DE19632678A1 - Verfahren zum Lagern eines bestrahlten Kernreaktorbrennelements - Google Patents

Description

Aus DOE/RW-0476, "OCRWM Bulletin", Sommer 1995, insbesondere Seite 1 bis 3 und 15, ist es bekannt, einen Korb, der mehrere abgebrannte Kernreaktorbrennelemente enthält, in einen Kani­ ster einzusetzen. Dieser Kanister ist hohlzylinderförmig und hat an einem Kanisterunterende einen Kanisterboden und an ei­ nem Kanisteroberende eine Kanisteröffnung, in der eine Ab­ schirmplatte angeordnet ist. Die Kanisteröffnung wird mit ei­ nem die Abschirmplatte abdeckenden plattenförmigen Innendec­ kel und einem diesen Innendeckel abdeckenden plattenförmigen Außendeckel dicht verschlossen. Der dicht verschlossene Kani­ ster soll nicht mehr geöffnet werden, so daß mit den Kernre­ aktorbrennelementen als solche nicht mehr hantiert zu werden braucht. Der Kanister mit den in dem Korb befindlichen Kern­ reaktorbrennelementen wird in einen faßartigen Transferbehäl­ ter eingesetzt, um in diesem Transferbehälter zu einem Zwi­ schenlager mit Betonabschirmung für den Kanister und von die­ sem Zwischenlager wegtransportiert zu werden. Der Kanister mit den abgebrannten Kernreaktorbrennelementen kann aber auch in einem geologischen Endlager deponiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren weiterzubilden, indem eine Betonabschirmung für das Zwischenlager vermieden und das Erstellen des Zwischenlagers kostengünstig gestaltet wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung in einem Ver­ fahren zum Lagern eines bestrahlten Kernreaktorbrennelements, das unter Wasser in einem Becken in den Innenraum eines Transferbehälters eingesetzt wird, der anschließend mit einem Deckel gasdicht verschlossen wird und der sodann außerhalb des Beckens abgestellt und mit Wasser umgeben wird.

Zur Vermeidung von Korrosion ist es günstig, wenn der Trans­ ferbehälter nach dem Verschließen mit dem Deckel und nach Entfernen des Wassers aus dem Behälterinnenraum innen ge­ trocknet wird.

Das Wasser, mit dem der Transferbehälter außerhalb des Bec­ kens umgeben wird, vermindert ganz erheblich den sogenannten Skyshine-Effekt, der darin besteht, daß insbesondere von ei­ ner Strahlungsquelle ausgehende Gammastrahlung zu einem nicht unerheblichen Teil in der Atmosphäre gestreut und reflektiert wird.

Günstig ist es, wenn der Transferbehälter in einem zusätzli­ chen Becken unter Wasser abgestellt wird. Dieses zusätzliche Becken benötigt keine besondere Betonabschirmung, sondern es genügt, eine Abschirmung lediglich als reinen Wetterschutz auszubilden. Ein zusätzliches Becken mit Wasser kann ohne weiteres und mit verhältnismäßig geringen Kosten sogar in un­ mittelbarer Nachbarschaft eines Kernkraftwerkes auf dem Ge­ lände dieses Kernkraftwerkes z. B. als Zwischenlager erstellt werden.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen Kanister mit bestrahltem Kernreaktorbrennelement.

Fig. 2 zeigt im Längsschnitt einen Transferbehälter mit mehreren Kanistern entsprechend Fig. 1.

Fig. 3 zeigt im Längsschnitt ein Zwischenlager für Trans­ ferbehälter entsprechend Fig. 2.

Fig. 4 bis 8 zeigen weitere, schematisch dargestellte Aus­ bildungen des Zwischenlagers.

