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Verfahren zur Handhabung abgebrannter Brennelemente,
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Transport- und/oder Lagerbehälter zum ransportieren und/oder Lagern
von Brennelementen, sowie in Verbindung mit dem Verfahren verwendbare Wiederaufbereitungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Handhabung abgebrannter Brennelemente
von ihrer Entnahme aus dem Brennelement-Lagerbeoken des Kernkraftwerks in einen
Transport- und/oder Lagerbehälter an bis zu ihrer Bereitstellung zur Weiterverarbeitung
in einer Wiederauf-
@@@@@it@@. @@la@@ @ae del@ @@@@@@@@@ @u@ de
Transpert- und/oder @' erbehält r. Di Erfi@ @@@ setrifit @er@er @ine@ Transport-@@@/@@@@
la @@@@l@ lcer st@@ fra@spor@ieren und/oder Lagern von @@erte@e@e@te@, i@sbescheere
@br Darchfihrung des Verfahrens.
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sch@i@@lich bezieht sich die Erfindun @oci auf eine in Versi @@ mit
den ena@te Verrahren verwendbare wiederaufbereitun sanlage.
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Der vorliege@@en Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Naschabung
absebrannter Brennelemente zwischen den Lagerbecken des @er@@raftwerks und i@rer
Dereitstellung zur Weiterverarbeitung in der Wiederaufbereiter @sanlage @öglichst
einfach, billig und swicher zu gestalten, wobei vor allem ein Trochentransport bzw.
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eine Trockenlagerung der Brennelemente möglich sein soll.
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Das erfindungsgeräße Verfahren ist d a d u r c h g e k e n n z e i
c h n e t, daß @eweils @indestens ein Erennelement, zwechmäßigerweise @e@rere, z.B.
fünf oder sechs Brennelemente, im Bereich des Lagerbechens des Kernkraftwerkes im
Transport- und/oder Lagerbchälter in ein bei Raumtemperatur erstarrtes und durch
Wärmezufuhr verflüssigbares Medium, insbesondere in ein Salz oder Salzghemisch eingebettet
wird, das zum Einbetten zunächst verflüssigt und sodann durch Abkühlen verfestigt
wird, wonach der gefüllte Behälter evtl. unter Zwischenlagerung an beliobigen Ort
in einem Bunker oder Stollen, z.B. im Bereich des Kerifiraftwerlis oder der Wiederaufbereitungsanlage
oder einer anderen Stelle zwischen diesen, mit Kilfe eines Fahrzwugs, z.B. Lastkraftwagen
oder Eisenbahnwaggon, zur Wiederaufbereitungsanlage transportiert und dort entleert
wird,
in dem das Brennelement zusammen mit dem an ihm anhaftenden
Salz oder Salzgemisch aus dem Transport- und/oder Lagerbehälter herausgezogen und
anschließend das Salz oder Salzgemisch durch Wärneeinwirkung vom Erennelement entfernt
wird, das daraufhin in ein Lagerbecken der Wiederaufbereitungsanlage überführt wird.
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Der für die einzelnen Schritte dieses Verfahrens notwendi@e zeitliche,
räumliche und apparative Aufwand ist verfiältnismäßig klein, wobei insbesondere
der Vorteil vorhanden ist, daß die Brennelenente auf trockene Weise transportiert
und/oder gelagert werden. Die durch die Einbettung der Erennelemente im Transport-
und/oder Lagerbehälter erzieite Sicherheit ist äußerst groß, da das erstarrte Salz
oder Salzgemisch überaus hart ist, so daß selbst ein Unfall beim Transport Döchstens
zur Beschädigung der Behälterwandung führen kann, niemals aber zur Freilegung der
Erchnelemente. @uch ein $uslaufen z.B. von Wasser, wie es bei bekanntem Verfahren
als Transportsubstanz verwendet wird, ist unmöglien. Dazuhin können Erschiitterungen
während des Transports nicht zu einer Verlagerung der Brennelemente führen, ohne
daß kierzu besondere Maßnahmen getroffen werden müßten. Das trockene Aufbewahrem
der Brennelemente in dem Eehälter bewirkt ausserden, daß bei einer Lagerung der
Behälter z.B. in einem Bunker oder Stollen nur wenig Wartungs-und Überwachungsarbeiten
anfallen, selbst wenn die Lagerung über lange Zeiträume hinweg erfolgt.
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Der erfindungsgemäße Transport- und/oder Lagerbehälter zum
Transportieren
und/oder Lagern von brennelementen, insbesondere zur Durchführung des genannten
Verfahrens, ist d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß er einen zur @ufnahme der
Brennelemente dienenden, vo@@einen Dehälte@@antel ungebenen In@enraum mit größeren
@@@essunge@ als die Erennelemente besitzt, wobei der Innenraum sei eingessetzten
Sr@@@elenente@ mit eine@ bein Transport oder @er @agerung erssarrten lediun, insbesondere
mit einen Salz oder @al@gemise@ ausgegossen ist.
