-
Transportbehälter für Kernbrennstoffe
-
- Ansprüche -
Die Erfindung bezieht sich auf den
Transport von in einem Kernreaktor bestrahlten Brennstoffelementen. Der Ausdruck
Brennstoffelemente bezeichnet in diesem Zusammenhang sowohl Elemente mit einem solchen
Gehalt an spaltbarem Material, daß sie unter Bestrahlung in einem Reaktor zur Energieerzeugung
durch Kernspaltung verwendbar sind, als auch sogenannte Brüterelemente mit einem
höheren Gehalt an Brutmaterial, deren wesentlicher Zweck darin besteht das Brutmaterial
durch Bestrahlung im Reaktor zu spaltbarem Material umzuwandeln.
-
Von einem Reaktor, in welchem sie bestrahlt wurden, müssen Brennstoffelemente
zu einer Aufbereitungs- oder Lagerungsanlage transportiert werden. Dort werden die
Elemente nach geeigneter Lagerung zerlegt und wieder aufbereitet, um wiederverwendbare
Bestandteile, insbesondere spaltbares Material, zurückzugewinnen. Nach der Bestrahlung
sind die Elemente nicht nur radioaktiv, sondern sie geben auch weiterhin aufgrund
des radioaktiven Zerfalls von Spaltprodukten Wärme ab. Für den sicheren Transport
der Elemente sind daher teure und aufwendige Einrichtungen notwendig.
-
Gebräuchliche Transportbehälter für bestrahlte Brennstoffelemente
bestehen gewöhnlich aus zwei Hauptteilen, nämlich einem Außenbehälter oder Kessel
und einem Innenbehält er, welcher zusammen mit weiteren für die vollständige Abschirmung
und Kühlung der Einheit notwendi6en Einrichtungen im Außenbehälter untergebracht
ist. Bei
gleichzeitigen Transport von mehreren Brennstoffelementen
in einem solchen Behälter erfüllt der Innenbehälter die wichtige Aufgabe, die Elemente
innerhalb des Außenbehältern in einer bestimmten 8tellung relativ zueinander festzuhalten.
Der Innenbehälter ist vollständig dicht verschließbar, was insbesondere dann wichtig
ist, wenn die Gefahr besteht, daß die transportierten Brennstoffelemente undicht
werden oder auf andere Weise Spaltprodukte in die unmittelbare Umgebung rreisetzen.
In dieser Falle bildet der Innenbehälter eine zweite, innere Umhüllung. Sofern im
folgenden Jedoch nicht ausdrücklich vermerkt, ist die abdichtende Verschließbarkeit
des Innenbehälters nicht ausschlaggebend.
-
Der Transportbehälter insgesamt nuß einen sicheren fransport sowie
auch ein sicheres Be- und Entladen gewährleisten. Das Entladen geschieht gewöhnlich
in der Weise, daß der gesamte Behälter in eine Wasserbassin versenkt wird, worauf
das öffnen des Behälters und die Entnahme der Elemente in untergetauchten Zustand
erfolgt. Der Hauptzweck des Wassers in Bassin liegt darin, eine durchsichtige Abschir@ung
für das Bedienungspersonal zu schaffen. Dieser Zweck ware Jedoch bei starker Verunreinigung
des Wassers nicht erfiillbar. Die aus einen Kernreaktor entnommenen Brennstoffelemente
können anhaftende Feststoffe tragen, beispielsweise sogenannten Schlamm, wie er
in wassergekühlten Reaktoren anfällt. Derartige Feststoffe werden vorzugsweise entfernt,
bevor die Brennstoffelemente nit d Wasser in Bassin in Berührung können.
-
Zu diesem Zweck wird das Medium, gewöhnlich Wasser oder eine andere
Flüssigkeit, in welchem die Elemente transportiert wurden, getrennt vom Wasser im
Bassin entfernt, wobei eine gewisse Menge der Feststoffe mit abgeführt werden können.
Zum vollständigen Entfernen der Feststoffe kann dann eine Spülflüssigkeit zugeführt
werden. Die Erfindung ermöglicht eine sichere und zügige Durchführung eines solchen
Spülvorgangs.
