DE2802729A1

DE2802729A1 - Vorrichtung zum verformen von behaeltern fuer radioaktive elemente

Info

Publication number: DE2802729A1
Application number: DE19782802729
Authority: DE
Inventors: Fianpietro Battagin; Rene Pierre Debeir; Guido Gestaro; Valeriano Moroni
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1977-02-22
Filing date: 1978-01-23
Publication date: 1978-08-31
Also published as: FR2380829B1; FR2380829A1; GB1581623A; IT1084056B

Description

Vorrichtung zum Verformen von Behältern für radio-

aktive Elemente

Für die Behandlung von radioaktiven Brennstoffen sind die ver«. schiedensten Verfahren bekannt. Diese hängen vornehmlich vom Zustand der Brennstoffe ab, Brennelemente für Kernreaktoren bestehen zumeist aus Stäben oder Bündeln von Stäben, in denen der eigentliche radioaktive Brennstoff von einem Hüllmaterial umgeben ist, welches zur Aufarbeitung ausgebrannter Brennelemente wieder entfernt werden muß.

Die Entfernung dr Brennelementhülle erfolgt im allgemeinen auf chemischem ¥ege. Es ist auch üblich, die Brennelemente vorher in Stücke zu zerteilen.

Bei der Entfernung des Hüllmaterials werden die bündelweise zusammengefügten Brennstäbe bzw. die sie bildenden Elemente auf mechanischem Wege in einem Becken vorbehandelt, welches mit Wasser gefüllt ist, um den von diesem gebotenen biologischen Schutz auszunutzen. Die verbrauchten Brennelemente werden mechanisch lotrecht zur Achse der aus den traubenförmig zusammengefügten Brennstoffstäbchen bestehenden Zylindern zerschnitten, wobei die Brennstäbe untereinander mittels Gittern mechanisch festgehalten werden. Lediglich am Ende des Schneidvorgangs liegt kein starres und kompaktes Gebilde mehr vor, wodurch sich das weitere Zerschneiden des Brennelements sehr schwierig, wenn nicht gar unmöglich gestaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher es möglich ist, Brennstoffelemente bis zu ihrem Ende unschwierig zu zerschneiden.

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Diese Aufgabe wird durch, die im Patentanspruch. 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der UhteransprÜche ·

Gemäß der Erfindung werden die Brennstoffelemente vor dem Zerschneiden in eine Kapsel gesetzt und in dieser unverlierbar festgehalten, indem die Kapsel mittels eines geeigneten, starr befestigten Stopfens verschlossen wird. Die über die Länge der Brennelemente hinausreichende, den Stopfen aufnehmende Länge der Kapsel läßt es zu, die Kapsel dort maschinell zu greifen und während des Schneidvorgangs zu halten. Der Stopfen muß daher ausreichende Festigkeit aufweisen, um der von der maschinellen Halteeinrichtung ausgeübten Kraft zu widerstehen.

Während des Schneidens wird die Kapsel zusammen mit dem Brennelement zerschnitten. Dabei wird die Kapsel mit dem Brennelement von beispielsweise 500 mm Länge und einem Durchmesser von 100 mm schrittweise um jeweils 25 mm vorgeschobene Nach jedem Schritt erfolgt ein Schneidvorgang. Die abgeschnittenen Fragmente fallen in einen Trichter, der sie in einen in einem Lösungsmittel stehenden, unlöslichen Korb leitet. Nach. Auflösung der Brennelemente werden die Kapselreste und die unlöslichen Reste der Brennelementbruchstücke dem Korb entnommen und der Aufbereitung radioaktiven Abfalls zugeführt. Der Schneidvorgang wird in einer heißen Zelle ausgeführt und das Material wie normales radioaktives Material fernbehandelt.

In Anbetracht dessen, daß das strahlende Material bereits im Wasserbecken gelagert ist, erscheint es praktisch, wenn die Einkapselung der Elemente in diesem Wasserbecken durchgeführt wird. Es erhebt sich jedoch dann das Problem, wie dieser Vorgang in einem flüssigen Medium durchgeführt werden soll.