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sc@li@@lich ist die in Verbindung mit den genannten Verfahren @@@wendbare
Wie@@@aufbereitungsanlage gemäß der vorliegenden @@findun@ @@@urch elo@@zeichnet,
daß sie eingangsseitig folgende Station@@ Sesitzt, @i@ verfahrenshäßig hintereinander
angeordnet Sind: a) Ein Eingangsbechen (@a@ oder trochen) zum Entnehmen des @z@.
der Erennelemente zusa@nen mit den an de@ Brennelement a@@aftenden @edium, insbesondere
ein Salz oder Salzgemisch aus de@ Dshülter, b) eine Schmelzstation zum Entfernen
des @ediums, insbesondere des Salzes oder Salzgemisches vom Sremlelement durch Wärmeeinwir@ung,
c) eine Reinigungsstation zum Reinigen des Brennelementes von an i@n@ nach der Schmelzstation
noch anhaftendem Medium, insbesondere von @och anhaftendem Salz oder Salzgemisch,
d)
ein Lagerbecken (maß) zum Bereitsteller der Brennelenente zur Weiterverarbeitung.
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Zweckmäßige liaßnahnen und weitere Vorteile der Erfindung werden nun
anhand der zeichnung beschrieben. Es zeigen : Fig.1 einen erfindungsgemäßen Transport-
und/oder Lagerbehälter im Längsschmitt gemäß der Linie I-I in Fig, 2, Fig.2 den
Behälter nach Fig. 1 im Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, Fig.3 eine
Einzelheit des Behälters gemäß den Fig. 1 und 2 in Seitenansicht in vergrößerter
Darstellung, Fig.4 und 5 die Variante einer Einzelheit des Behälters gemäß den Fig.
1 und 2 in Längsschnitt bzw. in der Draufsicht, Fig. G eine in Verbindung ult deu
Behälter gemäß den Fig. 1 und 2 verwendbare Linzelheit im Querschnitt in Teilansicht,
Fig.7 den Querschnitt eines Brennelementes in schematischer Darstellung, Fig. 8
den einen Reaktordruckbehälter und ein Brennelement-Lagerbecken enthaltenden Reaktorsicherheitsbehälter
eines Kernkraftwerks in schematischer Darstellung,
Fig.@ @@ Lüngsschnitt
eines Feils einer Wiederaufbereit@ngse@lage i@ schseratischer Darstellung, Fig.10
einen Teil einer andere@ Wiederaufbereitungsanlage in Eängsschnitt gemäß der Linie
@-X in Fig.11, Fig. 11 die wiederau@bereitungsanlage gemäß Fig. 10 im Querschnitt
gemäß der Linie XI-XI in Fig. 10, Fig. 12 die Draufsicht der Schmelsstation einer
Wiederaufbereitumgsanlage im schematischer Darstellung, Fig.13 die Schrägansicht
einer anderen Schmelzstation in schematischer Darstellung und Fig.14 ebenfalls in
sche@atischer Darstellung die Schrägansicht einer Reinigungsstation.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein Fransport- und/oder Lagerbehälter geseigt,
der zum Transportieren und/oder Lagern von Brennelementen dient. @ieser Behälter
1 besitzt einen zur Aufnahme der Erennelemente dienenden, von einem Sehältermantel
2 um-@ebenen @@ne @raum 3 mit größeren Abmessungen als die Brennelemente. Die Brennelemente
sind gestrichelt eingezeichnet, und durch die @ zugsziffer 4 charakterisiert. Innerhalb
des @chälter@antehs 2 ist ein die Brennelemente 4 aufnehmender I@@@@behälter 5 entlalten,
der z@echmäßigerweise aus die
Wärme gut leitendem Material, z.B.
aus Alu@inium besteht.
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Der Innenbemälter 5 ist in einzelne Brennelementkannern 6 für jeweils
ein Brennelement 4 unterteilt, wobei der Querschnitt der Brennelementkammern größer
ist als der Querschnitt eines Brennelementes. Bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel besitzt der Innenbehälter 5 sechs Erennelementkammern 6, die
jeweils durch Zwischenstege 7 des Innenbehälters voneinander getrennt sind. Die
Anzahl C er Brennelementkammern kann selbstverständlich variiert werden, es können
beispielsweise auch fünf Brennelementkarmerm vorhanden sein. Da sämtliche Brennelemente
4 nach irt einer Reihe nebeneinander gestellt sind, ergibt sich für den Innenbehälter
5 ein im wesentlichen rechteckiger Querschnitt. Mit anderen Worten, der Innenbehälter
5 besitzt einen Umriß, der im wesentlichen dem Umriß von mchreren nebeneinander
gestellten Brennelementen entspricht.
