DE2130627A1

DE2130627A1 - Verfahren zum Lagern von Kernbrennstoffelementen

Info

Publication number: DE2130627A1
Application number: DE19712130627
Authority: DE
Inventors: Paul Heylen; Roger Verbeke
Original assignee: CT D ETUDE ET D EN NUCLEAIRE; Belgonucleaire SA
Current assignee: CT D ETUDE ET D EN NUCLEAIRE; Belgonucleaire SA
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1971-06-21
Publication date: 1971-12-30
Also published as: NL153357B; FR2096409A1; NL7009149A; BE768690A; FR2096409B1; GB1281669A; US3800857A

Description

Patentanmeldung

Anmelder: 1. Belgonueleaire S.A_f, Rue des Colonies 35»

Brüssel/Belgien,

2. Centre d^!Etude de !'Energie Nuoleaire, Avenue E, Plasky 144, Brüssel/Belgien

" Verfahron zum Lagern von Kornbrennstoffelementen ⁿ

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Lagern von Brennstoff-· elementen, welche in Kernreaktoren bestrahlt oder verbraucht worden sind, insbesondere für Brennstoffelemente, welohe in einen natriumgekühlten Reaktor verbraucht oder bestrahlt wurden,

In einem Kernreaktor verbrauchte Brennstoffelemente werden gegenwärtig für eine bestimmte Zeit gelagert, bevor sie in einer Aufbereitungsanlage behandelt werden. Auf diese Weise kann die Aktivität der Spaltungsprodukte» die sich während des Aufenthaltes im Reaktor gebildet haben, abnehmen, und außerdem kann die Restwärme abgeführt werden» Dieses Lagern trägt auch zu einem guten Funktionieren einer Aufbereitungsanlage bei.

Es sind bereits verschiedene Lagermöglichkeiten in Betracht ge* zogen worden. Im allgemeinen werden die Elemente mehrere Monate lans unter Wasser gelagert. Diese Lösung, welche für Reaktoren mit thermischen Neutronen anwendbar ist» ist nicht für Brennelemente verwendbar, die in einem natriumgekühlten Reaktor bestrahlt oder verbraucht worden sind, da die Restwärme zu groß ist und weil eine Reaktion zwischen Wasser und Natrium vermieden werden muß. Gegenwärtig werden solche Elemente unter Natrium

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Biese Lagerung bringt jedoch große Schwierigkeiten mit sich und ist außerdem teuer. Man benötigt erhebliche Natriummengen, welche kontinuierlich gereinigt und flüssig gehalten werden müssen, '--.-■

Außerdem ist bei der Verwendung von Natrium ein doppelter Kühlkreis vorzusehen oder ein- komplizierter Wärmeaustauscher, sowie bestimmte Schutzmaßnahmen zum Vermeiden von Natrium-Lecks, . -

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, die Nachteile der bekannten Lagerverfahren zu vermeiden und ein Verfahren zum Speichern bestrahlter oder verbrauchter Kernbrennelemente zu schaffen, insbesondere für solche Elemente, die in einem natriumgekühlten Reaktor bestrahlt worden sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung daduroh gelöst, daß die Brennelemente in einen kleinen, Natrium enthaltenden Behälter eingetaucht werden und daß der Behälter in einem großen Behälter angeordnet ist, in dem eine organische Flüssigkeit für ein Abführen der entwickelten Wärme zirkuliert» Unter Natrium soll sowohl reines Natrium als auch eutektisches Natrium wie NaK verstanden werden»

Für die Wahl, der organischen Flüssigkeit ist zu berücksioh tigen, daß sie folgende Eigenschaften besitzen soll?

a) Verträglichkeit mit Natrium,

b) Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur und ziemlich hoher Siedepunkt (vorzugsweise flüssig zwischen

0° und 300° G?,

c) gute thermische Eigenschaften,

d) gute Widerstandsfähigkeit gegen Bestrahlung,

e) gutes Wärmeleit- bzw. Austauschvermögen,

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f) geringer Preis,

f_t) nicht korrosiv und unbrennbar bei der Verwendungstemperatur und nicht zu polymerisieren.

Folgende Flüssigkeiten besitzen diese Eigenschaften;

Alkylphenantrene, Diphenyl,'Diphenyltetrachlorid, Alkylbenzole, Terphenyl, Perhydrosqualene, Tetrarylsilikate, Crthodichlorbenzol, Isopropyldiphenyl.

Diese Flüssigkeiten sind lediglich beispielsweise genannt, es können auch zahlreiche andere Flüssigkeiten verwendet werden.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Teiles des erfindungs«- gemäßen Behälters,

"Fig, 2 rl en Kühlkreislauf,

Figur 1 zeigt einen Teil eines Behälters 1, welcher im dargestellten Beispiel 10 m lang, 10 m breit und 5 m hoch ist. Dieser Behälter ist mit Blechen 2 versehen, welche 4,50 m hoch sind und den Behälter in 400 verschiedene Zellen 3 unter·· teilen. Die Bleche sind so angeordnet, daß sie die Zirkulation einer organischen Flüssigkeit zulassen. Damit dies erreicht wird, sind einige Bleche am Boden 4 des Behälters befestigt, und andere sind am Deckel -5 des Behälters befestigt. Auf diese V/eise strömt die Flüssigkeit zwischen den verschiedenen Blechen 2 aufwärts und abwärts. Der Strömungsverlauf ist durch die Pfeile 6 dargestellt.