-
Im Hinblick darauf schafft die Erfindung einen Innenbehälter für die
Verwendung in einem Transportkessel für bestrahlte Kernbrennstoffelemente, mit einem
im wesenlichen zylindrischen Mantel, einem damit einstückigen Verschluß an einem
Ende desselben, einem abnehmbaren Deckel am anderen Ende, einer Anordnung zum Unterteilen
des Behälters in einzelne Zellen jeweils für die Aufnahme eines länglichen Kernbrennstoffelements
mit zu der des Mantels parallel verlaufender Achse, und mit den Deckel durchsetzenden,
verschließbaren Leitungen zum Injizieren von Strömen einer Spülflüssigkeit entlang
der Achse jeder Zelle in Richtung auf den tellerförmigen Verschluß, wobei dieser
einen Abzugssumpf sowie Leitungen zum Austragen von Materie aus dem Sumpf durch
das andere Ende des Innenbehälters hindurch aufweist.
-
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes Brennstoffelement nach
dem Abzug des Mediums, in welchem die Elemente transportiert wurden, durch Injizieren
von Flüssigkeitsatrömen durch den Deckel hindurch abgespült werden
kann,
um anhaftende Feststoffe zu entfernen, worauf sich die Feststoffe in dem Abzugssumpf
sammeln und zusammen mit der Spülflüssigkeit über die Austragsleitungen aus dem
Innenbehälter entfernt werden können.
-
Um das Sammeln der Feststoffe im Abzugs sumpf und den anschließenden
Austrag aus diesem zu erleichtern, können zusätzliche Einrichtungen für ie Zufuhr
einer Spülflüssigkeit vorgesehen sein. Diese können sich von dem mit dem Deckel
verschlossenen Ende des Behälters aus erstrekkende Rohre aufweisen, welche so angeordnet
sind, daß sie Ströme der Flüssigkeit über die tellerförmige Oberfläche des Endverschlusses
leiten. Die Rohre sind vorzugsweise winkelig geformt, so daß sie spiralförmige Ströme
der Flüssigkeit über die tellerförmig eingesenkte Fläche leiten. Die Ströme erhalten
dadurch eine Wirbelkomponente, welche die Spülung der Oberfläche des Verschlusses
begünstigt.
-
Nach dem Durchspülen des Innenbehälters kann der Deckel zum Herausnehmen
der Brennstoffelemente abgenommen werden, wobei wegen des vorherigen Entfernens
der anhaftenden Feststoffe eine geringe Gefahr der Verschmutzung des Wassers iw~Bassin
gegeben ist. Dabei ist Jedoch eine Kontaminierung der Außenflächen des Kessels durch
das Wasser im Bassin möglichst zu verhüten. In dieser Hinsicht schafft die Erfindung
in einer anderen Ausführungsform ein Verfahren zum Entladen von bestrahlten Brennstoffelementen
aus einem einen abnehmbaren Endverschluß sowie einen
Innenbehälter
gemäß der Erfindung aufweisenden Transportkessel, bei welchem gemäß der Erfindung
vorgesehen ist, daß wenigstens ein Teil der Außenflächen des Kessels mit einem flexiblen
Bahnmaterial abdichtend umhüllt wird, bevor der Kessel in einem eine Flüssigkeit
enthaltenden Bassin versenkt wird, so daß die Flüssigkeit nicht mit den umhüllten
Außenflächen in Berührung kommt.
-
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine unterbrochene Längsschnittansicht eines Innenbehälters
für die Verwendung in einem Transportbehälter für bestrahlte Kernbrennstoffe und
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Innenbehälter, in der oberen Hälfte mit und in der
unteren Hälfte ohne Deckel.
-
Der in Fig. 1 dargestellte Innenbehälter hat einen im wesentlichen
zylindrischen Mantel 11 mit einem den Boden darstellenden, tellerförmig eingesenkten
Verschluß 12 und einem einwärts hervorstehenden Flansch 13 am oberen Ende. Der Innenrand
des Flanschs 13 ist der Form einer oben und unten offenen, wabenförmigen Anordnung
14 von Trennwänden angepaßt, welche im dargestellten Beispiel vierzehn Zellen mit
quadratischem Querschnitt enthält.
-
Die Zellen 15 dienen der Aufnahme jeweils eines ternbrennstoffelements
von entsprechender Form. Zwischen den aus Blech geformten Trennwänden vorhandene
Zwischenräume 16 dienen der Aufnahme eines neutronenabsorbierenden
Materials,
etwa des unter der Bezeichnung Boral bekannten, um während des Transports einen
unterkritischen Zustand zu gewährleisten. Die Trennwände sind außerdem in gewissen
Abständen von Offnungen 17 durchsetzt, durch welche das während des Transports als
Wärmetauschermedium verwendete Wasser frei um die Brennstoffelemente herum strömen
kann.
