeschächte auf und 2 bis 4 dieser Aufnahmeschächte sind mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter zur Aufnahme von Siedewasserreaktor-Brennelementen (SWR-Brennelemente) vorgesehen, wobei der Tragkorb 45 bis 100, vorzugsweise 50 bis 90 und bevorzugt 50 bis 80 Aufnahmeschächte für die SWR-Brennelemente aufweist und wobei 4 bis 20, vorzugsweise 6 bis 18 Aufnahmeschächte mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind. Der Rest der Aufnahmeschächte ist dann mit SWR-Brennelementen gefüllt, wobei bevorzugt ein Teil dieser Aufnahmeschächte mit MOX-Brennelementen gefüllt ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Behälter für die Aufnahme von SWR-Brennelementen 55 bis 75 Aufnahmeschächte auf und es sind 12 bis 16 dieser Aufnahmeschächte mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt.

Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Teil der mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte am Rand des Tragkorbes angeordnet. Aufnahmeschächte am Rand des Tragkorbes meint die Aufnahmeschächte, die zumindest bereichsweise bzw. zumindest an einer Seite nicht an einen weiteren Aufnahmeschacht angrenzen sondern – gegebenenfalls unter Zwischenschaltung anderer Komponenten bzw. Elemente an den Behältermantel angrenzen. Zweckmäßigerweise sind zumindest 75 %, vorzugsweise zumindest 80 % und sehr bevorzugt zumindest 90 % der mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte am Rand des Tragkorbes angeordnet. Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass alle mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte am Rand des Tragkorbes angeordnet sind.

Zweckmäßigerweise sind die mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte zu mindestens 80 %, vorzugsweise zu mindestens 90 % und bevorzugt zu mindestens 95 % ihres Volumens mit dem Neutronenmoderatormaterial gefüllt. Sehr bevorzugt ist eine Ausgestaltung der Erfindung bei der die mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte jeweils vollständig mit dem Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind.

Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Aufnahmeschächte mit Neutronenmoderatorblöcken gefüllt. Neutronenmoderatorblöcke meint dabei kompakte bzw. zusammenhängende Aggregate bzw. Blöcke aus Neutronenmoderatormaterial. Ein Neutronenmoderatorblock ist also gleichsam als ein einziges Element handhabbar und in einen Aufnahmeschacht einbringbar. Zweckmäßigerweise ist ein mit Neutronenmoderatormaterial gefüllter Aufnahmeschacht mit einem einzigen Neutronenmoderatorblock gefüllt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Neutronenmoderatormaterial aus Graphit und/oder Titanhydrid besteht. Zweckmäßigerweise wird als Neutronenmoderatormaterial bzw. als Neutronenmoderatorblock gekapseltes Graphit und/oder gekapseltes Titanhydrid eingesetzt.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass das Neutronenmoderatormaterial in einem Bereich bzw. in Bereichen des Tragkorbes angeordnet wird, die die Neutronen-Dosisleistung im 2 m-Abstand vom Behälteraußenmantel wesentlich bestimmen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem erfindungsgemäßen Behälter eine sehr effektive und flexible Anpassung des Neutronenmoderatormaterials an die Neutronenquellstärken der zu transportierenden bzw. der zu lagernden Brennelemente möglich ist. Grundsätzlich können bereits vorhandene bzw. handelsübliche Behälter durch konkrete Zusatzmaßnahmen auf relativ einfache Weise zu erfindungsgemäßen Behältern umgerüstet werden. Im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Behältern können bei dem erfindungsgemäßen Behälter mehrere Brennelemente mit höherer Neutronenquellstärke problemlos eingebracht werden und zwar unter Beibehaltung der Dosisleistungsgrenzwerte. Besonders geeignet ist ein erfindungsgemäßer Behälter für die Aufnahme von MOX-Brennelementen. Der Erfindung liegt insoweit die Erkenntnis zugrunde, dass eine sehr effektive und funktionssichere Neutronenmoderation auch bei Behältern möglich ist, die teilweise MOX-Brennelemente enthalten, wenn einzelne Aufnahmeschächte des Tragkorbes mit Neutronenmoderatormaterial bzw. mit Neutronenmoderatorblöcken gefüllt sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 einen Schnitt durch den Tragkorb eines erfindungsgemäßen Behälters,
2 den Gegenstand gem. 1 in einer anderen Ausführungsform und
3 den Gegenstand aus 2 in einer weiteren Ausführungsform.
Die Figuren zeigen jeweils einen Schnitt durch den Tragkorb 1 eines erfindungsgemäßen Behälters für den Transport und/oder die Lagerung von nicht dargestellten Brennelementen. Der im Behälterinnenraum angeordnete Tragkorb 1 weist eine Mehrzahl von Aufnahmeschächten 2 auf, die größtenteils für die Aufnahme der Brennelemente vorgesehen sind. In der Regel ist dabei jeder dieser Aufnahmeschächte 2 für die Aufnahme eines Brennelementes vorgesehen. Erfindungsgemäß ist ein Teil der Aufnahmeschächte 2 statt mit Brennelementen mit Neutronenmoderatormaterial in Form von Neutronenmoderatorblöcken 3 gefüllt. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 sind lediglich zwei Aufnahmeschächte 2 mit jeweils einem Neutronenmoderatorblock 3 gefüllt. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind insgesamt vier Aufnahmeschächte 2 mit jeweils einem Neutronenmoderatorblock 3 gefüllt. In den Figuren ist erkennbar, dass nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung die Neutronenmoderatorblöcke 3 am Rand des Tragkorbes 1 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Neutronenmoderatorblöcke 3 im Ausführungsbeispiel nach den 1 bis 3 allesamt in den äußersten Aufnahmeschächten 2 angeordnet, die dem nicht dargestellten Behältermantel benachbart sind. Nach sehr bevorzugter Ausführungsform der Erfindung handelt es sich also bei allen mit Neutronenmoderatormaterial bzw. mit Neutronenmoderatorblöcken 3 gefüllten Aufnahmeschächten 2 um die äußersten Aufnahmeschächte 2 des Tragkorbes 1.

