DE2755554C2

DE2755554C2 - Anordnung für die Lagerung von radioaktivem Material in Gesteinsformationen

Info

Publication number: DE2755554C2
Application number: DE19772755554
Authority: DE
Inventors: Bengt A. Västra Frölunda Akesson; Tore Jerker Sundsvall Hallenius; Karl Ivar Öregrund Sagefors
Original assignee: WP System AB
Current assignee: WP System AB
Priority date: 1976-12-13
Filing date: 1977-12-13
Publication date: 1983-09-08
Also published as: FR2373861A1; CA1096644A; ES464822A1; JPS57480B2; IT1088531B; BR7708254A; MX4571E; FI63091C; GB1598355A; JPS5387000A; FR2373861B1; DE2755554A1; FI773751A; FI63091B

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Lagerung von radioaktivem Material in Gesteinsformationen, bei der sich ein Hohlkörper innerhalb einer Kaverne befindet bei der der Zwischenraum zwischen dem Hohlkörper und der Kavernenwand mit plastisch verformbarem Material gefüllt ist, bei dem ein Rohr von der Erdoberfläche durch das Gestein, den Zwischenraum und die Hohlkörperwandung hindurch bis in den Innenraum des Hohlkörpers reicht und bei der Mittel zum Kühlen des radioaktiven Materials vorgesehen sind. Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 25 992 bekannt.

Bei der bekannten Anordnung ist es dem Benutzer freigestellt in welcher Weise das radioaktive Material im Innenraum des Hohlkörpers gelagert wird. Erfolgt nun eine sehr dichte Lagerung von radioaktivem Material im Hohlraum, dann besteht die Gefahr, daß trotz der vorgesehenen Kühlmittel die Temperatur im Hohlraum so hoch ansteigt daß es zu Schäden, etwa zu Rissen in der Hohlkörperwandung, kommt Die vorbekannte Anordnung vermag deshalb nur eine begrenzte Sicherheit zu bieten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bekannte Anordnung so zu verbessern, daß die Lagersicherheit erhöht wird. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß im Innenraum des Hohlkörpers ein beidseits offener Rohrkörper mit vertikaler Mittelachse und Kugelkörper aus hitzebeständigem Material angeordnet sind, wobei die Kugelkörper mit Durchbohrungen zur Aufnahme des radioaktiven Materials versehen sind.

is Durch die erfindungsgemäße Unterbringung des radioaktiven Materials im Innenraum des Hohlkörpers wird sichergestellt, daß stets Kühlkanäle zwischen den radioaktiven Materialien freigehalten werden, so daß auch bei der Lagerung stark radioaktiven Materials eine

Überhitzung im Innenraum des Hohlkörpers nicht zu befürchten ist Darüber hinaus ergibt sich durch die Unierbringung des radioaktiven Materials in Hohlkörpern eine erhöhte Sicherheit beim Auftreten von Erdbeben oder dergleichen.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt es zeigt

F i g. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Ausführungsform der Anordnung,
F i g. 2 in vergrößertem Maßstab den Mittelteil der Anordnung von F i g. 1,

Fig.3 in perspektivischer Ansicht den sich im Inneren des Hohlkörpers von Fig.2 befindenden Rohrkörper,
F i g. 4 einen im Hohlkörper von F i g. 2 befindlichen Kugelkörper in Einzeldarstellung,

F i g. 5 einen Vertikalschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform der Anordnung zur Erläuterung des Kühlsystems und
F i g. 6 einen Horizontalschnitt nach der Linie Vl-VI

« vonFig.5.

Die Anordnung nach den F i g. 1 bis 4 befindet sich in einer bestimmten Tiefe unterhalb des Erdbodens 2 im Gestein 1. Die Tiefe kann beispielsweise 300 bis 600 m betragen. Im Gestein 1 ist eine Kaverne ausgesprengt deren Umriß in F i g. 1 mit 53 bezeichnet ist In dieser Kaverne 53 ist ein Hohlkörper 54 aus Fels stehengelassen. Der Zwischenraum 55 zwischen dem Hohlkörper 54 und dem äußeren Felsgestein 1 wird mit Ton gefüllt der eine den Hohlkörper 54 umgebende Schale bildet.

so Der Hohlkörper 54 wird im äußeren Felsgestein 1 durch Träger 56 gehalten, die aus bewehrtem Beton oder aus stehengelassenem Fels bestehen.