Der langgestreckte Kanister 2 aus nicht rostendem Stahl nach Fig. 1 ist an einem Unterende mit einem Kanisterboden abge­ schlossen und wurde in einem als Brennelementlagerbecken die­ nenden Becken unter Wasser mit einem einzelnen abgebrannten Kernreaktorbrennelement beladen. Danach wurde das Wasser aus dem Kanister 2 abgezogen, sodann wurde der Kanister 2 innen getrocknet und schließlich mit Inertgas befüllt und ver­ schlossen. In diesem Kanister 2 befindet sich somit ein ein­ zelnes bestrahltes Kernreaktorbrennelement 3. Dieses Kernre­ aktorbrennelement 3 weist einen Brennelementkopf 3a und einen Brennelementfuß 3b auf, die beide gleichen quadratischen Querschnitt haben. Ferner hat dieses Kernreaktorbrennelement Steuerstabführungsrohre 3c, die an einem Ende am Brennele­ mentkopf 3a und am anderen Ende am Brennelementfuß 3b festge­ schraubt sind. Außerdem sind gitterförmige Abstandhalter 3d erkennbar mit Gittermaschen, durch die jeweils ein Steuer­ stabführungsrohr 3c oder ein Kernbrennstoff enthaltender Brennstab 3e geführt ist. Während die Steuerstabführungsrohre 3c formschlüssig an den gitterförmigen Abstandhaltern 3d ge­ haltert sind, sind die Brennstäbe 3e in den Gittermaschen der gitterförmigen Abstandhalter 3b kraftschlüssig gehaltert, d. h. sie werden jeweils in einer Gittermasche durch Federn gehalten, die an der einen Wand der Gittermasche ausgebildet sind und den in dieser Gittermasche befindlichen Brennstab gegen starre Noppen an anderen Wänden der Gittermasche pres­ sen.

Eine Öffnung am Oberende des Kanisters 2 ist mit einem Kani­ sterdeckel 5 verschlossen, der mit der Innenseite der Kani­ sterwand dieses Kanisters 2 gasdicht verschweißt ist. Der In­ nenraum des Kanisters 2 ist mit Inertgas, z. B. Stickstoff oder Edelgas, wie Argon oder Helium gefüllt.

Ein Transferbehälter 7 nach Fig. 2 ist mit Kanistern 2 ent­ sprechend Fig. 1 aufgefüllt. Diese Kanister 2 stehen aufrecht und mit paralleler Längsachse nebeneinander. Der Transferbe­ hälter 7 ist mit einem Behälterdeckel 8 gasdicht verschlos­ sen. Transferbehälter 7 und Behälterdeckel 8 schirmen die von dem Kernreaktorbrennelement 2 ausgehende radioaktive Strah­ lung weitestgehend ab.

Der Behälterdeckel 8 ist lose in die Öffnung am Oberende des Transferbehälters 7 eingelegt, ruht auf einer Schulter an der Innenseite der Wand des Behälters 7 und ist durch einen an der Schulter eingelegten Dichtungskörper 9 abgedichtet und durch einen am Transferbehälter 7 festgeschraubten Zusatzdec­ kel 11 abgedeckt.

Durch den Behälterdeckel 8 und in den Zusatzdeckel 11 greift ein Rohr 10 mit einem Ventil auf der Außenseite dieses Behäl­ terdeckels 8. Durch dieses Rohr 10 wurde im als Brennelement­ lagerbecken eines Kernkraftwerks dienenden Becken, in dem auch der Transferbehälter 7 beladen und verschlossen wurde, Wasser aus dem Behälterinnenraum abgesaugt und Inertgas, wie Stickstoff oder Edelgas, z. B. Argon oder Helium, in den ge­ trockneten Behälterinnenraum eingefüllt. Nach dem Einfüllen dieses Inertgases wurde das Ventil am Rohr 10 auf der Außen­ seite des Behälterdeckels 8 verschlossen.

In Fig. 3 ist im Längsschnitt ein zusätzliches Becken erkenn­ bar, das ein auf dem Gelände des Kernkraftwerks befindliches Zwischenlager darstellt. Dieses zusätzliche Becken ist mit einem im wesentlichen lediglich als Wetterschutz ausgebilde­ ten Dach 21 abgedeckt.

Als Transferbehälter ist beispielsweise ein Behälter mit der Handelsbezeichnung "Castor" der Gesellschaft für Nuklear-Be­ hälter mbH, D-45127 Essen, geeignet. Dieser Behälter hat eine Wanddicke von 30 cm bis 50 cm und besteht aus Sphäroguß (Gußeisen mit Kugelgraphit - DIN 1693), während sein Behäl­ terdeckel ein Doppeldeckelsystem aus Edelstahl ist, das mit dem Behälterkörper verschraubt ist. In der Behälterwand be­ finden sich Moderatorstäbe z. B. aus schnelle Neutronen mode­ rierendem Kunststoff wie z. B. Polyäthylen, während der Behäl­ terdeckel und der Behälterboden mit einer Moderatorplatte z. B. aus dem genannten Kunststoff bedeckt sind.