Claims

Transport- und/oder Lagerbehälter für Brennelemente, mit einem im Behälterinnenraum angeordneten Tragkorb (1), wobei der Tragkorb (1) eine Mehrzahl von Aufnahmeschächten (2) für die Brennelemente aufweist und wobei ein Teil der Aufnahmeschächte (2) mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt ist.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach Anspruch 1, wobei die in den Aufnahmeschächten (2) aufgenommenen Brennelemente zumindest teilweise Mischoxid-Brennelemente (MOX-Brennelemente) sind.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Behälter zur Aufnahme von Druckwasser-Brennelementen (DWR-Brennelementen) vorgesehen ist, wobei der Tragkorb (1) 15 bis 40, vorzugsweise 15 bis 35 und bevorzugt 15 bis 30 Aufnahmeschächte (2) aufweist und wobei 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 5 Aufnahmeschächte (2) mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Behälter zur Aufnahme von Siedewasserreaktor-Brennelementen (SWR-Brennelementen) vorgesehen ist, wobei der Tragkorb (1) 45 bis 100, vorzugsweise 50 bis 90 und bevorzugt 50 bis 80 Aufnahmeschächte (2) aufweist und wobei 4 bis 20, vorzugsweise 6 bis 18 Aufnahmeschächte (2) mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zumindest ein Teil der mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte (2) am Rand des Tragkorbes (1) angeordnet ist.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die mit Neutronenmoderatormaterial gefüllten Aufnahmeschächte (2) zu mindestens 80 %, vorzugsweise zu mindestens 90 % und bevorzugt zu mindestens 95 % ihres Volumens mit Neutronenmoderatormaterial gefüllt sind.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Aufnahmeschächte (2) mit Neutronenmoderatorblöcken (3) gefüllt sind.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Neutronenmoderatormaterial aus Graphit und/oder Titanhydrid besteht.
Transport- und/oder Lagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Neutronenmoderatormaterial in einen Bereich bzw. in Bereichen des Tragkorbes (1) angeordnet wird, die die Neutronen-Dosisleistung im 2 m-Abstand vom Behältermantel im Wesentlichen bestimmt.