DE19708899A1 - Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen und Neutronenabsorbern für die Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken, welche Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen, wobei die abgebrannten Brennelemente mit Hilfe von metallischen Abschirmbehältern transportiert und gelagert werden, wobei in Steuerstabführungsrohre der abgebrannten Brennelemente eingepaßte Neutronenabsorber eingeführt werden und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronenabsorbern in Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbehälter eingestellt werden, nach Patentanmeldung 196 28 362.0. Die Erfindung betrifft fernerhin Neutronenabsorber für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Lagerung meint im Rahmen der Erfin­ dung insbesondere die Zwischenlagerung der abgebrannten Brennelemente. Die Steuerstabführungsrohre dienen dazu, im Kernreaktor die Brennelemente nach Maßgabe des Reaktorbe­ triebes zu steuern.

Abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken werden für den Transport und für die Zwischenlagerung in Abschirmbehälter eingestellt. Der Positionierung der Brennelemente kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da die Unterkritikalität beim Transport und bei der Lagerung gewährleistet werden muß. Um die Unterkritikalität sicherzustellen, werden die abgebrann­ ten Brennelemente im Abschirmbehälter mit Hilfe eines Trag­ korbes fixiert, wobei je nach Beladung gegebenenfalls zu­ sätzliche Spalte, sogenannte Wasserspalte, zwischen den Brennelementen eingehalten werden müssen. Grundsätzlich ist es bekannt, die Abschirmbehälter mit Neutronenabsorbern aus­ zurüsten (vgl. DE 21 57 133 C1, DE 28 56 620 C2). Die inso­ weit bekannten Maßnahmen haben sich bewährt.

Die Hauptanmeldung 196 28 362.0 lehrt ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem zylindrische Neutronenabsor­ ber eingesetzt werden, die aus einem in die Steuerstabfüh­ rungsrohre eingepaßten Hüllrohr bestehen, welches mit Absor­ bermaterial in Form von Pulver oder Pellets gefüllt ist. Außerdem wird das Verfahren nach der Hauptanmeldung nach weiterer bevorzugter Ausführungsform mit Neutronenabsorbern durchgeführt, die aus mit dem Absorbermaterial angereicher­ ten, in die Steuerstabführungsrohre eingepaßten Edelstahl­ stäben bestehen. Nach einer weiteren Ausführungsform arbeitet das Verfahren mit Neutronenabsorbern, die aus mit dem Absor­ bermaterial angereicherten Aluminiumstäben bestehen, die in einem in die Steuerstabführungsrohre eingepaßten Hüllrohr angeordnet sind. Diese Maßnahmen haben sich bewährt und zeichnen sich durch eine einfache und funktionssichere Neu­ tronenabsorption aus. Nichtsdestoweniger ist die Neutronen­ absorption noch weiter optimierbar.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die Neutronenab­ sorption noch weiter zu verbessern.

Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß zumindest ein mit einer neutronenabsorbie­ renden Beschichtung versehenes Rohr und/oder mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung versehener Stab als Neu­ tronenabsorber in ein Steuerstabführungsrohr eingeführt wird. Dabei können in alle oder in ausgewählte Steuerstabführungs­ rohre solche neutronenabsorbierenden Rohre oder Stäbe einge­ bracht werden. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin­ dung wird mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung gearbeitet, die im wesentlichen aus einer Borlegierung besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung gearbeitet wird, die Bor oder Borverbindungen, z. B. Borcarbid, als Absorbermaterial aufweist. Bei den Stäben handelt es sich vorzugsweise um Metallstäbe, auf die die neutronenabsorbierende Beschichtung aufgebracht wird.

Vorzugsweise wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem zylindrischen Rohr als Neutronenabsorber gearbei­ tet, das auf der Rohrinnenfläche und/oder auf der Rohraußen­ fläche mit der neutronenabsorbierenden Beschichtung versehen ist. Zweckmäßigerweise ist sowohl die Rohrinnenfläche als auch die Rohraußenfläche mit der Beschichtung versehen.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die bei Brenn­ elementen und folglich bei abgebrannten Brennelementen ohne­ hin vorhandenen Steuerstabführungsrohre oder einige davon ohne weiteres eine zusätzliche Funktion erfüllen können, näm­ lich die, Absorbermaterial für die Neutronenabsorption gleichsam unmittelbar an der Quelle aufzunehmen. Die Erfin­ dung integriert die dazu erforderlichen Maßnahmen in die Ent­ sorgung der abgebrannten Brennelemente beim Transport und bei der Lagerung, insbesondere bei der Zwischenlagerung.

Das technische Problem der Erfindung besteht auch darin, Neu­ tronenabsorber anzugeben, die für das erfindungsgemäße Ver­ fahren besonders geeignet sind. Dazu gehören Neutronenabsor­ ber, die aus einem mit einer neutronenabsorbierenden Be­ schichtung versehenen in die Steuerstabführungsrohre einge­ paßten Hüllrohr bestehen. Vorzugsweise ist das Hüllrohr so­ wohl rohrinnenseitig als auch rohraußenseitig mit der neutronenabsorbierenden Beschichtung versehen. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das beschichtete Hüllrohr mit Absorbermaterial in Form von Pulver oder Pellets gefüllt ist, wobei dieses Absorbermaterial aus Bor oder Borverbindungen besteht. Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, sind in das beschich­ tete Hüllrohr mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung versehene Metallstäbe eingesetzt. Vorzugsweise sind die Metallstäbe zylindrisch ausgeführt. Die Beschichtung der Metallstäbe besteht zweckmäßigerweise aus einer Borverbin­ dung. Vorzugsweise besteht das beschichtete Grundmaterial der Metallstäbe aus zumindest einem Metall der Gruppe "Stahl, Aluminium, Kupfer". Als Stahl wird vorzugsweise Edelstahl eingesetzt. Im Rahmen der Erfindung besteht das beschichtete zumindest eine Rohr zweckmäßigerweise aus Edelstahl.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher er­ läutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen metallischen Abschirmbehälter mit Deckelsystem, teilweise aufgeschnitten, mit Brennelementaufnahme­ korb und eingesetzten, abgebrannten Brennelementen,