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Gemäß einem Hauptmerkmal der Erfindung weist die Vorrichtung einen Impulsgeber auf, der aus einer Batterie von Kondensatoren besteht und über einen Schnellschalter die in den Kondensatoren gespeicherte Energie in eine in das flüssige Medium gesetzte Kupferspule entlädt _t wobei die elektrischen Verbindungen zwischen Impulsgeber und Spule über zwei koaxiale, gegenseitig isolierte Leiterrohre erfolgen, die innerhalb der umgebenden Flüssigkeit an die Enden der Spule mittels zweier pneumatischer Kolben angeschlossen sind« Der untere Teil der genannten Rohre und die Spule sind in einen zylindrischen Metallkorb gesetzt, unterhalb dessen und koaxial mit dem ein an seiner Oberseite gelochter, mit Druckluft gespeister Toroid angeordnet ist₀

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in dem zu verformenden Rohr ein mit einer ringförmigen Einschnürung versehener Metallstopfen angeordnet« Die Spule für die Verformung des Rohres wird an derjenigen Stelle des Rohres angesetzt,unter der diese Einschnürung am Stopfen gelegen ist.

Die Formung mit magnetischen Impulsen ist eine der mit höchster Geschwindigkeit ablaufenden bekannten Metallverformungstechniken, Ähnlich schnell ablaufende Verformungstechniken vollziehen sich unter Verwendung von Explosivstoffen, mechanisch-pneumatischen oder elektrohydraulisehen Maschinen,

Das angewandte Formgebungsverfahren weist gegenüber letzteren jedoch den Vorteil auf, daß es sich sehr einfacher Vorrichtungen bedient, nämlich eines einzigen elektrischen Impulsgebers hoher Leistung, den Leitungsverbindungselementen und der relativ billigen, nur einmal verwendbaren Spule. Darüber hinaus bringt dieses Verfahren den Vorteil mit sich, daß es leicht unterschiedlich gearteten Verhältnissen angepaßt werden kann.

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Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden» Es zeigt:

Fig. 1 das zu verformende Rohr, welches die Kapsel für Brennstoffelemente "bildet, den zugehörigen Stopfen sowie die aus Stopfen und Rohr nach dem Verformen des Rohres gebildete verschlossene Einheit;

Fig. 2 einen einzelnen Stopfen vor und nach einer an ihm durchgeführten Verformung;

Fig. 3 das mit dem Stopfen versehene Rohr vor und nach der Verformung, und

Fig. k schematisch die vollständige erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 ist eine aus einem Stahlrohr bestehende Kapsel 1 dargestellt, an deren Oberteil eine Spule 3 für die Befestigung eines hohlen Stopfens h angeordnet ist. Dieser Stopfen h weist an seinem Umfang seinerseits zwei Spulen 5 auf, die nach ihrer Sprengung den Stopfen verformen und so ein Gegengewicht 6 innerhalb des Stopfens k befestigen. Die Verformung des Stopfens wird normalerweise werksseitig durchgeführt. In dem Bereich, in dem die Verformung zwischen dem Stopfen und der Kapsel vor sich geht, und in dem Gegengewicht 6 sind Löcher 7 zum Ablassen des Wassers ausgebildet. In der Kapselwand sind längliche Schlitze oder längliche Löcher angebracht, die zur Folge haben, daß beim Zerschneiden der Kapsel anstatt von Ringen verhältnismäßig kleine Bruchstücke anfallen. Die Schlitze 2 sind in mehreren parallellaufenden Reihen angeordnet, deren Abstand sich nach der GrölSe. der zu erzielenden Bruchstücke richtet. Die Länge jedes Schlitzes ist größer als ein Schritt der Vorschubbewegung

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während des Zerschneidens. Vorzugsweise sind die Schlitze benachbarter Reihen gegeneinander versetzt.

