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Lagergestell für Gruppen von Spaltstoffelementen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lagergestell für zu Gruppen zusammengefaßte,
verbrauchte Spaltstoffelemente, in dem eine maximale Anzahl von Element gruppen
in einem vorgegebenen Raum untergebracht werden kann.
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Kernreaktoren enthalten eine Anordnung von Brennstoffstäben, die den
Kernbrennstoff enthalten. Die Stäbe bestehen aus Metallrohren, die eine Länge von
2,40 m bis 4,50 m haben können und deren Durchmesser etwa 1,25 cm beträgt. Die Stäbe
sind in Halterungen zu Elementgruppen zusammengefaßt, die aus 49 bis zu 300 einzelnen
Stäben bestehen können. Große Reaktoren zur Erzeugung von Energie enthalten eine
große Anzahl solcher Spaltstoffelementgruppen in einer geeigneten Spaltstoffanordnung.
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Nach einer ausgedehnten Arbeitsperiode, die ein Jahr oder mehr betragen
kann, müssen die verbrauchten Spaltstoffelemente aus dem Reaktor entfernt und ersetzt
werden. Die verbrauchten Spaltstoffstäbe werden dann chemisch aufbereitet und erneuert.
Die zur Verfügung stehenden chemischen Aufbereitungsanlagen haben jedoch eine begrenzte
Kapazität, so daß es erforderlich ist, die Spaltstoffelementgruppen auf der Reaktorseite
zu lagern, bis sie zu einer Aufbereitungsanlage befördert werden können.
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Die Lagerung von Spaltstoffelementen bringt ernsthafte Probleme wegen
der gefährlichen Radioaktivität mit sich.
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Es ist erforderlich, sie in einer Lagergrube unter Wasser aufzubewahren.
Darüber hinaus müssen sie, da noch Neutronen aus den verbrauchten Spaltstoffelementen
austreten, so gelagert werden, daß die Kritikalität der Ansammlung der Elementgruppen
vermieden wird. Dies hat es erforderlich gemacht, daß zwischen den Elementgruppen
in der Lagergrube ganz erhebliche Abstände eingehalten werden rmissen, so daß die
Gruppen durch eine sehr starke
Wasserschicht voneinander getrennt
werden, wobei das Wasser als Moderator dient und das Auftreten kritischer Werte
verhindert. In einigen Fällen hat man auch Neutronenfänger aus einem Neutronen absorbierenden
Material zwischen den Elementgruppen benutzt. Da dieses Material schnelle Neutronen
nicht abfängt, wurden dadurch die großen Zwischenräume nicht vermieden. Es ist daher
nach wie vor erforderlich, zum Lagern einer größeren Anzahl von verbrauchten Spaltstoffelementen
einen erheblichen Platz zur Verfügung zu stellen, der bei vielen Kernreaktoranlagen
für die große Anzahl von Spaltstoffelementgruppen, die gelagert werden müssen, nicht
zur Verfügung steht.
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Die Erfindung sieht vor, ein Lagergestell für verbrauchte Spaltstoffelementgruppen
zu verwenden, das es ermöglicht, eine maximale Anzahl von Gruppen in einem Raum
mit gegebener Größe unterzubringen.
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Das Lagergestell besteht erfindungsgemäß aus einer bausteinartigen
Konstruktion mit einer Vielzahl von Lagerzellen, die die Elementgruppen enthalten,
sowie einer Vielzahl von Entgiftungskästen, die als Neutronenfänger dienen. Die
Entgiftungskästen bestehen aus Gehäusen, in denen sich Wasser befindet, das als
Moderator wirkt, während die Wände aus Neutronen absorbierendem Material bestehen
oder ein derartiges Material enthalten. Die Lagerzellen und die Entgiftungskästen
sind so angeordnet, daß jeder Entgiftungskasten unmittelbar neben wenigstens einer
Lagerzelle liegt und die Wände dicht aneinanderstoßen. Die schnellen Neutronen,
die aus den Elementgruppen in der Lagerzelle austreten, gelangen somit in den Entgiftungskasten,
werden durch das darin befindliche Wasser verlangsamt, so daß sie durch die gegenüberliegende
Wandung, die das Neutronen absorbierende Material enthält, abgefangen werden. Auf
diese Weise kann der zwi-
schen den Elementgruppen erforderliche
Zwischenraum erheblich verringert werden und es können benachbarte Lagerzellen sich
auf einer oder zwei Seiten der Zelle berühren.