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Da der Querschnitt der Brennelementkammern 6 größer ist als der Querschnitt
der Brennelemente, ist in jeder Brennelementkammer ein das jeweilige Brennelement
umgebender Zwischenraum vorhanden. Dieser Zwischenraum ist nit einem beim Transport
oder der Lagerung des Behälters erstarten Medium, insbesondere mi einen Salz ouer
Salzgemisch ß. ausgegossen, wobei das Salz oder Salzgemisch auch die einzelnen Brennstäbe
des Brennelementes umgibt. Da prinzipiell auch auf den Innenbehälter 5 verzichtet
werden kann, läßt sich allgemeiner formulieren, daß anstelle der Brennelementkammern
der gesamte Innenraum 3 des Behälters bei eingesetzten Brennelementen mit einem
beim Transport
oder der Lagerung erstarrten Medium, insbesondere
mit einem Salz oder Salzgemisch ausgegossen ist.
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Wegen ihres trockenen Eingießens in das Salz oder Salzgemisch @ werden
die Erennelemente 4 unverrüchbar fest gehalten-Salze oder Salzgemische besitzen
ferner eine gute Wärmeleitfähigkeit, so daß die von den Brennelementen 4 entwickelte
Wärme über das Salz oder Salzgemisch 8 verhältnismäßig gut abgeleitet werden kann.
Diese Wärmeableitung wird dadurch verbessert, daß der Innenbehälter 3 aus einem
Retall, z.B.
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aus Aluminium, @it einer hehen Wärmeleitkoeffizienten besteht.
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Wie aus Fig. 7 hervorgeht, auf die bei der Schilderung des Verfahrensablaufs
@ochmals eingegangen werden wird, sind des weiterem zwischen die einzelnen Brennstäbe
9 der Brennelemente 4 Bleche 10 eingeschoben, die obenfalls aus wärme-@eitendem
@aterial, z.B. aus Aluminium bestehen und somit die Wärmsableitung noch weiter begünstigen.
Diese Bleche 10, die über die Breite und die Höhe des Brennelementes gesehen durchgehend
verlaufen können, führen die Wärme von ihrem Entstehungsort iLl inneren des Brennelementes
ab, so daß sie das Auftreten eines zu großen Wärmestaus verhindern.
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Der Behältermantel 2, der zur Abschirmung der radioaktiven Strahlen
dient, ist @ehrwandig ausgebildet. Seine innere Wandung 11, die z.B. aus Gußmaterial
gefertigt ist, besteht aus einzelnen konzentrisch übereinander angeordneten Segmenten
12.
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In Fig. 3 sind zwei solche Segmente 12 gesondert in S@itemamsicht
dargestellt, wobei aus Fig. 3 hervorgeht, daß die Segmente 12 Zentriereinrichtungen
besitzen, mit deren Milfe jeweils zwei übereinander angeordnete Segmente zueinander
zentriert sind. Als Zentrisreinrichtungen dienen beispielsweise Zentriernasen 15,
die in entsprechende Ausnchmungen 14 des nach oben hin folgenden Segmentes eingreifen.
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Die innere Wandung 11 des Bchältermantels 2 umgibt den Innenbehälter
5 mit im wesentlichem konstantem Abstand. Der Zwischenraum 15 zwischen dem Innenbehälter
5 und der inneren Wandung 11 ist mit einem die Wärme gut leitendem und/oder die
radieaktiven Strahlung abschirmendem Material ausgegossen, wobei man beispielsweise
ein Salz oder Salzgemisch, das zweckmäßigerweise eine höhe Schmelztemperatur als
das Salz oder Salzgemisch 8 besitzt, Blei Aluminium od.dgl. verwenden kann. Ist
der Zwischemraum 15 mit einem Salz oder Salzgemisch gefüllt, kann man ihm wärmeleitende
Substanzen, z.B. Metallspäne od.dgl., beimengen.
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Die innere Wandung 11 des Behältermantels 2 ist mit im wesentlichem
konstantem Abstand von einer äußeren Wandung 16 umgeben, die aus Stahl od.dgl. Metall
bestehen kann. Der Zwischenraum 17 zwischen der inneren und der äußeren Wandung
kann wie der Zwischenraum 15 mit die Wärme gut leitendem und/oder die radioaktiven
Strahlen gut abschirmendem Material, z .B. ein Salz oder Salzgemisch Blei, Aluminium
od. dgl., ausgegossen sein.
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Der seeben im einzelmen beschriebe@e Dehältermantel 2 läßt sich ve@@ältnis@äßig
einfach und billig herstellen, auf jeden Fall einfachen und billiger als ein aus
einem Stück bestehender Bchältermantel. Wegen des Vorhandenseins der aus Gußmaterial
bestehe den inneren Wandung 11 kann nämlich die aus wesentlich teurerem Stahl od.dgl.
bestehende äußere Wandung 16 relativ dünmwandig ausgebildet werden, ohne daß das
die Strahlungsabschirmung hierunter leidet. Ferner bereitet die @erstellung der
inneren Wandung 11 keine Schwierigkeiten, da sie @a aus den Einzelsegmenten 12 besteht,
die verhältnismäßig klein sind. Die Dicke der inneren und der äußeren Wandung des
Behältermantels 2 richtet sich im übrigen nach der auftretenden Strahlendosis.