Der Hohlkörper 54 enthält einen Innenraum 57 in Kugelform. Somit bildet der Hohlkörper 54 eine Schale aus Fels um den Innenraum 57. Der Innenraum 57 steht über ein vertikales Rohr 58 mit einem horizontalen Tunnel 59 in Verbindung, der sich benachbart der Erdoberfläche befindet Der Innenraum 57 und das Rohr 58 sind mit einer Schicht aus bewehrtem Beton 60 ausgeglichen.

Der Innenraum 57 bildet den Lagerraum für das radioaktive Material. Ein vertikal aufrecht stehender zylindrischer Rohrkörper 61 aus bewehrtem Beton befindet sich im Innenraum 57. Dieser Rohrkörper 61 ist im einzelnen in F i g. 3 dargestellt. Die Wanddicke des Rohrkörpers 61 ist, wie aus der Figur ersichtlich, im Mittelteil des Rohrkörpers 61 größer und nimmt nach den Enden hin ab. Am unteren Ende des Rohrkörpers 61

sind um dessen Umfang verteilt zwei Reihen von Ventilationsöffnungen 62 vorgesehen. Benachbart dem oberen Ende des Rohrkörpers 61 ist um den Umfang von dessen Wandung eine Reihe von öffnungen 63 angeordnet Der Rohrkörper 61 ruht mit seinem unteren Ende auf dem Boden des Innenraums 57, während sein oberes Ende sich im Abstand vom oberen Teil des Innenraums 57 befindet Somit unterteilt der Rohrkörper 61 den Innenraum 57 in einen äußeren Raum zwischen iier Außenseite des Rohrkörpers 61 und der Wandung des Innenraums 57 und in einen inneren Raum, der durch das Innere des Rohrkörpers 61 gebildet wird. Diese beiden Räume sind über die Öffnungen 62 im unteren Bereich des Rohrkörpers 61 und über die oberen öffnungen 63 des Rohrkörpers 61 miteinander verbunden.

Gemäß F i g. 2 ist derjenige Raum des Innenraums 57, der nicht vom Rohrkörper 61 besetzt wird, mit Kugelkörpern 64 aus Beton gefüllt, wobei alle denselben Durchmesser aufweisen. Ein derartiger Kugelkörper 64 ist im einzelnen in F i g. 4 dargestellt Der Kugelkörper 64 ist mit einer Vieizahi von durchgehenden, zylindrischen Durchbohrungen 65 versehen. Bei der Ausführungsform nach F i g. 4 sind drei derartige Durchbohrungen 65 vorgesehen. Die Durchbohrungen 65 haben die Form eines geraden Zylinders und — gesehen im Querschnitt rechtwinklig zu ihren Achsen — sind sie so angeordnet daß die Mittellinien sich in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks befinden. Jeder Kugelkörper 64 ist mit einem in ihm verankerten Haken 66 versehen, der zum Anheben oder Absenken des Kugelkörpers 64 dient Die Kugelkörper 64 sind derart im Innenraum 57 angeordnet daß sich die Durchbohrungen 65 unter einem bestimmten Winkel zur Horizontalen erstrecken. Der Winkel soll derart gewählt sein, daß die Durchbohrungen 65 in die Räume zwischen den Kugelkörpern 64 münden. Der Haken 66 ist bezüglich der Durchbohrungen 65 so angeordnet daß dann, wenn der am Haken 66 hängende Kugelkörper 64 in den Innenraum 57 abgesenkt wird, die Durchbohrungen 65 *o automatisch die gewünschte Richtung haben.
' Alle Kugelkörper ft4, also sowohl diejenigen, die sich innerhalb des Rohrkörpers 61 befinden ais auch diejenigen, die sich außerhalb des Rohrkörpers 61 befinden, besitzen solche Durchbohrungen 65, deren Zweck es ist die Zirkulation vor Luft im Innenraum 57 zu erleichtern. In F i g 2 sind diejenigen Kugelkörper 64, welche radioaktives Material enthalten, durch kleine Kreise mit Schrägstrich gekennzeichnet während Kugelkörper 64 ohn? radioaktives Material durch leere Kreise gekennzeichnet sind.