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Die Anzahl der Spaltstoffelemente, die auf diese Weise gelagert werden
kann, wird erheblich vergrößert. Die bausteinartige Konstruktion führt zu einer
einfachen, wenig aufwendigen Anordnung. Dadurch, daß zwischen benachbarten Lagerzellen
eine Reibungsdämpfung auftritt, ist es möglich, Schwingungsenergie als Folge von
Erdstößen aufzunehmen, so daß ein beaeutender Sicherheitsfaktor gewährleistet ist.
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Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Figur 1 eine Draufsicht auf eine Grube mit einem Lagergestell gemäß vorlie£'enee
E:!findung, Figur 2 einen Ausschnitt einer Draufsicht in vergrößerter Darstellung,
die eine bevorzugte Anordnung des Lagergestells zeigt, Figur 3 eine Seitenansicht,
die eine Lagerzelle für den Spaltstoff und einen daneben angeordneten Entgiftungskasten
zeigt, Figur 4 eine Draufsicht auf den unteren Abschnitt einer Zelle und Figur 5
eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform des Lagergestells in schematischer
Darstellung.
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Auf der Zeichnung ist ein Lagergestell für Spaltstoffelementgruppen
dargestellt, das in einer Lagergrube 10 angeordnet ist. Derartige Lagergruben befinden
sich normalerweise
unmittelbar neben einem Kernreaktor, so daß
die Gruppen der Spaltstoffelemente zwischen dem Reaktor und der Grube zum Handhaben
und Lagern des Spalt stoffes transportiert werden können, während sie in Wasser
eingetaucht sind. Die Grube 10 kann eine beliebige, für den Zweck geeignete Ausbildung
und Anordnung haben. Die Gruben sind normalerweise etwa 12 m tief, haben Wandungen
12 aus Beton und sind mit Wasser gefüllt, wie durch das Bezugszeichen 13 angedeutet
ist, um die darin angeordneten Spaltstoffelemente ausreichend zu bedecken. An einer
geeigneten Stelle befindet sich ein Raum 14 zum Handhaben der Spaltstoffelemente.
An den Wandungen der Lagergrube sind Winkelstangen 16 angeordnet, die durch Stützen
18 gehalten werden. Sie erstrecken sich rund um die Wandung der Grube und dienen
dazu, das darin befiridliche Lagergestell abzustützen. Wenn es zweckmäßig oder erforderlich
ist, können zwei Reihen solcher Winkelstangen in einem senkrechten Abstand voneinander
in der Lagergrube vorgesehen werden. Wie sich insbesondere aus den Figuren 2 und
3 ergibt, besteht das Lagergestell aus einer bausteinartigen Anordnung aus einer
Vielzahl von Zellen 20 zum Lagern des Spalt stoffes und von Entgiftungskästen 22.
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Die Lagerzellen 20 sind langgestreckte, im allgemeinen rechteckige
kastenartige Behälter, die eine ausreichende Größe haben, um ein oder mehrere Spaltstoffelementgruppen
23 aufzunehmen, wobei die Anzahl der Gruppen, die sich in einer Zelle befinden,
von den Abmessungen der zu lagernden Gruppen und ihrer Neutronenvermehrungscharakteristik
abhängt. Die Lagerzellen 20 sind oben und unten offen; jede Zelle hat eine Trennwand
24 in der Wähe des Bodens, auf der die Spaltstoffelementgruppe aufliegt.
