DE19628362C1 - Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen und Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraft­ werken in metallischen Abschirmbehältern, wobei die abge­ brannten Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen, wobei die abgebrannten Brennelemente in Brennelementauf­ nahmekörbe eingestellt sind und Neutronenabsorber vorhanden sind. Die Erfindung betrifft fernerhin Neutronenabsorber für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Lagerung meint im Rahmen der Erfindung insbesondere die Zwischen­ lagerung der abgebrannten Brennelemente. Die Steuerstabfüh­ rungsrohre 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 Abschirmbe­ hälter eingestellt. Der Positionierung der Brennelemente kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da die Unterkriti­ kalität beim Transport und bei der Lagerung gewährleistet werden muß. Um die Unterkritikalität sicherzustellen, werden die abgebrannten Brennelemente im Abschirmbehälter mit Hilfe eines Tragkorbes fixiert, wobei je nach Beladung gegebenenfalls zusätzliche Spalte, sogenannte Wasserspalte, zwischen den Brennelementen eingehalten werden müssen.

Ein bekanntes Verfahren der eingangs genannten Art, von dem die Erfindung ausgeht (DE 34 13 393 C2) arbeitet mit Transport- und/oder Lagerbehältern, die einen Einsatzkorb zur Aufnahme der Brennelemente aufweisen. In dem Einsatz­ korb sind Schächte aus untereinander verzahnt zusammenge­ steckten Platten ausgebildet. Die Platten sind mit einem Neutronenabsorber versehen. Bei diesem bekannten Verfahren läßt die Neutronenabsorption jedoch zu wünschen übrig. Bekannt ist fernerhin ein Verfahren (DE 30 27 166 A1), das mit einem Transportbehälter arbeitet, der mit einem Einsatz ausgerüstet ist, welcher Einsatz quadratische Zellen aus einem neutronenabsorbierenden Material zur Aufnahme der Brennstoffelemente aufweist. Auch hier die ist Neutronenab­ sorption verbesserungsbedürftig. Das gilt auch für ein ähn­ liches bekanntes Verfahren bzw. einen ähnlichen bekannten Transportbehälter (US 5 373 540).

Fernerhin ist es bekannt (DE 32 09 605 A1) zylindrische Stäbe aus einem Neutronenmoderator in Bohrungen der Wandung eines Lagerbehälters einzusetzen. Die Neutronenabschirmung ist jedoch verbesserungsbedürftig. - Außerdem sind weitere Maßnahmen zur Ausrüstung von Abschirmbehältern mit Neutro­ nenabsorbern bekannt (vgl. DE 21 57 133 C1, DE 28 56 620 C2). Die insoweit bekannten Maßnahmen haben sich bewährt, sind aber nichtsdestoweniger verbesserungsfähig.

Der Erfindung liegt zunächst das technische Problem zu­ grunde, bei einem Transport und bei der Lagerung der abge­ brannten Brennelemente die Neutronenabsorption zu verein­ fachen und zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung, ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren, in die Steuerstabführungsrohre der ausgebrannten Brennelemente an­ gepaßte Neutronenabsorber einzuführen und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronenabsorbern in die Brennele­ mentaufnahmekörbe 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 ange­ paßt 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 da­ von ohne weiteres eine zusätzliche Funktion erfüllen können, nämlich die, Absorbermaterial für die Neutronenab­ sorption 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.

Das technische Problem der Erfindung besteht auch darin, Neutronenabsorber anzugeben, die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind. Dazu gehören Neutronen­ absorber, 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 kön­ nen aber auch aus mit dem Absorbermaterial angereichertem, 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 vorste­ henden Ausführungen angereicherten Aluminiumstäben, die in einem in die Steuerstabführungsrohre eingepaßten Hüllrohr, vorzugsweise einem Hüllrohr wie oben beschrieben, ange­ ordnet sind.

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 Deckel­ system, teilweise aufgeschnitten, mit Brennele­ mentaufnahmekorb und eingesetzten, abgebrannten Brennelementen,

Fig. 2 in weiterer Schematisierung sowie in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab die Drauf­ sicht 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 und

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes der Fig. 5.

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, Themen­ blatt "Betrieb des Brennelement-Zwischenlagers Ahaus", Stand 03.1996 verwiesen. Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auch auf andere als in der Firmen­ druckschrift 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 Quer­ schnitt ist in weihe und in schraffierte Felder 6 bzw. 7 aufgeteilt. Die weißen Felder 6 kennzeichnen die Brennstab­ positionen des Brennelementes 5. Die schraffierten Felder 7 kennzeichnen die Position der Steuerstabführungsrohre 8. Dem Schema der Fig. 2 sind die Steuerstabe 9 zugeordnet, die in den Fig. 3 und 4 in der Ansicht bzw. in der Drauf­ sicht erkennbar sind. Die Steuerstäbe 9 bilden das Steuer­ element 10, welches den Brennelementen 5 mit dem in Fig. 2 erläuterten Querschnitt zugeordnet ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein einzelnes Steuerstabführungs­ rohr 8 jeweils im Längsschnitt und unter dem Längsschnitt im Querschnitt. Man erkennt, daß diese Steuerstabführungs­ rohre 8 der abgebrannten Brennelemente 5 eingepaßte zylin­ drische Neutronenabsorber 11 aufweisen. Die Brennelemente 5 mit den eingeführten Neutronenabsorbern 11 werden in die Brennelementaufnahmekörbe 4 der Abschirmbehälter 1 einge­ stellt, wozu auf die Fig. 1 verwiesen wird. Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 5 als auch bei der Ausführungs­ form nach Fig. 6 besteht der Neutronenabsorber 11 aus einem in ein Steuerstabführungsrohr 8 eingepaßten Hüllrohr 12, welches 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 ist. Als Absorbermaterial kommen vorzugsweise Bor oder Borverbindungen in Frage.

Claims (5)

1. Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrann­ ten Brennelementen aus Kernkraftwerken in metallischen Ab­ schirmbehältern, wobei die abgebrannten Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen, die abgebrannten Brennelemente in Brennelementaufnahmekörbe eingestellt sind und Neutronenabsorber vorhanden sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Steuerstabführungsrohre der abgebrannten Brennelemente eingepaßte zylindrische Neutro­ nenabsorber eingeführt und die Brennelemente mit den einge­ führten Neutronenabsorbern in die Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbehälter eingestellt werden.

2. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem in die Steuerstabfüh­ rungsrohre eingepaßten Hüllrohr, vorzugsweise einem Edel­ stahlhüllrohr, welches mit Absorbermaterial in Form von Pulver oder Pellets gefüllt ist.

3. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mit dem Absorbermate­ rial angereicherten, in die Steuerstabführungsrohre einge­ paßten Edelstahlstab.

4. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus mit dem Absorbermaterial an­ gereicherten Aluminiumstäben, die in einem in die Steuer­ stabführungsrohre eingepaßten Hüllrohr angeordnet sind.

5. Neutronenabsorber nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß Bor oder Borverbindungen als Absorbermaterial eingesetzt sind.