DE1297774B

DE1297774B - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbereitung der Aufbereitung von Brennstaeben eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE1297774B
Application number: DEL50920A
Authority: DE
Inventors: Walther Hans-Joachim; Jessnitzer Klaus; Meyer-Jungnick; Dr Werner
Original assignee: Leybold Hochvakuum Anlagen GmbH
Current assignee: Leybold Hochvakuum Anlagen GmbH
Priority date: 1965-06-16
Filing date: 1965-06-16
Publication date: 1969-06-19
Also published as: BE682592A; NL6608175A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung der Aufbereitung von aus mehreren, mit oder ohne metallische Schutzhülle versehenen, zu einem Brennelement zusammengefaßten Brennstäben eines Kernreaktors, bei dem das im Kernreaktor senkrecht aufgehängte Brennelement in Vertikalrichtung aus dem Reaktorkern herausgezogen wird und vor chemischen Auflösungsprozessen die Enden des Brennelements mechanisch entfernt werden. Außerdem wird eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angegeben.
Nach der bisher bekannten Verfahrensweise werden die zu einem Brennelement zusammengefaßten Brennstäbe aus dem Reaktorkern herausgezogen, und man entfernt mit Hilfe von fernbedienten Maschinen lediglich die Enden der Brennelemente, während der gesamte übrige Teil, nämlich die Uranstäbe mit dem Umhüllungsmaterial und den Befestigungselementen in chemischen Prozessen aufgelöst werden. Ein derartiges Verfahren ist nachteilig, weil mehrere Bauteile der Brennelemente im chemischen Prozeß aufgelöst werden müssen, welche keine chemische Trennung erfordern. Als Folge davon ergeben sich längere Auflösungszeiten, ein größerer Chemikalienverbrauch, größere Mengen flüssigen radioaktiven Abfalls und damit insgesamt höhere Betriebskosten.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu vermeiden. Es sollen insbesondere nur noch die eigentlichen Brennstäbe im chemischen Auflösungsprozeß weiterverarbeitet werden, wobei das Hüllenmaterial unverändert gelassen wird und die einzelnen Montage- und Verbindungselemente bereits vorher ohne chemische Auflösung als fester Abfall mit geringer Radioaktivität behandelt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem oben beschriebenen Verfahren dadurch gelöst, daß das aus dem Reaktorkern herausgezogene Brennelement auf einem in Vertikalrichtung ausgeschwenkten Schwenkbett einer Trennmaschine unter Abstützung der Brennstäbe aufgespannt wird und daß nachfolgend das Schwenkbett in die horizontale Lage geklappt wird, in der sämtliche die Brennstäbe halternden Kopf- und Zwischenstücke des Brennelements durch mechanische Trennelemente entfernt und nur die Brennstäbe in einem an eine chemische Auflösungsanlage anschließbaren Magazinbehälter durch an sich bekannte Manipuliervorrichtungen befördert werden.
Mit Hilfe dieses Verfahrens wird das Ausmaß des chemischen Auflösungsprozesses stark reduziert und erstreckt sich nur noch auf die Trennung des Kernbrennstoffes vom Hüllenmaterial.
Eine derartige Trennmaschine kann in verschiedener Weise aufgebaut- sein, wobei eine Anpassungsfähigkeit an Brennelemente verschiedenen stabförmigen Typs gegeben sein kann.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es zweckmäßig sein, daß zuerst nacheinander die Kopfstücke der Brennstäbe des Brennelements entfernt und dann die Zwischenstücke herausgetrennt werden. Die Kopfstücke und Zwischenstücke werden als radioaktive Abfallstücke ohne chemische Auflösung entfernt. Damit die Brennstäbe beim Abtrennen der Kopfstücke in definierter Lage gehalten werden, erscheint es zweckmäßig, wenigstens in horizontaler Lage des Schwenkbetts, vorzugsweise jedoch bereits in vertikaler Lage, zusätzliche Arretierelemente zur Arretierung der Brennstäbe anzulegen.