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Es sind ferner Öffnungen 26, vorzugsweise auf allen vier Seiten der
Zelle 20 in der Nähe des Bodens vorgesehen, um eine ungehinderte Zirkulation des
Wassers in und durch die Zelle, über die Öffnungen 26 und eine mittlere offen
nung
28 in der Trennwand 24 zu ermöglichen. Die Zellen 20 können aus einem beliebigen
geeigneten tAterial bestehen, beispielsweise aus Stahlblech. Kanäle bildende Teile
30 sind an einer Oberfläche der Zelle 20 durch Schweißen oder in anderer Weise befestigt.
Die Teile 30 bestehen aus zwei oder mehr, verhältnismäßig kurzen Abschnitten, wie
im Falle der Figur 3 oder einem einzelnen langen Abschnitt.
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Die Entgiftungskästen 22 dienen als Neutronenfänger. Sie bestehen
aus einem rechteckigen, langgestreckten Gehäuse, wie sich aus der Zeichnung ergibt,
sind oben und unten offen, um eine Zirkulation des Wassers durch die Kästen zuzulassen
und sind vorzugsweise etwas kürzer als die Lagerzellen 20, wie Figur 3 zeigt. Die
Entgiftungskästen 22 sollen mit Wasser gefüllt werden, das als Moderator wirkt und
die Neutronen verlangsamt, wenn sie durch den Kasten treten, während die Wände die
Neutronen einfangen und absorbieren. Es sind verschiedene Neutronen absorbierende
Stoffe bekannt, wie z.B. Bor, Aluminium-3or, Cadmium oder Gadulinium. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform bestehen die Wände der Entgiftungskästen aus einem derartigen
Material, wobei vorzugsweise Cadmium in Form eines dünnen Bleches mit einer Stärke
von 1 mm benutzt wird. Selbstverständlich kann jedes andere geeignete Material,
das die erforderlichen Eigenschaften aufweist, verwendet werden. Es besteht auch
die Möglich keit, die Wandungen der Entgiftungskästen mit einem geeigneten Stoff
zu beschichten oder das Material in anderer Weise in die Wandung einzubringen. Die
Kästen 22 sind mit einer Haube 32 versehen, die aus Blech oder dergleichen bestehen
kann. Die Haube 32 hat geneigt verlaufende Wandungen und ist oben offen, um die
Zirkulation des Wassers zu ermöglichen. Ein nach unten gerichteter Abschnitt 34
der Wandung erstreckt sich ein Stück in das
obere Ende des Entgiftungskastens
hinein und liegt fest an diesem an, so daß die Haube durch Reibung in der richtigen
Lage gehalten wird. Die haube 32 erstreckt sich seitlich über die Wandungen 34 hinaus
und bildet eine überstehende Kante 36, die rund um den Entgiftungskasten verläuft.
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Die Lagerzellen 20 und die Entgiftungskästen 22 können bausteinartig
in der Grube 10 in jeder geeigneten Weise angeordnet werden, und zwar so, daß jede
Lagerzelle unmittelbar neben wenigstens einem Entgiftungskasten liegt.
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Bei der bevorzugten, auf den Figuren 1 und 2 dargestellten Alesführungsform,
sind die Abmessungen der Entgiftungskästen in beiden Richtungen kleiner als die
der Lagerzellen 20. Die Breite der Entgiftungskästen ist so gewählt, daß sie in
die die Kanäle bildenden Teile 30 passen, wie Figur 2 zeigt. Die Bausteinanordnung
erfolgt dann, wie dargestellt, mit Lagerzellen und Entgiftungskästen, die in beiden
Richtungen abwechselnd angeordnet werden, so daß sich eine schachbrettartige Anordnung
ergibt.
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Dabei werden die Lagerzellen dadurch in ihrer Stellung gehalten und
miteinander verbunden, daß jede Zelle über die Flanschen der die Kanäle bildenden
Teile 30 mit der benachbarten Zelle durch Bolzen oder Nieten verbunden wird. Auf
diese Weise entstehen Zwischenräume zwischen den Zellen in jeder Reihe, die eine
Breite haben, die durch die Teile 30 festgelegt ist. Die Entgiftungskästen 22 werden
in diesen Zwischenräumen angeordnet und aufgehängt, wobei die Kanten 36 auf allen
Seiten an den benachbarten Kanten der Lagerzellen aufliegen.
