DE2753034C2

DE2753034C2 - Einrichtung zum Lagern von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen und Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung

Info

Publication number: DE2753034C2
Application number: DE2753034A
Authority: DE
Inventors: Roland 6051 Dietzenbach Kühnel; Reinhard 6000 Frankfurt Stang
Original assignee: Kraftwerk Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1977-11-28
Publication date: 1986-10-09
Also published as: AT365841B; IT7830050A0; ATA708478A; IT1100293B; FR2410339B1; GB2009484B; FR2410339A1; ES475479A1; SE7811884L; GB2009484A; DE2753034A1; CH636722A5; CA1175163A; SE433144B; BR7807768A; JPS54116599A; AR218945A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lagern von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen mit einem Wasserbecken zur Aufnahme der aus einem Kernreaktor entladenen bestrahlten Brennelemente.

Es ist bekannt, aus einem Kernreaktor entladene abgebrannte Brennelemente so lange in einem wassergefüllten, vom Kernreaktor gesonderten Abklingbecken zu lagern, bis die Wiederaufarbeitung dieser abgebrannten Brennelemente nach ausreichender Abklingzeit für die Nachzerfallsleistung in Angriff genommen werden kann. Mit zunehmender Laufzeit der Kernkraftwerke fallen aber in ständig steigendem Maße verbrauchte Brennelemente an, die in der beschriebenen Weise für lange Zeit aufbewahrt werden müssen, wenn sie nicht gleich in dem Umfang in einer Wiederaufarbehungsanlagc aufbereitet werden können, in dem sie anfallen.

Es ist ersichtlich, daß die für abgebrannte Brennelemente bereitzustellende Lagerkapazität ständig ausgeweitet werden muß, was nicht nur mit einem stetig steigenden Bedarf an wassergefüUten Abklingbecken verbunden wäre, sondern vor allen Dingen auch mit dem Erstellen der zugehörigen Reinigungsanlagen für das Beckenwasser sowie der Kühleinrichtungen zur Abführung der Nachzerfallsleistung der verbrauchten Brennelemente. Ferner müßten zusätzliche Abklingbecken auch, wie in der Reaktortechnik üblich, mit redundanten Betriebs-, Meß- und Überwachungssystemen versehen werden, was im Laufe der Zeit zu einem außerordentlich großen und kostspieligen technischen Aufwand führen würde. Außerdem würde durch die Abfuhr der Nachzerfallswärme und die Reinhaltung des Beckenwassers in nicht unerheblichem Maße elektrische Energie verbraucht und schwach radioaktiver Abfall produziert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerung in vermehrtem Umfang anfallender abgebrannter Kernreaktorbrennelemente ohne Vergrößerung von Anzahl und/oder Umfang vorhandener wassergefüllter Abklingbecken zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserbecken eine Trocknungseinrichtung zum Trocknen der diesem Wasserbecken entnommenen bestrahlten Brennelemente und eine abgeschirmte Trockenlagerkammer mit einem Trockenlagerraum zur Langzeitlagerung der bestrahlten Brennelemente zugeordnet ist, die innen mit einer Tragstruktur für die bestrahlten Brennelemente versehen ist und die eine den Trockenlagerraum gasdicht umschließende Strahlungsabschirmung mit einer strahlungs- und gasdicht verschließbaren Be- und Entladeöffnung aufweist. und daß in der Strahlungsabschirmung Kühlrohre mit einem strömenden Kühlmittel eingebettet sind.

Mit einer solchen Einrichtung kann ein beschleunigter Durchgang aus einem Kernreaktor entladener bestrahlter Brennelemente durch das bereits vorhandene mit Wasser gefüllte Abklingbecken erzielt werden. Die Verweilzeit der abgebrannten Brennelemente im Abklingbecken kann bis auf ein Zehntel des bisherigen Wertes verringert werden. Zur Langzeitlagerung der abgebrannten Brennelemente dient die Trockenlagerkammer, in der die geringer gewordene restliche Nachzerfallswärme durch Strahlung und durch Naturumlaufströmung des im Trockenlagerraum der Trockenlagerkammer eingeschlossenen Gasvolumens ausschließlich innerhalb der Trockenlagerkammer ohne Beeinträchtigung der Integrität der abgebrannten Brennelemente abgeführt werden kann und die bei plötzlichem, durch vermehrten Anfall abgebrannter Brennelemente hervorgerufenen Bedarf erforderlichenfalls erheblich schneller und mit erheblich weniger Aufwand, also kostengünstiger erstellt bzw. vergrößert sowie einfacher und störungssicherer betrieben werden kann als zusätzliche wassergefüllie Abklingbecken.