Eine Trennmaschine zur Durchführung des Verfahrens kann zweckmäßig in der Art aufgebaut sein, daß sie ein an einem bankartigen Untergestell einseitig gelagertes Schwenkbett aufweist, auf dem verstellbare Halteelemente und mechanische Trennelemente angeordnet sind. Zur Arretierung der Brennstäbe können vorteilhaft ein oder mehrere Stützelemente, welche längs des Schwenkbetts verschiebbar angeordnet sind, mit angepaßten Arretierelementen zwischen die Brennstäbe eingreifen. Die Zahl der Stützelemente richtet sich nach der Größe und der baulichen Anordnung des Brennelements. Eine besonders zweckmäßige Ausführung kann gegebenenfalls dadurch erreicht werden, daß die Arretierelemente aus jeweils zwei Kammstücken bestehen, die um 90° versetzt angeordnet und als in Zahnrichtung bewegbare Steckteile od. dgl. ausgebildet sind. Diese Kammstücke greifen zwischen die Brennstäbe und bewirken eine sichere Halterung nach dem Abtrennen der Verbindungselemente des Brennelements.
Es kann außerdem zweckmäßig sein, in Verbindung mit dem Untergestell der Trennmaschine einen verschließbaren Magazinbehälter vorzusehen, der die Brennstäbe aufnimmt und der an eine Zerkleinerungsvorrichtung und eine Apparatur zur chemischen Auflösung der Brennstabteile anschließbar ist. Der Anschluß des Magazinbehälters an die Auflösungsvorrichtung kann dabei zweckmäßig so ausgebildet sein, daß die Brennstabteile unter Einwirkung der Schwerkraft in eine Zuführungsleitung eines Auflösungsbehälters fallen.
Hierbei ist an der Anschlußstelle des Magazinbehälters an die Zuführungsleitung die Zerkleinerungsvorrichtung angeordnet, welche die Brennstäbe mechanisch zerkleinert. Eine solche Zerkleinerungsvorrichtung läßt sich günstig als senkrecht zur Bewegungsrichtung der Brennstabteile am Zerkleinerungsort bewegbarer Schneidstempel ausbilden.
An den Aufbau der Trennmaschine werden zusammenfassend folgende grundsätzliche Anforderungen gestellt: Die sehr schweren und sehr empfindlichen Brennelemente müssen auf der Trennmaschine einwandfrei aufgenommen und unterstützt werden. Es ist erforderlich, die Brennelemente um ihre Achse drehen zu können, ohne daß dabei eine Torsionsbeanspruchung innerhalb des Brennelements eintritt. Es muß möglich sein, an verschiedenen Stellen der Brennelemente genaue Quer- und Längsschnitte auszuführen. Die Halterungen und Drehantriebe müssen auch bei den durch die Demontage auftretenden Abmessungsänderungen einwandfrei funktionieren. Außerdem sind sämtliche Bewegungsvorgänge einschließlich der Spann- und Schaltbewegungen fernbedient auszuführen. Empfindliche oder einem Verschleiß unterliegende Bauteile müssen als Austauschteile baugruppenartig gestaltet und fernbedient auswechselbar sein.
Es erscheint zweckmäßig, die Trennmaschine so auszubilden, daß sämtliche durch die mechanischen Trennvorrichtungen erzeugten Schnittstellen mit einer kühlenden bzw. staubbindenden Flüssigkeit beaufschlagt werden können, die in einem geschlossenen Umwälzsystem umgewälzt und gereinigt werden kann.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt; es zeigt F i g. 1 eine Vorderansicht einer Trennmaschine mit ein- und ausgeschwenktem Schwenkbett, F i g. 2 eine Ansicht derselben Trennmaschine mit eingeschwenktem Schwenkbett von der Lagerseite des Schwenkbetts her, F i g. 3 bis 10 eine schematische Darstellung des oben beschriebenen Verfahrens unter Verwendung einer Trennmaschine nach F i g: 1 und 2.
In F i g. 1 und 2 ist eine Trennmaschine mit einem bankartigen Untergestell l sowie einem einseitig um die Schwenkachse 2 schwenkbar gelagerten Schwenkbett 3 dargestellt. Das Schwenkbett 3 kann mit Hilfe einer hydraulischen Antriebsvorrichtung 4 ausgeschwenkt werden. Auf dem Schwenkbett 3 befinden sich Halteelemente 5, 6, welche zum Einspannen der Kopfstücke des Brennelements ausgebildet sind. Zum Antrieb dieser Halteelemente 5, 6 ist ein fernsteuerbarer Antrieb 7 vorgesehen.