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Der Zwischenraum 13 zwischen dem Innenbehälter 5 und der inneren Wandung
11 des E@hältermantels und/oder der Zwischenraum 17 zwischen der inneren und der
äußeren Wandung des Behältermantels kann ferner eine Kühleinrichtung z.B. in Gestalt
einer Kühlschlange enthalten. Eine solche Kühlschlange 18 ist in Fig. 1 schematisch
im Ewischenraum 15 eingezeichnet. Auch diese Kühlschlange 18 dient zur Abfuhr der
von den Brennelementen entwickelten Wär@e. Zum Gleichem Zwecke kann der Zwischenraum
15 zwischen dem Innenbehälter 5 und der inneron Wandung 11 des B @ältermantels und/oder
der Zwischenraum 17 zwischen der inneren und der äußeren Wandung des Behältermantels
Kühlrippen enthalten, z.B. die Kühlrippen 19.
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Die Gestalt der Kühlrippen @ann in Brinzi; beliebig sein.
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In den Fig. 4 und 5 ist jedoch eine zweckmäßige Ausführungsform dargestellt.
In diesem Falle werden die Kühlrippen von Metallplatten 20 gebildet, die jeweils
zwischen zwei der übereinander angeordneten Segmente 12 der inneren Wandung 11 des
Dehültermantels angeordnet sind und ii' radialer Richtung gesehen vom Innenbehälter
5 bis zur äußeren Wandung 16 des Behältermantels verlaufen. Die beispielsweise aus
Aluminium oder Kupfer bestehenden Metallplatten 20 sind also dem Abstand zwischen
dem Innonbehälter 5 und der äußeren Wandung 16 entsprechend ringförmig ausgebildet
und stellen eine durchgehende Temperaturbrück dar. Aus Fig. 5 ist zu ersehen, daß
die Metallplatten 20 Durchbrüche 21 fü4 das den Zwischenraum 15 undZoder den Zwischenraum
17 des Behältermantels ausfüllende Material besitzen.
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Eine weitere Einzelheit ist in Fig. 6 dargestellt. Diese Figur zeigt
in Teilansicht eine Schichtplatte 22 im Querschnitt, d.h.
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die Plattenebene erstreckt sich rechtwinklig zur Zeichenebene.
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Diese Schichtplatte 22 enthält mehrere Lagen 23 bisd 27, wobei die
jeweils übernächstenLagen 23,25,27 aus die Wärme gut leitendem Metall, z.B. aus
Aluminium, bestehen und die zwischen diesen Lage7 23,25,27 enthaltenen Lagen 24,26,
einen streifenförmigen Aufbau besitzen. Dabei setzt sich jede dieser Lagen 24,26
aus sicn abwechselnden Metallstreifen 28 und die Neutronenstrahlung abschirmenden
Kunststoffstreifen 29 zusammen, wobei die ijetallstreifen 28 bzw. die Kunststoffstreifen
29 von zwei durch eine ganz aus Metall bestehende Lage 25 voneinander
getrennten
Lagen 24,26 gegeneinander versetzt sind.
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Wegen dieses Aufbaus dr Schichtplatte 22 treffen sämtliche auf die
Schichtplatte gelangenden Neutronenstrahlen auf einen der Kunststoffstreifen 29
auf, so daß , da das Kunststoffmaterial die Neutronenstrahlen absorbiert, diese
die Schichtplatte 22 nicht durchdringen. Mit anderen Worten, die Kunststoffstreifen
29 bilden wegen ihres versetzten anordnen sozusagen eine durchgehende Kunststoffwand,
die die Neutronenstrahlen absorbiert.
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Der Wärmedurchgang durch die Schichtplatte 22 wird hierdurch nicht
behindert, da ja jede zweite Lage vollständig aus Metall besteht, wobei die ganz
aus Metall bestehenden Lagen über die Metallstreifen 28 der dazwischen angeordneten
Lagen wäreemnRig eiteinander verbunden sind, d.h. die ganz aus Metall bestehenden
Lagen 23,25,27 bilden zusammen mit den Metallstreifen 28 der Zwischenlagen 24,26
eine durchgehende Temperaturbrücke.
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Eine solche Schichtplatte 22 kann man nun zweckmäßigerweise in den
Behältermantel des Behälters einbauen, z.B. in einen der Zwischenräume 15 und 17.
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Insgesamt gesehen ergibt sich aus den Fig. 1 und 2, daß der Behälter
1 eine im wesentlichen quaderförmige Gestalt besitzt.