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Bei dieser Anordnung haben benachbarte Reihen von Zellen keinen Abstand
voneinander, d.h. jede Lagerzelle berührt
die benachbarten Lagerzellen
an zwei sich gegenüberliegenden Seiten. Die Anordnung kann fortgesetzt werden, bis
die gesamte Grube 10, wie in Figur 1 dargestellt ist, ausgefüllt ist oder so viele
Lagerzellen eingesetzt sind, wie benötigt werden. Die gesamte Konstruktion ist so
in der Grube 10 angeordnet, das sie unter Wasser liegt, wobei die Lagerzellen 20
und die Entgiftungskästen 22 vollständig mit Wasser gefüllt sind. Um einen guten
Halt in der Grube zu bekommen, können die die Kanäle 30 bildenden Teile bei der
letzten Reihe der Lagerzellen fortgelassen werden, die an die Winkelstangen 16 anstoßen,
und die Winkelstangen 16 an den Seitenwänden der Grube können Abstandshalter 38
tragen, die mit den angrenzenden Entgiftungskästen in Eingriff kommen, um das Ganze
zu stützen. Die Spaltstoffelementgruppen 23, die gelagert werden sollen, können
in den Zellen 20 abgesenkt werden, nachdem die Konstruktion fertiggestellt ist.
Die geneigt verlaufenden Seitenteile der Hauben ,2 auf allen vier Seiten jeder Zelle
führen die Elementgruppen in die Zellen.
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Wenn die Grube 10 mit Wasser gefüllt ist, wird praktisch das gesamte
Wasser außerhalb der Lagerzellen durch die Entgiftungskästen 22 umschlossen, so
daß die Eigenschaften des Materials, aus dem die Wandungen der Kästen bestehen,
und der Moderator optimal ausgenutzt werden. Die Kästen 22 dienen zum Auffangen
schneller Neutronen und reduzieren die Neutronenanhäufung in dem Raum. Der Auffangeffekt
beruht darauf, daß ein mit Wasser gefüllter Raum vollständig durch das Material,
aus dem die Kästen bestehen, umgeben ist. Dieses Material dient lediglich dazu,
langsame Neutronen zu absorbieren, so daß die Seite des Entgiftungskastens, die
in unmittelbarer Nähe einer Lagerzelle liegt, nur langsame Neutronen absorbiert,
während schnelle Neutronen, die durch den Spalt stoff erzeugt werden, durch die
Wandung durchtreten. Diese
schnellen Neutronen werden jedoch durch
das Wasser verlangsamt, das in dem Kasten enthalten ist, und zwar so sehr, daß sie
durch die auf der anderen Seite liegende Wandung des Kastens aufgefangen werden.
Die Kästen 22 sind daher Neutronenfallen, so daß der Zwischenraum zwischen den Lagerzellen,
durch den das Auftreten kritischer Werte vermieden wird, verglichen mit einem Zwischenraum,
der sonst notwendig wäre, erheblich reduziert ist. tblicherweise ist ein Zwischenraum
von wenigstens 50 cm auf allen Seiten zwischen benachbarten Spaltstoffelementgruppen
erforderlich, um kritische Werte zu vermeiden.