An dem Schwenkbett 3 befinden sich außerdem längsverschiebbare mechanische Trennelemente 8, 9, 10, welche mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Bewegungsantrieb versehen und im übrigen nach der Art von rotierenden Schneidwerkzeugen ausgebildet sind und die Schnitte in allen erforderlichen Richtungen - bevorzugt in Quer- und Längsrichtung - ausführen können. Zum Festspannen der Brennstäbe sind zusätzlich Stützelemente 11, 12 und 13 vorgesehen, in die in zueinander senkrechter Bewegungsrichtung jeweils zwei Kammstücke 14,15 (vgl. F i g. 4) einsteckbar sind. Diese Kammstücke 14, 15 greifen derart zwischen die einzelnen Brennstäbe des Brennelements, daß diese auch nach dem Entfernen der im Brennelement vorhandenen Halte-und Verbindungsmittel zur weiteren Bearbeitung sicher festgespannt sind.
Beim Betrieb der Trennmaschine werden die aus dem Reaktorkern senkrecht herausgezogenen Brennelemente zunächst zum Aufstellungsort der Trennmaschine transportiert und in der gestrichelt gezeichneten ausgeschwenkten Lage des Schwenkbetts 3 an den Kopfstücken mit Hilfe der Halteelemente 5 und 6 festgespannt.
Der weitere Ablauf des Verfahrens soll nunmehr unter Bezug auf die F i g. 3 bis 10 erläutert werden. Nachdem ein Brennstoffelement 16 am Schwenkbett 3 aufgenommen und festgespannt ist (F i g. 3), klappt man das Schwenkbett 3 mit Hilfe der hydraulischen Antriebsvorrichtung 4 in die horizontale Bearbeitungslage (F i g. 4).
Nunmehr sind die Kammstücke 14, 15 jeweils an den zugeordneten Stützelementen 11, 12 und 13 einzusetzen, wodurch die einzelnen Brennstäbe des Brennelements 16 gehaltert sind. Mit Hilfe der linken mechanischen Trennvorrichtung 8 wird dann das linke Kopfstück 17 abgeschnitten und ohne chemische Auflösung als fester Abfall von geringer Radioaktivität weiterbehandelt (F i g. 5).
Nunmehr kann auch das rechte Kopfstück 18 mit Hilfe der mechanischen Trennvorrichtung 9 entfernt und in gleicher Weise behandelt werden (F i g. 6). Die Brennstäbe des Brennelements 16 sind dann nur noch durch ein Zwischenstück 19 untereinander verbunden. Dieses Zwischenstück 19 läßt sich durch die beiden mechanischen Trennvorrichtungen 8, 9 beidseitig abtrennen (F i g. 7). Das Zwischenstück 19 wird ebenfalls als fester radioaktiver Abfall behandelt.
Nach Entfernung des Zwischenstücks 19 werden bei der linken Hälfte der Brennstäbe des Brennelements 16 die Kammstücke 14, 15 herausgezogen und die Brennstäbe in einen Magazinbehälter 20 geladen (F i g. 8). In ähnlicher Weise erfolgt die Entnahme der rechten Hälfte der Brennstäbe (F i g. 9).
Wie in F i g. 10 gezeigt, ist der Magazinbehälter 20 an eine Auflösungsvorrichtung 21 zum chemischen Auflösen der Brennstabteile anschließbar, und der Anschluß des Magazinbehälters 20 ist so ausgebildet, daß die Brennstabteile unter der Einwirkung der Schwerkraft in eine Zuführungsleitung 22 eines Auflösungsbehälters 23 fallen. In diesem Auflösungsbehälter 23 befindet sich ein bekanntes chemisches flüssiges Lösungsmittel, und die Weiterverarbeitung der Lösung erfolgt nach den zum Stande der Technik gehörenden Verfahren. Zur schnelleren Auflösung des in den Brennstäben enthaltenen Brennstoffs ist an der Anschlußstelle des Magazinbehälters 20 eine Zerkleinerungsvorrichtung 24 vorgesehen, in der ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Brennstäbe am Zerkleinerungsort bewegbarer Schneidstempel25 eine Zerkleinerung der Brennstäbe ausführt. Der Antrieb des Schneidestempels läßt sich in verschiedener Weise ausführen.