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Diese Behältergestalt bringt mit sich, daß der Behälter wenig Stellfläche
benötigt und daß mehrere Behälter ohne entstehen eines Gotraumes nebeneinander abgestellt
und gelagert werden können.
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Der Behältermantel 2 besitzt, wie bereits erwähnt, einen dei Querschnitt
des Innenbehälters 5 entsprechenden, im wesentlichen
rechteckigen
Querschnitt. Der Behältermantel 2 besitzt jedoch zur Materialersparnis abgerundete
Eckpartien, derart, daß der Abstand zwischen den eingesetzten Brennelementen und
den Eckpartien etwa dem sonstigen Abstand zwischen den Brennelementen und dem Behältermantel
entspricht.
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Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß der Behältermantel 2 in der
Höhe gesehen über den Behälterboden 30 und/oder den Behälterdeckel 31 nach unten
bzw. nach oben hin übersteht.
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Diese überstehenden Partien 32 bzw. 33 dienen u.a. sozusagen als Stoßdämpfer,
da sich diese Partien bei einem Sturz des Behälters verbiegen.
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Bei der Herstellung des oben beschriebenen Behälters kann man auf
folgende Weise vorgehen: Zunächst verschweißt man den Behälterboden 30 mit der äußeren
Wandung 16 des Behältermantels 2. Sodann setzt man das unterste Segment 12 der inneren
Wandung 11 auf den Boden 30 auf und befestigt ihn z.B. durch Verschrauben.
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Dabei kann am Behälterboden 30 eine Zentrierung 34 vorhanden sein.
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Nach dem Errichten der inneren Wandung 11 durch Ubereinanderstapeln
der Segmente 12 und nach dem Einsetzen des Innenbehälters 5 füllt man in die Zwischenräume
15 und 17 beispielsweise ein Salz oder Salzgemisch in flüssigem Zustand ein, das
alle Hohlräume ausfüllt und nach seinem Erstarren sämtlichen Einzelteilen einen
festen Zusammenhalt gibt.
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Auf Einzelheiten des Behälter bodens 30 und des Behälterdeckels 31
wird im Rahmen der nun folgenden Beschreibung des Einsetzens
der
Brennelemente 4 in den Behälter eingegangen.
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Fig. 8 zeigt den Sicherheitsbehälter 35 eines Druckwasserreaktors
in schematischer Darstellung. Dabei ist die vorliegende Erfindung selbstverständlich
nicht nur in Zusamienhang mit einem Druckwasserreaktor sondern auch in Verbindung
mit anderen Reaktortypen verwendbar. Neben dem Reaktordruckbehälter 36 befindet
sich das Lagerbecken 37 des Reaktors, das ebenso wie der Druckbehälter 36 mit Wasser
bis zur Füllhöhe 38 gefüllt ist. In dem Lagerbecken 37 befinden sich abgebrannte
BraMelemente 4, die auf bekannte Weise aus dem Druckbehälter 36 in das Lagerbecken
37 gebracht worden sind. In dem Lagerbecken 37 befindet sich ferner der oben beschriebene
Transport-und/oder Lagerbehälter 1, dessen Deckel abgenommen ist.
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Der Behälter 1 ist zuvor über die Schleuse 40 des Sicherheitsbehälters
in diesen transportiert und sodann mit Hilfe eines Hebezeugs 41 in das Lagerbecken
abgelassen worden. Der in das Lagerbecken 37 abgelassene Behälter 1 enthält zunächst
keine Brennelemente und auch kein Salz oder Salzgemisch in seinem Innenraum. Sodann
werden innerhalb des Lagerbeckens 37 des Kernkraftwerks unter Wasser z.B. mit Hilfe
einer nicht dargestellten Brennelement-Wechselmaschine die Brennelenente 4 auf an
sich bekannte Weise in den Behälter eingesetzt, wobei sich im Lagerbecken 37 selbstverständlich
mehr als die zwei eingezeichneten Brennelemente 4 befinden. AnSchließend wird der
nunmehr die Brennelemente enthaltende Behälter aus dem Lagerbecken 37 auf eine Arbeitsbühne
42 hochgehoben. Der Behälter befindet sich nun in der gestrichelt eingezeichneten
Stellung
43. Beim Hochheben des Behälters bzw. auf der Arbeitsbühne 42 wird die Behälteraussenseite
dekontaminiert, was auf übliche Weise erfolgt, so daß hierauf nicht näher eingegangen
werden soll. Zum Ableiten des sich noch im Behälter befindlichen Wassers wird nun
an eine Auslauföffnung 44 (Fig. 1) des Behälterbodens 30, die von einem nicht dargestellten
Ventil beherrscht werden kann, eine Leitung angeschlossen, die andererseits in das
Lagerbecken 37 taucht. Somit kommt das auslaufende Wasser nicht mit der Atmosphäre
des Sicherheitsbehälters in Beruhrung, so daß keine Umweltkontamination auftreten
kann. Daraufhin wird die Auslauföffnung 34 wieder verschlossen.