Insbesondere haben die abgebrannten Brennelemente in der Trockenlagerkammer keinerlei Kontakt mit der Umgebungsluft, so daß sich von den abgebrannten Brennelementen evtl. lösende radioaktive Partikel auch

ohne den Einsat/, von kostenaufwendigen Filtereinrichsungen nicht nach außen gelangen können. Ferner kann die Abgabe radioaktiver Partikel durch die abgebrannte« Brennelemente in der Trockenlagerkammer besonders wirkungsvoll überwacht werden. Schließlich kann wegen der Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel in den in der Strahlungsabschirmung der TrQckenlagerkämmer eingebetteten Kühlrohren eine erhebliche Menge abgebrannter Brennelemente in einer einzigen Trbckenlagerkammer eingelagert werden, ohne daß es zu einem Wärmest&u kommt, so daß nur ein begrenzter Aufwand an Struktur- und Abschirmmaterial für die Trockenlagerkammer erforderlich ist

Die erfindungsgemäße Einrichtung wird günstigerweise betrieben, in dem die aus dem Kernreaktor entladenen Brennelemente bis zum Absinken ihrer Nachzerfallsleistung auf einen durch Trockenkühlung abführbaren Wert im Wasserbecken gelagert, sodann in der Trocknungseinrichtung getrocknet und schließlich innerhalb der Trockenlagerkammer abgestellt werden.

Aus der französischen Offenlegungsschrift 22 76 664 ist zwar eine Lagereinrichtung für abgebrannte Brennelemente eines natriumgekühlten schnellen Brutreaktors bekannt, die eine Trockenlagerkammer für Behälter aufweist, in denen sich jeweils ein abgebranntes Brennelement in einem Natriumbad befindet, mit dem dieses Brennelement gekühlt wird. Djese Lagereinrichtung weist jedoch kein besonderes, mit einem Kühlmittel gefülltes Abklingbecken für die aus dem Brutreaktor entladenen abgebrannten Brennelemente auf, sondern solche abgebrannten Brennelemente werden von vornherein etwa 9 Monate lang im Brutreaktor selbst in der Nähe dessen biologischen Schildes und in diesem biologischen Schild zum Abklingenlassen der Nachzerfallswärme vorgelagert, bis sie für 1 bis 3 Monate jeweils in einem der besagten Natriumbehälter in der Trockenlagerkammer abgestellt und anschließend zusammen mit den Natriumbehältern in einem besonderen, einen biologischen Schild und nach außen geführte Kanäle für Kühlgas aufweisende Transportbehälter zur Wiederaufarbeitungsanlage transportiert werden. Der biologische Schild des Brutreaktors weist ein Führungsrohr auf, in das ein Brennelement mit Behälter nach dem Abbrand hineingezogen werden und wo es gekühlt werden kann. Die Trockenlagerkammer hat zwar eine Strahlungsabschirmung mit eingebetteten Kühlschlangen, diese Strahlungsabschirmung umschließt den Trockenlagerraum jedoch nicht gasdicht, sondern im Trockenlagerraum wird der Behälter mit dem abgebrannten Brennelement durch einen Zwangdurchlauf von Gas gekühlt, das von außen durch die Trockenlagerkammer hindurch wieder nach außen strömt und vor dem Austritt nach außen aufwendige Filteranlagen passieren muß, wenn sichergestellt sein soll, daß von dem abgebrannten Brennelement stammende radioaktive Partikel nicht nach außen gelangen. Eine Naturumlaufströmung kann in der Trockenlagerkammer nicht zustande kommen.