Bei mit käfigartigem Mantel versehenen Brennelementen erscheint es zweckmäßig, zunächst den Mantel an einer Einspannseite abzutrennen und dann die Brennstäbe aus dem Mantel herauszuziehen oder den Mantel von den Brennstäben abzuziehen. Der Mantel wird dabei als fester Abfall von geringer Radioaktivität behandelt.
Außerdem kann man im Bereich der Bearbeitungsstellen Zuführungselemente für eine Kühl- bzw. staubbindende Flüssigkeit vorsehen und diese Flüssigkeit in einem geschlossenen Umwälzsystem umwälzen und reinigen.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Vorbereitung der Aufbereitung von aus mehreren mit oder ohne metallische Schutzhülle versehenen, zu einem Brennelement zusammengefaßten Brennstäben eines Kernreaktors, bei dem das im Kernreaktor senkrecht aufgehängte Brennelement in Vertikalrichtung aus dem Reaktorkern herausgezogen wird und vor chemischen Auflösungsprozessen die Enden des Brennelements mechanisch entfernt werden, da -durch gekennzeichnet, daß das aus dem Reaktorkern herausgezogene Brennelement auf einem in Vertikalrichtung ausgeschwenkten Schwenkbett einer Trennmaschine unter Abstützung der Brennstäbe aufgespannt wird und daß nachfolgend das Schwenkbett in die horizontale Lage geklappt wird, in der sämtliche die Brennstäbe halternden Kopf- und Zwischenstücke des Brennelementes durch mechanische Trennelemente entfernt und nur die Brennstäbe in einen an eine chemische Auflösungsanlage anschließbaren Magazinbehälter durch an sich bekannte Manipuliervorrichtungen befördert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst nacheinander die Kopfstücke der Brennstäbe des Brennelementes entfernt und dann die Zwischenstücke herausgetrennt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens in horizontaler Lage des Schwenkbettes zusätzlich Arretierelemente zur Arretierung der Brennstäbe angelegt werden.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein an einem bankartigen Untergestell 1 einseitig gelagertes Schwenkbett 3 aufweist, auf dem verstellbare Halteelemente 5, 6 und mechanische Trennelemente 8, 9, 10 angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Arretierung der Brennstäbe ein oder mehrere Stützelemente (11,12,13) längs des Schwenkbettes (3) verschiebbar angeordnet sind, welche mit anpaßbaren Arretierelementen zwischen die Brennstäbe eingreifen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretierelemente aus jeweils zwei Kammstücken (14,15) bestehen, die um 90° versetzt angeordnet und in Zahnrichtung bewegbar ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Untergestell (1) verbindbarer verschließbarer Magazinbehälter (20) vorgesehen ist, der die Brennstäbe aufnimmt und an eine Auflösungsvorrichtung (21) zur chemischen Auflösung der Brennstäbe anschließbar ist. B.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß des Magazinbehälters (20) an die Auflösungsvorrichtung (21) derart ausgebildet ist, daß die Brennstäbe aus dem Magazinbehälter unter Einwirkung der Schwerkraft in eine Zuführungsleitung (22) eines Auflösungsbehälters (23) fallen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Anschlußstelle des Magazinbehälters (20) an die Zuführungsleitung (22) eine Zerkleinerungsvorrichtung (24) angeordnet ist, welche die Brennstäbe mechanisch zerkleinert.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerkleinerungsvorrichtung (24) als ein senkrecht zur Bewegungsrichtung der Brennstäbe am Zerkleinerungsort bewegbarer Schneidstempel (25) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der mechanischen Bearbeitungsstellen Zuführungselemente für eine Kühl- bzw. staubbindende Flüssigkeit angebracht sind, wobei diese Flüssigkeit in einem geschlossenen Umwälzsystem umgewälzt und gereinigt wird.