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Zum Entfernen der Restfeuchtigkeit im Innenraum des Behälters erfolgt
dann noch eine Innentrocknung über den Behälterdeckel 31.
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Dieser Behälterdeckel 31 (Fig. 1) ist zweckmäßigerweise bereits im
Lagerbecken 37 nach dem Einsetzen der Brennelemente in den Behälter unter Wasser
aufgesetzt und sodann, nach dem Hochheben des Behälters auf die Arbeitsbühne 42
festgezogen worden.
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Der Behälterdeckel 31 enthält im einzelnen einen Innendeckel 45 und
einen mit Abstand zu diesem angeordneten Aussendeckel 46, wobei der Zwischenraum
47 zwischen im Aussendeckel 46 und dem Innendeckel 45 eine Ausdehnungskwnmer für
das die Brennelemente später einbettende Salz oder Salzgemisch bildet. Sowohl im
Aussendeckel 46 als auch im Innendeckel 45 ist jeweils eine Absaugöffnung 48a bzw.
48b und eine Einfüllöffnung 49a bzw. 49b vorhanden. Die beiden Absaugöffnungen 48a,
48b, die ebenso
wie die beiden Einfüllöffnungen 49a, 49b im ZwischenragZ
47 miteinander verbunden sein können, bilden zusammen eine gemeinsame Absaugöffnung
des Behälterdeckels 31, die zum Absaugen der im Behälterinneren nach der Entnahme
des Behälters aus dem Lagerbecken und vor dem Einfüllen des die Brennelemente einbettenden
Salzes oder Salzgemisches enthaltenen Feuchtigkeit dient. Ähnlich bilden die beiden
Einfüllöffnungen 49a, 49b eine gemeinsame Einfüllöffnung des Deckels 31 zum späteren
Befüllen des Innenraums des Behälters mit dem die Brennelemente einbettenden Salz
oder Salzgemisch 8.
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Zu den körperlichen Merkmalen des Behälterdeckels 31 ist noch zu bemerken,
daß die beiden Einfüllöffnungen 49a, 49b sowie die beiden Absaugöffnungen 48a, 48b
jeweils versetzt zueinander angeordnet sind, um eine gewisse Schleusenwirkung für
die radioaktiven Strahlen zu erhalten. Ferner befindet sich unterhalb des Innendeckels
45 noch eine umlaufende Abdeckung 50, die die innere Wandung 11 des Behältermantels
sowie die beiden Zwischenräume 15 und 17 nach oben hin abdeckt. Die Abdeckung 50
läßt in ihrem zentralen Bereich den Zugang zum Behälterinneren frei und kann bereits
bei der Behälterherstellung montiert worden sein. Zu dieser Abdeckung 5o ist im
übrigen noch zu bemerken, daß wegen ihr, befindet sich der Behälter im Lagerbecken
37, das Wasser das in den Zwischenräumen 15 und 17 befindliche Medium nicht angreifen
kann. Ausserdem ist noch erwännenswert, daß zwischen dem Innendeckel 45 und dem
Aussendeckel 46 eine Auflage 51 für den Aussendeckel vorhanden sein kann.
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Die restliche Feuchtigkeit im Behälter wird also, wie erwahnt, über
die Absaugöffnungen 48a, 48b abgesaugt, wenn sich der Behälter auf der Arbeitsbühne
42 befindet. Dabei kann die äußere Absaugöffnung 48 von einem nicht dargestellten
Ventil beherrscht werden. Das Absaugen erfolgt mit einer der Vbersichtlichkeit wegen
ebenfalls nicht eingezeichneten Absaugeinrichtung, die z.B. eine Pumpe oder einen
Ventilator, einen Kondensator und einen Filter enthalten kann. Eine entsprechende
Ringleitung ist herkömmlicherweise bereits vorhanden, so daß hierfür keine besonderen
Maßnahmen getroffen werden müssen.
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Nach dem Trocknen des Behälterinneren wird das Salz oder Salzgemisch
8 eingefüllt. Dieses Einfüllen erfolgt, wie bereits angedettet, über die Einfüllöffnungen
49a, 49b.
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Während des Eingießens des flüssigen Salzes oder Salzgemisches können
die Absaugöffnungen 48a, 48b geöffnet bleiben, d.h.
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das Absaugen kann wahrend des Einfüllens des Salzes oder Salzgemisches
fortgesetzt werden, damit die im Behälterinneren vorhandene Luft entweichen kann.
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Das Salz oder Salzgemisch kann entweder in einer auf der Arbeitsbühne
42 befindlichen Salzmaschine 52 verflüssigt und aus dieser in den Behälter zum Einbetten
der Brennelemente eingefüllt werden. Es ist auch möglich, das Salz oder Salzgemisch
ausserhalb des Sicherheitsbehälters 35 zu verflüssigen und in flüssigem Zustand
in einem Salzbehälter in den Sicherheitibehälter zu transportieren. Schließlich
ist es auch möglich, daß eine Salzleitung durch die Wandung des
Sicherheitsbehälters
35 geführt ist, die ausserhalb des Sicherheitsbehälters an eine Salzmaschine angeschlossen
ist.