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Durch die Verwendung der Entgiftungskästen gemaß vorliegender Erfindung
kann dieser Zwischenraum ganz erheblich verringert werden und auf einer oder sogar
zwei Seiten der Lagerzellen ganz entfallen. Die Konstruktion kann den Gegebenheiten
angepaßt werden, da die erforderliche Breite der Entgiftungskästen in Abhängigkeit
der Neutronenvermehrungscharakt erist ik verändert werden kann, so daß eine Anpassung
an die kritischen Werte erfolgen kann. Das Bausteinprinzip des Lagerregals gemäß
vorliegender Erfindung stellt eine äußerst einfache Konstruktion mit hoher Festigkeit
und geringem Gewicht dar, das bezüglichder Abmessungen leicht angepaßt werden und
schnell aufgebaut werden kann, da die Lagerzellen lediglich durch Bolzen oder Nieten
zusammengehalten werden und die Entgiftungskästen an den oberen Kanten der Zellen
aufgehangt werden. Auf diese Weise entsteht eine einfachere und weniger aufwendige
Konstruktion als es bei dem geschweißenGitterwerk aus Stahlrahmen, das üblicherweise
bOnutzt-wird, der Ball ist. Die Konstruktion gemäß vorliegender Erfindung hat darüber
hinaus den Vorteil, daß die sich berührenden Flächen der Lagerzellen und die Ylähen
der Lagerzellenund der die Kanäle bildenden TOileldurch Reibung zusammengehalten
werden und sich g4gBneinander. verechie;be können., Auf diese Weise er-
folgt
eine mechanische Reibungsdämpfung, die Vibrationen bei Erdstößen oder anderen schweren
mechanischen Erschütterungen dämpft, so daß eine zusätzliche Sicherheit vorhanden
ist, die die bisher benutzten Konstruktionen nicht aufweisen.
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Es sind verschiedene Änderungen in der Anordnung der Lagerzellen und
der Entgiftungskästen möglich. Figur 5 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der
die Kästen 40 eine größere Länge haben als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform;
die Entgiftungskästen erstrecken sich über drei Lagerzellen 20, die in ähnlicher
Weise ausgebildet sind wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme,
daß keine die Kanäle 30 bildenden Teile verwendet werden, sondern die Zellen direkt
an benachbarten ,erzen angebracht sind. Bis auf die Abmessungen sind die Entgiftungskästen
40 shnlich ausgebildet wie die Kästen 22; die Wandungen bestehen aus dem gleichen
Material und die Kästen sind mit Wasser gefüllt, das als Moderator dient. Die Lange
der Kästen 40 hängt natürlich von den Eigenschaften der Spaltstoffgruppen ab, die
in den Lagerzellen 20 angeordnet sind. Sie können größer oder kleiner sein als in
Figur 5 dargestellt. Bei dieser Anordnung wechseln, da sich jeder Entgiftungskasten
über zwei oder mehr Lagerzellen erstreckt, die Lagerzellen und die Entgiftungskästen
miteinander in nur einer Richtung ab. Jede Lagerzelle liegt unmittelbar neben wenigstens
einem Entgiftungskasten oder umgekehrt, so daß jeder Kasten unmittelbar neben wenigstens
einer Lagerzelle liegt und zwei sich gegenüberliegende Seiten der Lagerzellen benachbarte
Lagerzellen praktisch beruhren. Der Vorteil einer derartigen Anordnung ist der gleiche
wie bei der vorhergehenden Ausführungsform.
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Selbstverständlich sind noch andere Möglichkeiten der Anordnung der
Lagerzellen und der Entgiftungskästen mög-
lich.
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Mit der Konstruktion gemäß vorliegender Erfindung kann eine maximale
Anzahl von Gruppen verbrauchter Spaltstoffelemente in einem gegebenen Raum bei erheblicher
Verringerung der Abstände zwischen den Gruppen untergebracht werden, wobei das Verhältnis
von gelagertem Spalt stoff zu Giftstoff maximal ist. Da die Abstände zwischen den
Lagerzellen wenigstens auf einer Seite der Zellen vollständig entfallen können,
vorzugsweise auf zwei Seiten, ist eine dichtere Lagerung mit einer größeren Lagerkapazität
möglich als bei bekannten Konstruktionen.Die durch Bolzen oder Nieten zusammennehaltenebausteinartige
Konstruktion ist erheblich einfacher und weniger aufwendig als die geschweißten
Konstruktionen, die bisher benutzt worden sind. Die bausteinartige Konstruktion
macht es möglich, das Gestell soweit auszudehnen wie es notwendig ist. Die Konstruktion
weist ferner eine Reibungsdämpfung zwischen den einzelnen Elementen auf, wodurch
die Sicherheit beim Auftreten von Erdstößen oder schweren Erschütterungen erhöht
wird.