Aus »Kerntechnik« 19. Jahrgang (1977), Nr. 4, Seiten 180 bis 187, ist ferner eine Lagereinrichtung bekannt mit einem gasdicht abgeschlossenen, Kernreaktorbrennelemente aufnehmenden Caisson, dessen vergleichsweise dünne Wände als Wärmetauscherfläche dienen, dessen Strahlungsabschirmung nach außen hin aber von einer diesen Caisson zur Kühlluftführung mit Abstand umgebenden — zusätzlichen — Betonwand gebildet ist, die Ein- und Austrittöffnungen für Außenluft aufweist, die als Kühlluft mit dem Caisson in Berührung kommt.

Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an einem dort schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung näher erläutert:

Aus einem Kernreaktor entladene abgebrannte Brennelemente 2 werden zunächst in einem wassergefüllten Abklingbecken 4 gelagert, das zu diesem Zweck mit einer nicht dargestellten inneren Tragstruktur versehen ist, die durch ihre geometrische Form und/oder durch eingelagerte Absorbermaterialien ein Kritischwerden der eingelagerten Brennelemente mit Sicherheit verhindert. Das Beckenwasser ist in nicht dargestellter Weise mit Reinigungseinrichtungen sowie Kühleinrichtungen versehen. Auf diese Weise wird die am Anfang vorhandene noch sehr große Nachzerfallswärme abgeführt und kann unter Umständen auch für andere technische Zwecke weiterverwendet werden. Diese freiwerdende Nachzerfallswärme der Brennelemente nimmt mit zunehmender Lagerzeit ab, so daß von einem bestimmten Zeitpunkt an eine Wasserkühlung nicht mehr notwendig ist

An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, daß die Brennelemente 2 auch mit sogenannten Lagerbüchsen bzw. -kapseln versehen im Lagerbecken 4 abgesetzt werden können. Nach dem Abklingen der Nachzerfallswärme bis auf einen durch Trockenkühlung abführbaren Wert werden dann die Brennelemente fernbedient, z. B. mit Hilfe der Krananlage 8/81 oder mit einer nicht dargestellten Manipulieranlage einzeln dem Lagerbekken 4 entnommen und in die Trockeneinrichtung 5 eingesetzt Durch die restliche Nachzerfallswärme sowie durch über die Leitung 52 zu- und die Leitung 53 abgeführte Gase, wie z. B. Luft oder Stickstoff, werden die Brennelemente von anhaftendem Beckenwasser getrocknet. Alsdann werden sie nach Abnahme eines Dekkels 51 diesem Trockenraum 5 entnommen und ebenfalls wieder fernbedient zu einer nach außen hin abgeschlossenen Verpackungsstation 6 gebracht Dort werden sie in Büchsen 3 eingesetzt, die mit einem Deckel 31 gasdicht verschlossen sind. Der Innenraum wird zweckmäßigerweise mit einem inerten Gas gefüllt. Alsdann werden die so verpackten Brennelemente 2 wiederum fernbedient in ein Trockenlager 7 gebracht Dort werden die Büchsen 3 mit den eingesetzten Brennelementen 2 in eine Tragstruktur 35 eingesetzt, die ähnlich wie jene im nassen Brennelementlagerbecken 4 aufgebaut sein kann. Sie dient also damit der mechanischen Halterung der eingesetzten Brennelementbüchsen 3 sowie der Verhinderung einer kritischen Anordnung. Wann auch die Nachzerfallswärme dieser eingesetzten Brennelemente so gering geworden ist, daß keine Wasserkühlung mehr nötwendig ist, so ist deren radioaktive Strahlung doch noch erheblich, so daß der Trockenlagerraum mit einer Strahlungsabschirmung 71 umgeben werden muß. In diese sind Kühlrohre 72 eingebettet, durch die über die Anschlußstutzen 78 und 79 ein Kühlmittel strömt Die im Inneren des Trockenlagers entstehende Naturumwälzströmung nimmt die Wärme aus den Brennelementen auf und gibt sie an die Abschirmung 71 ab. Die Innenwandung dieser Abschirmung 71 kann dabei mit die Oberfläche vergrößernden Elementen, wie z. B. Rippen und Hergleichen, versehen sein sn Haß damit der Wärmeübergang verbessert wird.