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Nach dem Befüllen sämtlicher Brennelementkammern 6 (Fig. 2) mit dem
Salz oder Salzgemisch werden die Einfüllöffnung und die Absaugöffnung des Behälterdeckels
31 verschlossen. Nach Abgabe der Schmelzwärme an die Umgebung, wozu auch die Eühlschlange
18 verwendet werden kann, erstarrt das Salz oder Salzgemisch und die Brennelemente
sind fest eingebettet.
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Weiter oben wurde bereits darauf hingewiesen, daß zur guten Wärmeableitung
Bleche 1o (Fig. 7) aus wärmeleitendem Material, z.B. aus Aluminium, zwischen die
Brennstäbe 9 der Brennelemente eingeschoben sein können. Dieses Einschieben der
Bleche 1o erfolgt bei dem obigen Verfahrensablauf vor dem Einsetzen der Brennelemente
in den Behälter, zweckmäßigerweise im Lagerbecken 37-Der gefüllte Transport- und/oder
Lagerbehälter kann über die Schleuse 4o des Sicherheitsbehälters 35 entnommen und
mit Hilfe eines Fahrzeugs, z.B. ein Lastkraftwagen oder ein Eisenbahnwaggon an seinen
Bestimmungsort gefahren werden. Sollte die Kapazität der Wiederaufbereitungsanlage,
zu der die abgebrannten Brennelemente zur Wiederaufbereitung verbracht werden sollen,
nicht ausreichen, kann der Behälter an beliebigem Ort in einem Bunker oder Stollen,
z.3. im Bereich des Kernkraftwerks oder der Wiederaufbereitungsanlage oder einer
anderen Stelle
zwischen diesen, zwischengelagert werden. Die Zwischenlagerung
der Brennelemente erfolgt also innerhalb der Behälter auf trockene Weise, so daß
zum Errichten eines Zwischenlagers lediglich ein Bunker oder Stollen errichtet werden
muß, der wenig Wartung benötigt, so daß die Betriebskosten verhältnismäßig gering
sind. Man kann auch an verteilten Stellen mehrere kleine Bunker oder Stollen errichten,
was das Sicherheitsrisiko z.B. hinsichtlich einer Sabotagehandlung beträchtlich
vermindert.
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Nach der evtl. Zwischenlagerung werden die Behälter dann zur Wiederaufbereitungsanlage
transportiert und dort entleert, in dem die Brennelemente zusammen mit dem an ihnen
anhaftenden Salz oder Salzgemisch aus dem Temperatur- und/oder Lagerbehälter herausgezogen
und anschließend das Salz oder Salzgemisch durch Wärmeeinwirkung von den Brennelementen
entfernt wird, die daraufhin in ein Lagerbecken der Wiederaufbereitungsanlage überführt
werden.
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In Fig. 9 ist eine erste Ausführungsform eines Teils einer Wiederaufbereitungsanlage
dargestellt. Nach dem Transport des Behälters zu dieser Wiederaufbereitungsanlage
wird der Behälter 1 auf bekannte Weise mit Hilfe eines Hebezeugs in ein Eingangsbecken
60 der Wiederaufbereitungsanlage abgelassen. Dieses Eingangsbecken 60 kann trocken
oder zur Strahlungsabschirmung mit Wasser gefüllt sein. In diesem Eingangsbecken
60 wird der Behälterdeckel geöffnet und die Brennelemente einzeln oder gemeinsam
zusammen mit dem anhaftenden Salz oder Salzgemisch aus
dem Behälter
entnommen. Anschließend werden die Brennelemente zusammen mit dem anhaftenden Salz
oder Salzgemisch in eine Schmelzstation 61 verbracht, in der das Salz oder Salzgemisch
durch Wärmeeinwirkung entfernt wird. Auf die Schmelzstation 61 folgt eine Reinigungsstation
62, in der das Brennelement bzw.
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die Brennelemente von dem nach der Schmelzstation 61 evtl.
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noch anhaftenden Salz oder Salzgemisch gereinigt werden.
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Schließlich werden die Brennelemente aus der Reinigungsstation 62
in das mit Wasser gefüllte Lagerbecken 63 der Wiederaufbereitungsanlage überführt
und hier zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.
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Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das ueberführen
des Brennelementes zwischen jeweils zwei Stationen mit Hilfe eines Hebezeugs und
einer Abschirmhaube 64 erfolgen, die auf und ab gefahren werden kann und in die
das Brennelement jeweils eingezogen bzw. aus der das Brennelement jeweils abgelassen
wird. Diese glockenartige Abschirmhaube 64 besitzt einen verhältnismäßig dicken
Materialmantel zur Abschirmung der radioaktiven Strahlung während des Vberführens
des Brennelementes.