Fig. 2 in weiterer Schematisierung sowie in gegenüber der Fig. 1 wesentlich vergrößertem Maßstab die Draufsicht auf ein Brennelement aus dem Gegenstand der Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der Steuerstäbe für das in Fig. 2 darge­ stellte 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 Neu­ tronenabsorber ausschnittsweise und

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

Der in Fig. 1 in der Draufsicht dargestellte metallische Ab­ schirmbehälter 1 besitzt ein Deckelsystem mit zwei Deckeln 2, 3 und Deckelzwischenraum. Das Deckelsystem ist teilweise auf­ geschnitten. Man erkennt im Innern des Abschirmbehälters den Brennelementaufnahmekorb 4 und darin eingesetzte abgebrannte Brennelemente 5. Bezüglich weiterer Einzelheiten wird auf die Firmendruckschrift BZA, Themenblatt "Betrieb des Brenn­ element-Zwischenlagers Ahaus", Stand 03.1996 verwiesen. Die Erfindung bezieht sich selbstverständlich auch auf andere als in der Firmendruckschrift 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 weiße und in schraffierte Felder 6 bzw. 7 auf­ geteilt. 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 Steuerstäbe 9 zugeordnet, die in den Fig. 3 und 4 in der Ansicht bzw. in der Draufsicht er­ kennbar sind. Die Steuerstäbe 9 bilden das Steuerelement 10, welches den Brennelementen 5 mit dem in Fig. 2 erläuterten Querschnitt zugeordnet ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein einzelnes Steuerstabführungsrohr 8 jeweils im Längsschnitt und unter dem Längsschnitt im Quer­ schnitt. Man erkennt, daß diese Steuerstabführungsrohre 8 der abgebrannten Brennelemente 5 eingepaßte zylindrische Neutro­ nenabsorber 11 aufweisen. Die Brennelemente 5 mit den einge­ führten Neutronenabsorbern 11 werden in die Brennelementauf­ nahmekörbe 4 der Abschirmbehälter 1 eingestellt, wozu auf die Fig. 1 verwiesen wird. Sowohl bei der Ausführungsform nach Fig. 5 als auch bei der Ausführungsform nach Fig. 6 besteht der Neutronenabsorber 11 aus einem in ein Steuerstabfüh­ rungsrohr 8 eingepaßten Hüllrohr 12, wobei die an die Steuerstabführungsrohraußenwandung angrenzende Rohrwandung des Hüllrohres 12 sowohl rohrinnenseitig mit einer neutro­ nenabsorbierenden Beschichtung 15 als auch rohraußenseitig mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung 16 versehen ist. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist dieses mit den neutronenabsorbierenden Beschichtungen 15, 16 versehene Hüll­ rohr mit Absorbermaterial in Form von Pulver 13 gefüllt.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind in das mit den neutronenabsorbierenden Beschichtungen 15, 16 versehene Hüll­ rohr 12 zusätzlich Metallstäbe 14 eingestellt, die ebenfalls eine neutronenabsorbierende Außenbeschichtung 17 aufweisen. Im Ausführungsbeispiel besteht diese neutronenabsorbierende Außenbeschichtung 17 der Metallstäbe 14 aus einer Borverbin­ dung. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Metallstäbe 14 zusätzlich mit Absorbermaterial angereichert bzw. gefüllt sind.

Grundsätzlich kommen im Rahmen der Erfindung für die neutronenabsorbierenden Beschichtungen vorzugsweise Bor oder Borlegierungen bzw. Borverbindungen in Frage.

Claims (6)

1. Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken, welche Brennelemente mit Steuerstabführungsrohren aufweisen, wobei die abgebrannten Brennelemente mit Hilfe von metallischen Abschirmbehältern transportiert und gelagert werden, wobei in Steuerstabfüh­ rungsrohre der abgebrannten Brennelemente eingepaßte Neutro­ nenabsorber eingeführt werden und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronenabsorbern in Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbehälter eingestellt werden, nach Patentanmeldung 196 28 362.0, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit einer neutronenabsorbierenden Beschich­ tung versehenes Rohr und/oder mit einer neutronenabsor­ bierenden Beschichtung versehener Stab als Neutronenabsorber in ein Steuerstabführungsrohr eingeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung gearbeitet wird, die aus einer Borlegierung oder Borverbindung besteht.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit einem Rohr als Neutronenabsorber gear­ beitet wird, das auf der Rohrinnenfläche und auf der Rohr­ außenfläche mit der neutronenabsorbierenden Beschichtung ver­ sehen ist.

4. Neutronenabsorber für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenabsorber aus einem mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung versehenen in die Steuerstabführungsrohre einge­ paßten Hüllrohr besteht.

5. Neutronenabsorber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in das beschichtete Hüllrohr mit einer neutronenabsor­ bierenden Beschichtung versehene Metallstäbe eingestellt sind.

6. Neutronenabsorber nach einem der Ansprüche 4 oder 5, da­ durch gekennzeichnet, daß das beschichtete Grundmaterial der Metallstäbe aus zumindest einem Metall der Gruppe "Stahl, Aluminium, Kupfer" besteht.