Das zu lagernde radioaktive Material kann die Form von Feststoffstäben haben. Somit können verbrauchte Brennstäbe und Brennstoffelemente eines Kernreaktors ohne weitere Behandlung in dem Depot gelagert werden.

Die Stäbe aus radioaktivem Material werden in die Durchbohrungen 65 einiger der Kugelkörper 64 eingesteckt, nämlich derjenigen Kugelkörper 64, die sich innerhalb des Rohrkörpers 61 befinden, und zwar &o im unteren Innenbereieh des Röhfkörpers 61. Vorzugsweise wird der Rohrkörper 61 in der Weise mit Kugelkörpern 64 gefüllt, daß nur die Kugelkörper 64 bis zu einer Höhe radioaktives Material enthalten, welche einem Drittel der Gesamthöhe des Rohrkörpers 61 entspricht. Die Stube aus radioaktivem Material werden in die Durchbohrungen 65 der Kugelkörper 64 derart eingeführt, daß die Stäbe von der Innenseite der Durchbohrungen 65 einen Abstand einhalten, derart, daß die Luft längs der Stäbe aus radioaktivem Material durch die Durchbohrungen 65 hindurchströmen kann. Fig.4 zeigt einige Brennstoffelemente 67, die in Durchbohrungen 65 von Kugelkörpern 64 eingesteckt sind. Die Stäbe sind in den Durchbohrungen 65 durch geeignete, nicht gezeichnete Abstütz'jigselemente gehaltert

Der Innenraum 57 ist durch einen Stopfen 68 abgeschlossen, der sich im Rohr 58 benachbart seiner Mündung in dem Innenraum 57 befindet Der Innenraum 57 kann Fühler enthalten, weiche die Temperatur, den Druck undjtiie radioaktive Strahlung aufnehmen. Diese Fühler sind durch Kabel 69, welche durch den der Dichtung dienenden Stopfen 68 und das Rohr 58 hindurchgeführt sind, mit Meßinstrumenten verbunden, die sich außerhalb des Depots befinden.

Der Raum außerhalb des Rohrkörpers 61 wird mit Kuge'körpern 64 aus Beton gefüllt welche durch das Rohr 38 nach unten gelangen. Solche Kugelkörper 64, weiche radioaktives Material inthalten, werden am Boden des Rohrkörpers 61 gelagei., worauf dann über diese Kugelkörper 64 weitere Kugelkörper 64 aus Beton ohne radioaktives Material gehäuft werden.

Das Rohr 58 mündet geradlinig oberhalb der oberen ÖPiung des Rohrkörpers 61. Wenn erwünscht, können die Kugelkörper 64 leicht wieder aus dem Inneren des Rohrkörpers 61 entfernt werden, etwa wenn das gelagerte radioaktive Materi?! zum Zweck seiner Aufbereitung dem Lager entnommen wird.

Bei der Anordnung nach den F i g. 1 bis 4 wird die sich im unteren Bereich des Rohrkörpers 61 befindende Luft durch das radioaktive Material erhitzt und steigt deshalb im Rohrkörper 61 nach oben und wird dann durch die oberen öffnungen hindurch gegen die Wandung des Innenraums 57 gedrückt wo die Luft abgekühlt wird. Die abgekühlte Luft strömt dann im Außenraum zwischen dem Rohrkörper 61 und der Innenraumwandung wieder nach unten, woraus sie durch die öffnungen am Boden des Zylinderkörpers wieder in das Innere des Rohrkörpers gelangt und dort erneut vom radioaktiven Material erhitzt wird, so daß sich der Strömungskreislauf wiederholt Die Luft strömt dabei sowohl durch die Freiräume 2 wischen den Kugelkörpern 64 als auch durch die Durchbohrungen 65 der Kugelkörper 64. Die Kugelkörper 64 wirken somit als poröse Masse, die eine relativ freie und schnelle Luftzirkulation zuläßt und gleichzeitig verhindert, daß der Innenraum 57 beim Auftreten großer äußerer Kräfte zusammengedrückt oder eingedrückt wird.