Zusätzlich kann über die Leitung 76 ein Kühlgas in der Lagerraum eingeführt und über die Leitung 77 wieder entnommen werden. Diese Wärmeträger, also entweder das durch die Kühlschlangen 72 strömende Kühlmittel oder das Kühlgas, können wiederum zur Aufheizung der Trockeneinrichtung 5 Verwendung finden, so

daß nur ein Teil derselben nach außen abgeführt werden muß und dort evtl. auch als Prozeßwärme weiter verwendet werden kann.

Für die Einbringung der Brennelemente in das Trokkenlager können Schleusen vorgesehen werden oder auch, wie in der Figur dargestellt, ein Doppeldrehdeckel 74/73, wie er aus der Kernkraftwerkstechnik her bekannt ist An diesen Deckel 73 kann auch zusätzlich ein Ventilator 75 für die verbesserte Umwälzung des Gasvolumens und damit der Kühlung der Brennelementbüchsen 3 vorgesehen sein.

Der Verschluß dieses Trockenlagerbehälters 7 muß selbstverständlich gasdicht ausgeführt sein, wie auch die Strahlungsabschirmung 71 wenigstens mit einer äußeren Dichthaut versehen ist, um eine äußere Kontamination durch evtl. schadhafte Büchsen 3 zu verhindern.

Selbstverständlich ist auch diese Trockenlagerung und selbstverständlich auch die Zwischenstation zur Durchführung dieses Verfahrens mit Überwachungsgeräten an sich bekannter Bauart versehen, damit evtl. vorkommende Störungen rechtzeitig erkannt und abgestellt werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Lagern von abgebrannten Kernreaktorbrennelementen mit einem Wasserbekken zur Aufnahme der aus einem Kernreaktor entladenen bestrahlten Brennelemente, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserbecken (4) eine Trocknungseinrichtung (5) zum Trocknen der diesem Wasserbecken (4) entnommenen bestrahlten Brennelemente (2) und eine abgeschirmte Trockenlagerkammer (7) mit einem Trockenlagerraum zur Langzeitlagerung der bestrahlten Brennelemente (2) zugeordnet ist, die innen mit einer Tragstruktur (35) für die bestrahlten Brennelemente (2) versehen ist und die eine den Trockenlagerraum gasdicht umschließende Strahlungsabschirmung (71) mit einer strahlungs- und gasdicht verschließbaren Be- und Entladeöffnung aufweist, und daß in der Strahlungsabschirmung (71) Kühlrohre (72) mit einem strömenden Kühlmittel eingebettet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsabschirmung (71) innen oberflächenvergrößernde Elemente im Trockenlagerraum aufweist

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Be- und Entladeöffnung mit einem Doppeldrehdeckel (73/74) verschließbar ist

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trockenlagerkammer (7) ein Ventilator (75) zum Verstärken der Naturumwälzströmung des Gasvolumens im Trockenlagerraum vorgesehen ist

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasserbecken (4) ferner eine Ver-Packungsstation (6) zum Verkapseln der getrockneten, bestrahlten Brennelemente (2) in gasdichten Kapseln (3) zugeordnet ist.

6. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Kernreaktor entladenen Brennelemente (2) bis zum Absinken ihrer Nachzerfallsleistung auf einen durch Trockenkühlung abführbaren Wert im Wasserbecken (4) gelagert, sodann in der Trocknungseinrichtung (5) getrocknet und schließ-Hch innerhalb der Trockenlagerkammer (7) abgestellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6 zum Betrieb einer Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bestrahlten Brennelemente (2) nach dem Trocknen in der Trocknungseinrichtung (5) in der Verpackungsstation (6) gasdicht verkapselt und in den Kapseln (3) innerhalb der Trockenlagerkammer (7) abgestellt werden.

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