Xn Fig. 1 wird das Brennelement 8 in der Kapsel 1 mit dem bereits geformten Stopfen und als fertige, zum Schneiden bereite Einheit veranschaulicht. In Fig. 2 ist im einzelnen der Stopfen k gezeigt, wobei gemäß Fig. 2A an dessen Oberteil die Sprengspulen 5 vor der Sprengung angebracht sind. Fig. 2B zeigt den Zustand nach der Sprengung der Spulen 5. Der Stopfen k ist verformt, hier mit zwei parallelen umlaufenden Rillen versehen worden, die ein Gegengewicht 6 innerhalb des Stopfens festlegen· Nach der Verformung wird der Stopfen k (Fig. 3) i» die schon vorbereitete, mit einem Brennelement gefüllte Kapsel eingesetzt· Gemäß Fig. 3A ist an der Stelle, an welcher der Stopfen mit den Rillen versehen ist, auf der Kapsel 1 eine Spule angeordnet· Fig. 3B zeigt die Kapsel mit dem Stopfen nach beendeter Verformung der Kapsel.

Während alle sich auf den Stopfen beziehenden Vorgänge außerhalb des Wasserbeckens durchgeführt werden können, muß der letztere Vorgang wegen des strahlenden Brennstoffs im Wasserbecken durchgeführt werden. Zu diesem Zwecke wurde die in Fig· ^ veranschaulichte Vorrichtung entworfen. In Fig. k ist mit 9 «in. Impulserzeuger bezeichnet, der in bekannter und hier nicht näher beschriebener Weise aus einer Stromversorgungseinrichtung und einer an diese angeschalteten Kondensatorenbatterie besteht, die von der Stromversorgungseinrichtung aufgeladen wird. Die Entladung der in den Kondensatoren gespeicherten Energie erfolgt über einen Ignitronschalter und die Spule 3· Die Batladung bewirkt die Sprengung der Spule 3 und die Verformung der Kapsel 1 und die daraus folgende Befestigung des Stopfens k in der Kapsel 1· Das Ladungspotential beträgt beispielsweise

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8f>Q0 Volt, was in der Spule 3 einen Stromimpuls mit dem Spitzenwert von über 100 kA und der Impulsdauer von 20 bis 100 . 10~ see hervorruft. Dieser Strom bildet ein starkes, veränderliches Magnetfeld aus, das im Rohr 1 einen veränderlichen Strom entgegengesetzter Richtung erzeugt. Das Entstehen dieses induzierten Stromes bildet Laplace-Kräfte, die die Leiter, d.h. die Spule 3 und das Rohr 1, voneinander zu entfernen suchen. Als Folge davon explodiert die Spule und wird das Rohr verformt. Diese Laplace·¹ sehen Kräfte sind umso größer, je geringer der spezifische Widerstand des Rohrmetalls ist, wobei die Verluste durch Joule'sehe Wärme minimal sind. Wenn der elektrische Eigenwiderstand des Metalls zu hoch ist, wie dies bei rostfreien Stählen der Fall ist, ist es empfehlenswert, zwischen der Spule und dem Rohr eine die Ausbildung der Laplace-Kräfte begünstigende Muffe 16 (Fig. 1) aus schmiedbarem Metall bester Leitfähigkeit, z.B. geglühtem Aluminium, und von geringer Dicke (ca, 1 mm) anzuordnen«

Da das zu verformende Rohr aus Sicherheitsgründen mehr als 2 m tief ins Wasser eingesetzt ist, besteht die Schwierigkeit, die elektrischen Verbindungen zwischen der Spule und dem Impulserzeuger herzustellen. Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten werden zwei Aluminiumrohre 10 und 11 benutzt, die koaxial montiert und in geeigneter Weise gegeneinander isoliert sind und im oberen Teil mit den positiven und negativen Polen des Impulserzeugers 9 und im unteren Teil mit den Enden der Spule 3 verbunden sind. Die verwendeten Rohre haben einen Außendurchmesser von 120 baw. 100 mm und eine Dicke von 5 nun. Der zwischen dem äußeren und inneren Rohr bestehende Zwischenraum wird durch Einleiten von trockenem Inertgas 12 von oben unter Druck gesetzt, außerdem ist das Innenrohr 11 zweckmäßigerweise mit einigen Windungen von PVC-Folie umwickelt, um die Möglichkeit der Bildung

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von Kurzschlüssen auszuschließen. Die Kontakte zwischen den Rohren 10 und 11 und den Enden der Spule 3 werden mittels zweier nicht gezeigter pneumatischer Kolben hergestellt. Eine Schicht aus isolierendem Kunststoff schützt die Gesamtheit der ins fässer eingetauchten Kontakte.

