DE19708899C2

DE19708899C2 - Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen und Neutronenabsorbern für die Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE19708899C2
Application number: DE19708899A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Methling; Harry Dr Ing Spilker; Roland Dipl Ing Hueggenberg; Hermann Dipl Ing Stelzer; Rudolf Dr Ing Diersch
Original assignee: GNB GmbH
Current assignee: GNB GmbH
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2017-03-06
Also published as: CH692167A5; FR2751118A1; TW364121B; BE1010973A5; FR2751118B1; JPH10132988A; KR100393166B1; DE19708899A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken in metallischen Abschirmbehältern, wobei die abgebrannten Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen, die abge brannten Brennelemente in Brennelementkörbe eingestellt sind und Neutronenabsorber vorhanden sind, wobei in Steuerstab führungsrohre der abgebrannten Brennelemente zylindrische Neutronenabsorber eingeführt und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronenabsorbern in die Brennelementaufnahme körbe der Abschirmbehälter eingestellt werden, nach Patent 196 28 362. - Die Erfindung betrifft fernerhin Neutronenab sorber für die Durchführung eines solchen Verfahrens. Lage rung meint im Rahmen der Erfindung insbesondere die Zwischenlagerung der abgebrannten Brennelemente. Die Steuer stabführungsrohre dienen dazu, im Kernreaktor die Brennele mente nach Maßgabe des Reaktorbetriebes 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.

Ein bekanntes Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken in metalli schen Abschirmbehältern (DE 34 13 393 C2) bei dem die abge brannten Brennelemente Steuerstabführungsrohre aufweisen, die abgebrannten Brennelemente in Brennelementaufnahmekörbe eingestellt sind und Neutronenabsorber vorhanden sind und von dem das Hauptpatent 196 28 362 ausgeht, 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 ist die 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.

Das Hauptpatent 196 28 362 lehrt ein Verfahren der vorge nannten Art, bei dem zylindrische Neutronenabsorber eingesetzt werden, die aus einem in die Steuerstabführungs rohre eingepaßten Hüllrohr bestehen, welches mit Absorber material in Form von Pulver oder Pellets gefüllt ist. Außerdem wird das Verfahren nach dem Hauptpatent 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 arbei tet das Verfahren mit Neutronenabsorbern, die aus mit dem Absorbermaterial 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 funk tionssichere Neutronenabsorption aus. Nichtsdestoweniger ist die Neutronenabsorption 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

1. Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennelementen aus Kernkraftwerken in metallischen Abschirm behältern, wobei die abgebrannten Brennelemente Steuer stabführungsrohre aufweisen, die abgebrannten Brennelemente in Brennelementkörbe eingestellt sind und Neutronenabsorber vorhanden sind, wobei in Steuerstabführungsrohre der abge brannten Brennelemente eingepaßte zylindrische Neutronenabsorber einge führt und die Brennelemente mit den eingeführten Neutronen absorbern in die Brennelementaufnahmekörbe der Abschirmbe hälter eingestellt werden, nach Patent 196 28 362, da durch gekennzeichnet, daß zumindest ein mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung versehenes Rohr und/oder mit einer neutronenabsorbierenden Beschichtung ver sehener Stab als Neutronenabsorber in ein Steuerstabführungs rohr 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.