DE2445984A1

DE2445984A1 - Verfahren zur brennstoffversorgung von kernreaktoren und brennelement dafuer

Info

Publication number: DE2445984A1
Application number: DE19742445984
Authority: DE
Inventors: Robert Weber
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Kraftwerk Union AG
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1974-09-26
Publication date: 1976-04-01
Also published as: DE2445984B2; CH586452A5; FR2286479B1; SE414680B; SE7510710L; FR2286479A1; DE2445984C3

Description

KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den 25. Sept. 1974

Werner-von-Siemens-Str.

VPA 74/9441 Sm/Hgr

Verfahren zur Brennstoffversorgung von Kernreaktoren und Brennelement dafür.

Die Brennelemente von Siedewasserreaktoren haben bekanntlich eine zumeist als Kasten bezeichnete Blechumhüllung, mit der das durch den Reaktorkern strömende Kühlmittel geführt werden soll. Diese Kästen werden beim Auswechseln von Brennelementen während des Wechselvorgangs von alten Brennelementen abgezogen und auf neue aufgesetzt, weil die Kästen nicht wirtschaftlich gelagert werden können. Dadurch wird der Brennelementwechsel jedoch unerwünscht verzögert.

Die Erfindung bezieht sich dagegen auf ein Verfahren zur Brennstoffversorgung von Kernreaktoren mit einem gesicherten Reaktorgebäude, insbesondere von Druckwasserreaktoren, mit auswechselbaren kastenlosen Brennelementen, die aus einer Anzahl von Brennstäben und einem zusammengesetzten Brennelementskelett zur Aufnahme der Brennstäbe bestehen. Solche Brennelemente werden in Druckwasserreaktoren oder gasgekühlten Reaktoren eingesetzt. Hier bezweckt die Erfindung eine Verringerung der beim Brennelementwechsel anfallenden kontaminierten Hassen, die wegen der Strahlungsgefahr aufwendig abtransportiert und gelagert werden müssen.

Die Erfindung besteht darin» daß mindestens ein Teil des Brennelementskeletts beim Auswechseln von verbrauchten Brennelementen von diesen im Reaktorgebäude abgebaut und zur Komplettierung von Brennelementen eingesetzt wird₉ die im Reaktor abgebrannt werden sollen. Mit solchen zur Komplettierung verwendeten Teilen sind insbesondere Kopf- und/oder Fußstücke gemeint. Diese Teile werden für d©n Einbau der Brennelemente in den Reaktorkern benötigt₀ Ia Gegensatz zu den Torstehend erwähnten Kästen d.@r Br<§xinel©ment@ von Siedewasserreaktoren

2 - VPA 74/9441

sind sie jedoch so klein, daß eine Lagerung der zur Komplettierung verwendeten Teile im Brennelementbecken möglich ist. Daher kann die Komplettierung von Brennelementen unabhängig vom Brennelementwechsel jederzeit vorgenommen werden. Der Brennelementwechsel braucht also dadurch nicht verzögert zu werden.

Die Erfindung erreicht mithin den Vorteil, daß die bisher bei der Abfuhr verbrauchter Brennelemente zu beseitigenden Mengen an radioaktivem Material verringert werden. Dies bedeutet nicht nur eine Einsparung an Transportkapazität, sondern auch an dem für die Endlagerung₉ zum Beispiel in Salzbergwerken, erforderlichen Lagerraum, der nur mit großen Kosten erschlossen werden kann-, Die kontaminierten, wiederholt verwendeten Teile bleiben vielmehr in dem strahlungstechnisch gesicherten Reaktorgebäude. Mit Reaktorgebäude ist in diesem Zusammenhang der gesamte überwachte Bereich eines Kernkraftwerkes gemeint, in dem für die Einhaltung von Strahlenschutzbestimmungen Gewahr geleistet ist.

Die wiederholt verwendeten Teile des Brenaelementskeletts, das bei Brennelementen won Druckwasserreaktoren in erster Linie aus Steuersta^ftüaruzägsrokren bestellt ₉ die über die gesamte Länge des Br©aa©l©M©nt@s reiefe,©n_p und aus Abstandshaltern für di© BrenaitäTb© ₉ di© ait d©a Führungsrohr®!! verbunden sind* können für den latraasport neuer BremieleBente durch wesentlich eiafaeia®?© IC©p£~ und/od®r Fußstüeke ersetzt sein als-die TeUa₉ di© für d@a Eiabaua i nötigt and dort koatasiaiert t7©M©iau Die

a Toil© Mlsuaüsij, da si© aieat !s®2&t<isiai@irt Ls iaalb@d.(i3aSsliea ©sli^fiiea ©iagQ^d'feg'fe t"y@3?d©a_o