Die vom radioaktiven Material erzeugte Wärme wird somit durch Konvektion nahezu gleichmäßig über den gesamten Innenraum 57 verteilt womit große Temperatu/spitzen in begrenzten Bereichen des Innenraums 57 vermieden werden.

Die F i g. 5 und 6 dienen zur Erläuterung des Kühlsystems. Dabei ist wiederum die Kaverne mit 53, der Hohlkörper mit 54 und der mit Ton gefüllte Zwischenraum mit 55 bezeichnet

Die Anordnung ist mit einem inneren Kühlsystem ausgerüstet, das aus einer Vielzahl von Leitungen 39 besteht, in welchen ein geeignetes Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, zirkuliert. Jede Leitung 39 bildet einen geschlossenen Kreislauf, der in einer vertikalen Ebene liegt und sich länjs der Außenwand des Hohlkörpers 54 im Ton des Zwischenraums 55 erstreckt. Weiterhin ist die Anordnung mit einem äußeren Kühlsystem versehen, das aus einem Tunnel besteht, der sich in

Schraubenform mit einer Vielzahl von zur Kaverne 53 konzentrischen Windungen 40 über deren gesamte Höhe erstreckt. Der schraubenförmige Teil 40 des Tunnels ist an seiner obersten Stelle mit einem Tunnel zur Ableitung heißen Kühlmittels und an seiner tiefsten Stelle mit einem Tunnel 42 für die Zuführung

von kühlerem Kühlmittel versehen. In einiger Entfernung von der Anlage sind die beiden Tunnels 41 und miteinander verbunden (in der Zeichnung nicht ersichtlich), so daß ein geschlossenes Kühlsystem entsteht, das beispielsweise nach dem Schwerkraftprinzip arbeitet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung für die Lagerung von radioaktivem Material in Gesteinsformationen, bei der sich ein Hohlkörper innerhalb einer Kaverne befindet, bei der der Zwischenraum zwischen dem Hohlkörper und der Kavernenwand mit plastisch verformbarem Material gefüllt ist, bei dem ein Rohr von der Erdoberfläche durch das Gestein, den Zwischenraum und die Hohlkörperwandung hindurch bis in den Innenraum des Hohlkörpers reicht und bei der Mittel zum Kühlen des radioaktiven Materials vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenraum (57) des Hohlkörpers (54) ein beidseits offener Rohrkörper (61) mit vertikaler Mittelachse und Kugelkörper (64) aus hitzebeständigem Material angeordnet sind, wobei die Kugelkörper (64) mit Durchbohrungen (65) zur Aufnahme des radioaktiven Materials versehen sind.

2. Anortigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (6i) aus Beton besteht

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (61) in seinen Randbereichen Ventilationsöffnungen (62, 63) aufweist

4. Anordnung nach einem 4er Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß die Kugelkörper (64) aus Beton bestehen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Kugelkörper (64) mit Traghak: η (66) versehen sind.

6. Anordnung nacb einem "ier Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein inneres Kühlsystem mit einer Vielzahl von -.'inen geschlossenen Kreislauf bildenden Kühlmitteifeitungen (39) vorgesehen ist, wobei sich jede dieser Leitungen (39) sowohl durch den Hohlraum (34) als auch durch den Zwischenraum (55) zwischen Hohlkörper (54) und umgebendem Gestein (1) erstreckt

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß ein äußeres Kühlsystem vorgesehen ist, das aus einem außerhalb der Kaverne (53) liegenden Tunnel (40, 41, 42) besteht, der sich in Schraubenform mit einer Vielzahl von zur Kaverne (53) konzentrischen Windungen (40) über deren gesamte Höhe erstreckt