-
Ein das obere Ende des Innenbehälters verschließender Deckel 18 weist
eine im wesentlichen ebene Deckplatte 19, radiale Versteifungsrippen 20 und ein
in der Mitte angeordnetes Tragstück 21 auf. Der Deckel 18 istmittels in einem Kranz
angeordneter Schrauben 22 am Flansch 13 befestigt, wobei eine zwischen den übereinanderliegenden
Flächen angeordnete Dichtung eine hermetische Abdichtung des Innenbehälters gewährleistet.
-
Die ebene Deckplatte 19 des Deckels ist von mehreren Spülflüssigkeits-Zuleitungen
23 durchsetzt. Die Leitungen 23 sind Jeweils mittig auf eim zugeordnete Zelle 15
für die Aufnahme eines Brennstoffelenents ausgerichtet und haben Jeweils einen selbstdichtenden
Anschluß 24 für die lösbare Verbindung mit einer von außen zugeführten Speiseleitung.
Gleichartige Anschlüsse sind in unterschiedlichen Abständen nahe dem äußeren Rand
des Flanschs 13 angeordnet. Der Deckel 18 hat entsprechende Ausschnitte 25 welche
den Zugang zu den am Flansch hervorstehenden Anschlüssen ermöglichen. Die mit S;
27, 28 und 29 bezeichneten Anschlüsse sind über permanent verlegte
Leitungen
30 mit einem in der Mitte des Bodens 12 angeordneten Abzugs sumpf 31 verbunden.
Die Leitungen 30 erstrecken sich entlang dem Zwischenraum zwischen der Anordnung
der Trennwände und der zylindrischen Umfangswand und sind abdichtend durch den Boden
12 hindurchgeführt, so daß sie in radialen Richtungen im Sumpf 31 ausmünden. Die
mit 31 bis 36 bezeichneten Anschlüsse sind fest mit Leitungen 37 verbunden, welche
im wesentlichen in gleichen gegenseitigen Abständen etwas oberhalb des Bodens 12
ausmünden und dazu dienen, zusätzlich zu den Anschlüssen 24 eine Spülflüssigkeit
zu indizieren.
-
Ein weiterer Anschluß 38 am Flansch 13 dient zur Ermittlung der Standhöhe
des Wassers im Behälter bzw. zur Bestimmung des für die thermische Ausdehnung des
Wassers notwendigen freien Hohlraums. Ein mit dem Anschluß 38 verbundenes (nicht
dargestelltes) Rohr erstreckt sich bis zu einer begrenzten Tiefe von beispielsweise
0,6 m in den Behälter hinein. Nach dem Verschließen des Innenbehälters wird über
den Anschluß 38 und das Rohr Druckluft eingeblasen, welche den Wasserspiegel im
Behälter beaufschlagt und überschüssiges Wasser über den Anschluß 38 austreibt,
bis Luft auszutreten beginnt. Damit ist dann die vorgeschriebene Standhöhe des Wassers
erreicht und der Anschluß 38 kann von der Zuleitung gelöst werden.
-
Da ein solcher Behälter gewöhnlich ziemlich lang, beispielsweise 5
m lang ist, sind im Zwischenraum zwischen der Anordnung der Trennwände und der zylindrischen
Wand
(nicht dargestellte) Rohrstützen sowie Versteifungs-und Haltebleche
39, 40 angeordnet.
-
Eine Darstellung eines Transportkessels, welcher für die Aufnahme
des Innenbehälters geeignet ist, findet sich in "Nuclear Engineering International",
Juni 1969, 8.504.
-
Es handelt sich dabei um einen allgemein bekannten und vielfach verwendeten
Kessel. Eine Kerbe 41 im Deckel 18 und eine dieser entsprechende, sich über die
Länge des Innenbehälters erstreckende Nut wirken zusammen mit einer im Transportkessel
hervorstehenden Nase, um den Innenbehälter in der richtigen Ausrichtung im Kessel
zu halten.
-
Bei Ankunft eines Transportkessels mit einer Ladung bestrahlter Drennstoffelemente
an einer Entladestation wird er in einem Wasserbassin versenkt, worauf sein Endverschluß
abgenommen und damit zunächst die Wasserfüllung des Innenbehälters, in welcher die
Brennstoffelemente transportiert wurden, entfernt wird. Zu diesem Zweck wird einer
der Rohranschlüsse 24 oder 31 bis 36 mit einer Druckluftleitung verbunden und über
diese Druckluft eingeblasen, um das Wasser über den Sumpf 31 und wenigstens eine
mit einer weiteren Leitung verbundene Abzugsleitung 30 auszutreiben. Während dann
die wenigstens eine Abzugsleitung weiterhin angeschlossen bleibt, beginnt das Spülen
des Behälters. Dabei kann über die einzelnen Spülanschlüsse 24nacheinander, über
Gruppen der Spülanechlüsse oder auch über alle Spülanschlüsse gleichzeitig gespült
werden. Zu diesem Zweck werden an
den jeweiligen Spülanschlüssen
Zuleitungen angeschlossen, welche nach dem Spülen wieder abgenommen werden.