In jeder Zelle 3 ist ein Gefäß 7 angeordnet, welches mit dem

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* oberen Teil 5 des Behälters 1 verbunden is"t. Dieses Gefäß 7 besitzt ein Ansatzstück 15» welches die Halterung 10 des Brennelements 11 trägt, Für jedes Gefäß 7 ist eine Leitung vorgesehen, welche den Umlauf eines Inertgases für ein Abtransportieren evtl, freigesetzter Spaltgase ermöglicht.

Der Behälter 1 ist mit einer organischen Flüssigkeit 13 gefüllt, während das Gefäß 17 mit 'Natrium gefüllt ist. Das Natrium ist über ein Rohr 8 mit einer nicht dargestellten Vorratsanlage verbunden,

Figur 2 zeigt einen Küh]kreis für die organische Flüssigkeit, der aus dem Behälter 1 und einem Leitungssystem 20 besteht.. Der Kühlkreis weist eine Umlaufpumpe 21 und einen Wärmeaustauscher 22 auf. Die Ventile 23 verbinden die Leitung 20 mit einer Speicheranlage 24 für die organische Flüssigkeit, Die Ventile 25 verbinden die leitung 20 über eine Pumpe 27 mit einer Reinigungseinrichtung 26» Die Leitung 20 besitzt außerdem;eine Umgehungsleitung 28 für den Wärmeaustauscher Die Umgehungsleitung besitzt Ventile 29»

Der Wärmeaustauscher 22 wird mit einem Kühlmittel 30 ge«* kühlt, Dieses Kühlmittel ist vorzugsweise Wasser, Gegebenen« falls kann die Leitung 20 auch noch einen Wärmeaustauscher aufweisen, an dem Ventile 32 vorgesehen sind und der zum Aufheizen der organischen Flüssigkeit dient,

■ Die Lagerung eines Brennelements 11, das in einem natrium·» gekühlten Reaktor bestrahlt wurde, wird nachstehend beschrieben. In diesem Fall benutzt man Alkylphenantren als Flüssigkeit 13 und Natrium als Flüssigkeit 14. Das Alkylphenantren ist der Rückstand einer katalytischen Zerlegung von Rohöl zwischen 312° und 362° 0. Dieses Produkt ist bei Normaltemperatur flüssig bis herauf auf ca, 300° 0, Es ist

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überhaupt nicht korrosiv und reagiert weder mit Natrium noch mit Y/aaser, Außerdem ist es billig und besitzt eine gute thermische und radiolytische Stabilität,

Diese organische Flüssigkeit läuft im Behälter 1 mit einer Geschwindigkeit von 20 cm/s um, Der Behälter 1 ist in zwei Kreisläufe unterteilt, von denen jeder 150 t Alkylphenantren enthält.

Seine Temperatur beträgt beim Eintritt 120° .C und 180° C beim Austritt, Die Wärme wird im Gegenstrom-Wärmeaustausohei» 22, in dem das Wasser im entgegengesetzten Sinn umläuft, wieder-» gewonnen. Der Wärmeaustauscher-31 soll die Temperatur auf einem ziemlich hohen Niveau halten» "Es kann erforderlich 3ein, die organische Flüssigkeit aufzuheizen, um das Natrium in den Behältern flüssig zu halten, insbesondere dann, wenn lediglich wenige Elemente im Behälter gelagert sind.

Die wichtigsten Vorteile der Erfindung können wie folgt zusammengefaßt werden:

a) freie Wahl des Kühlmittels, das mit den zu kühlen«» den Elementen in Berührung steht,

b) das Hauptkühlmittel im Behälter kann ein billiges

Produkt sein,

c) alle Nachteile der Verwendung von Natrium entfallen»

i'Js int hervorzuheben, daß die Erfindung nicht auf die Einael» heiten des vorerwähnten Beispiels beschränkt ist. Es können beispielsweise auch verschiedene Brennelemente in jedes Gefäß eingesetzt v/erden oder man kann auch das Gefäß und den Kühlkreislauf der Aufbereitungsanlage anpassen,

·* Patentansprüche 109853/1275

Claims

Patentansprüche

l.j /or L'aiirnTi zum Ladern von Bronn η toi' l'o I oinen ton, insbesondere von in einem natriumgekühlten Reaktor "bestrahlten Brennstoffelementen, dadurch gekennz ei c h η daß die Brennstoffelemente in ein relativ kleines, mit Natrium gefülltes Gefäß (7) eingetaucht werden und daß dieses· Gefäß in einem relativ großen Behälter (1) angeordnet wird, in. dem eine organische Flüssigkeit, welche die entstehende Wärme abführt, umläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h«· net, daß der Behälter (l) durch Bleohe (2) in verschiedene Zellen (3) unterteilt wird, und daß ein relativ kloinor. Gefäß (7) zum Lagern der Bronnntoffelemente (11) in jeder Zelle angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder Zt dadurch g e k e η n_; ζ e i c h η e t, daß die organische Flüssig*» keit ein Alkylphenantren ist, das durch katalytische

Zerlegung von Rohöl zwischen 312 wurde.

und 362° G erzeugt

4, Behälter zum lagern von Brennelementen, dadurch gekennzei oh net, daß der Behälter (X) durch Bleche (2) in verschiedene Zellen (3) unterteilt wird, in denen oinc organische Flünnigkeit um Gefäße (7) zirkuliert, die (7) in Natrium eingetauchte Brennstoffelemente (11) enthalten,

5, Tank nach Anspruch 4, dadurch gekenngeieh·* η et, daß die Gefäße (7) mit einer leitung zum Entfernen von Spaltungsgas verbunden sind.

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