Um die Enden der bereits auf der Kapsel 1 montierten Spule in richtige Stellung zu den pneumatischen Kolben zu bringen, wird ein netzförmiger Metallkorb 13 verwendet, der zwischen zwei Führungsstangen gleitend mittels eines Schneckengetriebes hochgehoben und abgesenkt werden kann. In der Mitte dieses Korbes 13 ist ein hier nicht dargestelltes Halterohr angeordnet, das die Kapsel aufnimmt, die dann in die Schließzone der Kolben gebracht wird. Dieser Korb dient weiterhin dem Auffangen der Bruchstücke, die beim Platzen der Spulen anfallen (Kupferdrahtstücke, Isolierteile usw.) und dämpft die während des Platzens erzeugte Stoßwelle. Letztere wird außerdem noch durch einen zylindrischen Schleier 14 aus Luftblasen gedämpft, der im geeigneten Moment um den Sprengbereich der Spule herum außerhalb des Korbes 13 durch Einleiten von Druckluft in einen ringförmigen Körper 15 erzeugt wird, der mit zahlreichen feinen Löchern versehen ist. Die sich unter dem Einfluß der Stoßwelle komprimierenden Luftblasen des Schleiers Ik bilden Stoßdämpfer und absorbieren größtenteils die von der Explosion hervorgerufene Stoßwellenenergie.

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Claims

Ansprüche

(. 1 . JVorrichtung zum Ausformen einer Verengung an einem zylindrischen Metallrohr, insbesondere einem Behälter für radioaktive Brennelemente, durch magnetische Impulse, bestehend aus einem Stromstoßgenerator mit Schalteinrichtung und einer auf dem zu verformenden Metallrohr befindlichen Kupferdrahtspule, deren Enden über elektrische Leitungselemente mit dem Stromstoßgenerator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungselemente von zwei koaxial ineinander, gegeneinander isoliert angeordneten Rohren (10,11) bestehen, die teilweise in ein das zu verformende Metallrohr (i) aufnehmendes Bad eingetaucht und zusammen mit dem Metallrohr (1) von einem Korb (13) umgeben sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Korbes (13) ^eiⁿ hohler ringförmiger, an seiner Oberseite gelochter, von einer Druckluftquelle gespeister Körper (15) koaxial zum Korb (13) angeordnet ist.

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MÜNCHEN: TELEFON (089)225535 KABEL: PROPINDUS · TELEX O5 24 244

BERLIN: TELEFON (030) 8312O88 KABEL: PROPINDUS ■ TELEX O1 84O57

ORIGINAL INSPECTED

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Korb (i3) konzentrisch zum zu verformenden Metallrohr (i) angeordnet ist.
km Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Leitungsrohren (10,11) und den Enden der Kupferdrahtspule (3) über pneumatische Kolben hergestellt ist.
5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (1) von einem in ihn eingesetzten Stopfen (k) verschlossen ist, welcher wenigstens eine, im eingesetzten Zustand im Bereich der Kupferdrahtquelle (3) befindliche ringförmige Vertiefung aufweist,
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr (i) mit mehreren, vorzugsweise acht Reihen längslaufender Schlitze (2) versehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (2) benachbarter Reihen jeweils gegeneinander versetzt angeordnet sind_o
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallrohr (1) und der Kupferdrahtspule (3) eine Muffe (l6) aus elektrisch gut leitfähigem Material angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8," dadurch gekennzeichnet, daß in dem Stopfen (h) ein dieses quer versteifendes Bauteil (6) angeordnet ist₀
10. Vorrichtung nach Anspruch. 9» dadurch gekennzeichnet, daß In dein Versteifungsbauteil (6) durchgehende Bohrungen (7) angebracht sind.