-
Vorzugsweise nach dem Spülen über die Anschlüsse 24 im Deckel wird
anschließend über die Spülanschlüsse 31 bis 36 am Flansch 13 gespült. Die über diese
zugeführte Spülflüssigkeit bestreicht die äußeren Bereiche des Bodens und spült
auf diesem abgesetzte, vorher von den Brennstoffelementen gelöste Feststoffe ab.
Die Spülrohre 37 sind vorzugsweise so abgewinkelt, daß sie die Spülflüssigkeit in
spiralförmigen Strömen über den Boden leiten, so daß eine Wirbelströmung entsteht,
welche das Spülen des Bodens begünstigt. An den Enden der Rohre können Mundstücke
zum Formen und/oder Ausrichten der Flüssigkeitsstrahlen angeordnet sein.
-
Ein im Hinblick auf sicheres Entladen wichtiger Aspekt der Erfindung
bezieht sich auf den Schutz der Außenflächen des Transportkessels vor Verunreinigung.
In dieser Hinsicht ist für das Entladen bestrahlter Kernbrennstoffelemente aus einem
Transportkessel im eingetauchten Zustand vorgesehen, daß im wesentlichen alle Außenflächen,
welche im untergetauchten Zustand nicht zugänglich zu sein brauchen, vor dem Eintauchen
des Kessels mit einem flexiblen Bahnmaterial umhüllt und dadurch vor Berührung mit
der Flüssigkeit, in welche der Kessel versenkt wird, geschützt werden. Ein großer
Teil der auf diese Weise geschützten Oberflächen ist zumoint, wie auch in der vorstehend
genannten Ausführung, mit
Kühlrippen versehen. Dadurch, daß diese
Flächen trockengehalten werden, ist für die Reinigung des Kessels nach der Entnahme
aus dem Bassin ein wesentlich verringerter Aufwand notwendig.
-
Die Teile, welche zugänglich bleiben müssen beschränken sich gewöhnlich
auf den Endverschluß des Kessels und die Befestigungseinrichtungen für den Endverschluß.
Zum Umhüllen des Kessels wird dieser zweckmäßig in einen Beutel oder Sack aus einem
flexiblen Bahnmaterial eingesetzt, worauf die Ränder am offenen Ende des Sacks mittels
eines Haltebands oder Seils möglichst nahe am Endverschluß lösbar um den Kessel
herum festgespannt werden.
-
Sofern die Umhüllung den Umgang mit dem Kessel, beispielsweise das
Versenken im Bassin oder Herausheben aus demselben behindert, müssen gegebenenfalls
auch andere Teile unbedeckt bleiben. Diese Teile sind beispielsweise an der Wandung
des Kessels hervorstehende Zapfen für den Angriff von Kranhsk.n und dergl.. In diesem
Falle hat der Sack an entsprechenden 8tellen öffnungen von geeigneten Abmessungen,
durch welche die Zapfen hervorstehen können.
-
Die Ränder der öffnungen können dann mittels Bändern od. dergl. lösbar
um die Zapfen herum festgezogen werden.
-
Für die Umhüllung eignet sich ein Kunststoffmaterial von ausreichender
Festigkeit und Stärke, welches sich ohne Finsureißen über unregelmäßig geformte,
insbesondere gerippte Oberflächen spannen läßt. Ein Beispiel für ein solches Material
ist mit Nylon verstärktes Polyvinylchlorid.
-
Um einen beschleunigten Umlauf des ein sehr aufwendiges Ausrüstungsteil
darstellenden Kessels zu ermöglichen, kann der Innenbehälter möglichst bald nach
dem Versenken im Bassin vom Kessel getrennt werden. Dazu ist dann ein Ständer notwendig,
um den Innenbehälter in der richtigen aufrechten Stellung zu halten. Ist dann der
Innenbehälter aus dem Kessel herausgehoben und im untergetauchten Zustand in den
Ständer eingesetzt, dann steht der Kessel für weitere Transportaufgaben zur Verfügung.
-
L e e r s e i t e