Ferner ist @s dLdskTb®?;, <i@ß aaa ®mB@2? ü®m venrendet@3a sai©fet k@atsiE3iiaI@3?t©3a topf= miad/ödl©^ F «ad dea Io R@aikt©rk©ra ^©rx-jdadgtea;, als© !^©mtss

0 9 8 14 / O B 8

- 3 - VPA 74/9441

und/oder Fußstücken noch weitere Kopf- und/oder Fußstücke für Manipulationen der Brennelemente im Reaktorgebäude, insbesondere innerhalb des Brennelementbeckens bereitstellt, wo eine Kontaminierung möglich ist. Auch diese Kopf- und/oder Fußstücke können einfacher als die für den Zusammenbau des Reaktorkerns erforderlichen Teile sein.

Eine besonders günstige Ausführungsform eines Brennelements, mit dem das Verfahren nach der Erfindung ausgeübt werden kann, zeichnet sich dadurch aus, daß das Brennelementskelett eine Kopfplatte umfaßt, an der ein für den Einbau im Reaktorkern erforderliches Kopfstück lösbar befestigt, vorzugsweise angeschraubt ist. Das Kopfstück kann auswechselbare Niederhalter umfassen. Damit sind vor allem Federn gemeint, die die Brennstäbe gegen die Strömung des Kühlmittels festlegen, ohne eine Wärmedehnung zu verhindern, die sonst zu Spannungen führen würde.

Das Brennelementskelett kann ferner eine Fußplatte umfassen, an der ein für den Einbau im Reaktorkern erforderliches Fußstück oder ein Transportfuß lösbar befestigt ist. Dazu wird bemerkt, daß lösbare Fußstücke bei kastenlosen Brennelementen an sich bekannt sind, weil sie praktisch die einzige Möglichkeit bieten, einzelne Brennstäbe eines Brennelements auszuwechseln. Diese Fußstücke sind aber trotz der Möglichkeit einer Lösung bisher stets mit dem ganzen BrennelementSkelett aus dem Reaktorgebäude transportiert worden, wenn verbrauchte Brennelemente abzutransportieren waren. Mit dem erfindungsgemäßgen Verfahren der wiederholten Verwendung von Brennelementskeletteilen, die im Reaktorgebäude verbleiben und dort gelagert werden können, so daß die Komplettierung der Brennelemente unabhängig vom Brennelementwechselvorgang ist, hatte dies nichts zu tun.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden an-

- 4 - VPA 74/9441

hand der belllegenden Zeichntang mit den Fig. 2 bis 6 einige Ausführungsbeispiele im Vergleich mit einem bekannten Brennelement beschrieben, das in Fig. 1 dargestellt ist. In jedem Fall handelt es sich um Brennelemente für Druckwasser-Leistungsreaktoren mit einem quadratischen Brennstabbündel von zum Beispiel 180, 205 oder 236 Brennstäben, die in einer Seitenansicht (Fig. 1 bis 5) und einer Draufsicht (Fig. 6) dargestellt sind.

Der Übersichtlichkeit halber sind in den Fig. 1 bis 5 nur jeweils auf der rechten und linken Seite ein Brennstab

I und 2 gezeichnet. Die Brennstäbe 1, 2 werden, wie die anderen auch, mit Hilfe eines BrennelementSkeletts 3 zusammengefaßt. Das Brennelementskelett 3, d.h. das Brennelement mit Ausnahme der Brennstäbe, besteht aus zum Beispiel zwanzig über den Querschnitt des Brennelements verteilten Steuerstabführungsrohren 4, die mit Hilfe von Abstandshaltern 5 zusammengefaßt sind. An ihren Enden sind die Steuerstabführungsrohre 4 mit einem Fußteil 6 und einem Kopfteil 7 versehen. Hit diesen Teilen wird das Brennelement beim Einbau in den Reaktordruckbehälter bekanntlich im sogenannten Kerngerüst festgelegt. Dabei enthält der Kopfteil 6 als Niederhalter 8 bezeichnete Federanordnungen, damit sich die Brennstäbe 1, 2 bei ihrer betriebsmäßigen Erwärmung um mehrere 100° ausdehnen können, ohne daß unzulässige mechanische Spannungen entstehen können.

Bei der Erfindung ist das Brennelementskelett 3 nunmehr mit einer Kopfplatte 10 und/oder einer Fußplatte 11 versehen, mit der die Brennstäbe 1, 2 während des Transports abgedeckt und geschützt sind. Statt der in Fig. 2 gezeigten Fußplatte

II kann das neue Brennelementskelett 3 nach Fig. 3 auch einen Transportfuß 12 umfassen. Dieser wird in sauberer Form für das sogenannte Trockenlager vorgesehen. Für Manipulationen im Brennelementbecken kann der Transportfuß 12 gegen einen weitgehend oder vollständig gleichen Hilfsfuß 13 ausgetauscht werden, der kontaminiert ist (Fig. 4). Hierdurch wird berück-

8098H/0684

- 5 - VPA 74/9441

sichtigt, daß es in dem strahlentechnisch gesicherten Bereich des Reaktorgebäudes auch noch außerhalb des Reaktordruckbehälters zu einer Kontaminierung kommen kann, die dem mit der Erfindung bezweckten unbehinderten Transport ohne Notwendigkeit einer strahlungstechnisch gesicherten Endlagerung im Wege steht.