Im mit Wasser gefüllten zusätzlichen Becken 20 sind fünf Transferbehälter entsprechend Fig. 2 erkennbar, die in verti­ kaler Längsachse und im Abstand voneinander nebeneinander an­ geordnet sind. Außerdem ist im Becken 20 ein Wärmetauscher 23 einer Kühlvorrichtung für Wasser erkennbar, das sich im Bec­ ken 20 befindet und das die Transferbehälter 7 außer am Be­ hälterboden außen umschließt. Dieses Wasser hält insbesondere Gammastrahlung zurück, die von den Transferbehältern 7 aus­ geht. Diese Gammastrahlung ist zwar pro Behälter sehr gering, kann aber - wenn viele Transferbehälter im Zwischenlager ge­ lagert sind - eine nicht unwesentliche Gesamtstärke errei­ chen.

Deshalb können im Zwischenlager nach Fig. 3 die Transferbe­ hälter 7 beliebig lange gelagert werden. Die innerhalb der Transferbehälter 7 frei werdende, vom Kernbrennstoff der Kernreaktorbrennelemente 3 ausgehende Zerfallswärme wird durch den Wärmetauscher 22 einer Kühleinrichtung für das Was­ ser 23 im Becken 20 abgeführt.

Somit sind im Zwischenlager nach Fig. 3 der Pegel radioakti­ ver Strahlung und die Temperatur sehr niedrig, so daß dieses Zwischenlager ohne weiteres jederzeit begehbar ist.

Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, können einzelne oder auch mehrere Transferbehälter 7 in einer mit Gas, insbesondere Luft, gefüllten Glocke 25 unter Wasser auf dem Boden des Bec­ kens 20 abgestellt sein. Die Transferbehälter stehen dann un­ ter dieser Glocke 25 weitestgehend in trockener Umgebung, was die Überwachung der Dichtheit des Behälterdeckels 8 und des Zusatzdeckels 11 der Transferbehälter 7 erleichtert.

In Fig. 6 ist jeder Transferbehälter 7 im Becken 20 in einem eigenen vertikalen, oben offenen Schacht 26 abgesetzt, der mit Wasser gefüllt bleibt, wenn in der Wand des Beckens 20 ein Leck auftritt.

In Fig. 7 und 8 sind drei Transferbehälter 7 zwischen zwei Wärmetauschern 22 einer Kühlanlage zum Kühlen des Wassers im Becken 20 abgestellt. Wie Fig. 8 verdeutlicht, kann nach Was­ serverlust im Becken 20 eine Luftkühlung der Transferbehälter 7 durch Naturzug 28 in Gang kommen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Lagern eines bestrahlten Kernreaktorbrenn­ elements (3), das unter Wasser in einem Becken in einen Transferbehälter (7) eingesetzt wird, der anschließend mit einem Deckel (8, 11) gasdicht verschlossen wird und der sodann außerhalb des Beckens abgestellt und mit Wasser umgeben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Transferbehälter (7) nach dem Verschließen mit dem Deckel (8, 11) und nach Ent­ fernen des Wassers aus dem Behälterinnenraum innen getrocknet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Transferbe­ hälter (7) in einem zusätzlichen Becken (20) unter Wasser (23) abgestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Transferbehälter (7) in einer mit Gas, insbesondere Luft, gefüllten Glocke be­ findlich auf dem Boden des zusätzlichen Beckens (20) abge­ stellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Transferbehälter (7) in einem zum Boden des zusätzlichen Beckens (20) vertika­ len und oben offenen Schacht (26) abgesetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem ein das Kernreaktor­ brennelement (3) enthaltender, gasdicht verschlossener Kani­ ster (2) in den Transferbehälter (7) eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem das Wasser (23) im zusätzlichen Becken (20) mit einer Kühlvor­ richtung gekühlt oder durch kälteres Wasser ausgetauscht wird.