FQr den Einsatz im Kernreaktor wird das neue Brennelement mit Kopf- und/oder Fußstücken 6¹, 7^f verbrauchter Brennelemente komplettiert, wie Fig. 5 zeigt. Ein solches Fußstück 6* wird gegebenenfalls nach dem Abbau vom Transportfuß 12 oder Hilfsfuß 13 an die Fußplatte 11 angeschraubt. Gleichzeitig kann auch ein Kopfstück 7¹ an die Kopfplatte 10 angeschraubt werden. Dabei kann das Kopfstück 7' auch auswechselbare Niederhalter 8' aufweisen, da die Federn der Niederhalter unter Neutronenbestrahlung ihre Federeigenschaften verlieren und deshalb nicht so lange wie die Kopfstücke wiederholt verwendet werden können. Die Verbindung zwischen den Kopf- und Fußplatten 10, 11 und den Kopf- und Fußstücken 7^f, 6· erfolgt durch Schrauben 15, wie der Querschnitt nach Fig. 6 zeigt.

Das Brennelement nach Fig. 5 entspricht in der Funtionstüchtigkeit im Reaktor dem nach Fig. 1. Durch die Kopf- und Fußplatten 10, 11 ist jedoch die Möglichkeit des Transports ohne die kontaminierten Kopf- und Fußstücke 6', 7* gegeben. Diese Teile können also von verbrauchten Brennelementen abgebaut und zur Komplettierung neuer Brennelemente an diese angebaut werden. Hierbei ist wegen des relativ kleinen Volumens auch eine Zwischenlagerung etwa im Brennelementbecken möglich. Das Umrüsten kann daher unabhängig vom Brennelementwechsel vorgenommen werden. Da die Kopf- und Fußstücke 6¹, 7' den strahlungstechnisch gesicherten Bereich des Reaktorgebäudes nicht verlassen, ist es nicht nötig, diese Teile strahlungstechnisch einwandfrei zu transportieren und in einer Endlagerung, zum Beispiel einem Salzbergwerk, mit großem Aufwand zu deponieren.

609814/0184

Claims

- 6 - VPA 74/9441

Patentansprüche

Verfahren zur Brennstoffversorgung von Kernreaktoren mit eines gesicherten Reaktorgebäude, insbesondere von Druckwasserreaktoren, mit auswechselbaren kastenlosen Brennelementen, die aus einer Anzahl von Brennstäben und einem zusammengesetzten Brennelementskelett zur Aufnahme der Brennstäbe bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Brennelementskeletts beim Auswechseln von verbrauchten Brennelementen von diesen im Reaktorgebäude abgebaut und zur Komplettierung von Brennelementen eingesetzt wird, die im Reaktor abgebrannt werden sollen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit Brennelementen, die Kopf- und/oder Fußstücke umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Kopf- und/oder Fußstücke ohne Verlassen des Reaktorgebäudes mehrfach verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

zum Abtransport verbrauchter Brennelemente aus dem Reaktorgebäude oder zum Antransport neuer Brennelemente diese mit ausschließlich für den Transport verwendeten Kopf und/oder Fußstücken komplettiert werden, die mit den im Reaktorgebäude verbleibenden Kopf- und/oder Fußstücken ausgetauscht werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß für Manipulationen im Reaktorgebäude, Insbesondere im Brennelementbecken, einfachere Kopf- und/oder Fußstücke als im Inneren eines Reaktordruckbehälters verwendet werden, der den aus Brennelementen susanmengesetzten Reaktorkern umschließt.
5. Brennelement zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennelementskelett (3) eine Kopfplatte (10) umfaßt, an der ein

6098U/0884 - 7 -

- 7 - VPA 74/9441

für den Einbau im Reaktorkern erforderliches Kopfstück (7¹) lösbar befestigt, vorzugsweise angeschraubt ist.
6. Brennelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfstück (7^f) auswechselbare Niederhalter (8*) umfaßt.
7. Brennelement nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das BrennelementSkelett (3) eine Fußplatte (11) umfaßt, an der ein für den Einbau im Reaktorkern erforderliches Fußstück (6) oder ein Transportfuß (12) lösbar befestigt, vorzugsweise angeschraubt ist.