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Wie bereits erwähnt, ist das Eingangsbecken 60 mit Wasser gefüllt.
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Zur Entnahme des Brennelementes aus dem Behälter 1 wird nun die Abschirmhaube
64 nach unten gefahren, wonach das Brennelement zusammen mit dem an ihm anhaftenden
Salz oder Salzgemisch in die Abschirmhaube eingezogen wird. Da das Brennelement
bzw.
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das an ihm anhaftende Salz oder Salzgemisch an der iussenseite
naB
ist, muß vor dem Vberfuhren in die Schmelzstation 61 eine Trocknung erfolgen. Diese
Trocknung erfolgt zweckmäßigerweise innerhalb der Abschirmhaube 64. Hierzu kann
der Abschirmhaube 64 eine Abblaseinrichtung zugeordnet sein, die im Innenraum der
Abschirmhaube einen Vberdruck-Luftstrom erzeugt.
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Zu diesem Zwecke ist es möglich, daß in der Abschirmhaube ein Druckventilator
angeordnet ist. Es ist auch möglich, den Innenraum der Abschirmhaube über einen
Anschlußstutzen 65 an ein Druckgebläse anzuschließen. Diese Einzelheiten sind in
der Zeichnung nicht dargestellt, da sie einem Fachmann geläufig sind. Ist das Brennelement
mit dem an ihm anhaftenden Salz oder Salzgemisch in die Abschirmhaube 64 eingezogen,
erzeugt also die Abblaseinrichtung z.B. in Gestalt eines Druckventilators, einen
nach unten gerichteten Luftstrom, der das anhaftende Wasser nach unten hin in das
Eingangsbecken 60 hinein abbläst. Alternativ oder zusätzlich zu dem Abblasen kann
man auch eine Absaugung des Wassers oder der anhaftenden Beuchtigkeit vorsehen.
Hierzu kann eine entsprechende Absaugeinrichtung vorhanden sein, die z.3. eine Pumpe
oder einen Ventilator, einen Kondensator und einen Filter enthalten kann. Ein zugehöriger
Absaugventilator kann in der Abschirm-haube 64 selbst vorgesehen sein, die Absaugung
kann jedoch auch von ausserhalb her z.B.
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über den schematisch eingezeichneten zweiten Anschlußstutzen 66 erfolgen.
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Ist das Wasser von dem Brennelement bzw. dem an diesem anhaftenden
Salz oder Salzgemisch abgeblasen worden, setzt man
die Abschirmhaube
64 zum Fertigtrocknen zweckmäßigerweise auf eine schematisch eingezeichnete Arbeitsbühne
67 der Wiederaufbereitungsanlage dicht auf, wonach die Absaugeinrichtung eingeschaltet
und der Innenraum der Abschirmhaube abgesaugt wird. Nach der Fertigtrocknung des
Brennelementes bzw. des an ihm anhaftenden Salzes oder Salzgemisches wird der Innenraum
der Abschirmhaube zum Ausgleich des in ihm entstandenden Unterdruckes wieder belüftet,
wonach die Abschirmhaube von der Arbeitsbühne 67 abgehoben werden kann.
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Anschließend gelangt das Brennelement zusammen mit dem anhaftenden
Salz oder Salzgemisch wie erwähnt, in die Schmelzstation 61.
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Diese Salzschmelzstation 61 kann z.B. aus einem das gleiche Salz oder
Salzgemisch enthaltenden Salzbad bestehen. Dieses Salzbad kann z.B. mit Hilfe von
elektrischen Heizstäben beheizt sein. In Fig. 12 ist die Draufsicht einer beispielhaften
Salzschmelzstation dargestellt. In einem für das Salz oder Salzgemisch durchlässigen
Korb 68 befinden sich mehrere Brennelemente 69. Innerhalb des Salzbades 70 sind
um den Korb 68 herum elektrische Heizstäbe 71 angeordnet, in deren Nachbarschaft
sich über die Höhe der Salzschmelzstation durchgehende Rührer 72 befinden, die insgesamt
ein das Salzbad umwälzendes Rührwerk bilden. Auf diese Weise erhält man eine gute
Durchmischung des Salzes oder des Salzgemisches, die zu einer schnellen Auflösung
des an den Brennelementen haftenden Salzes oder Salzgemisches führt.
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Nach dem Entfernen des Salz oder Salzgemisches hebt man die Brennelemente
wieder aus der Salzschmelzstation 61 heraus, was wiederum mit Hilfe der Abschirmnhaube
64 erfolgen kann.
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Das in der Salzschmelzstation anfallende überschüssige kontaminierte
Salz oder Salzgemisch kann entweder einer Salz auf bereitungsanlage zugeführt oder,
z.B. in paketiertem Zustand zu einer Endlagerstätte transportiert werden. Das in
der Salzschmelzstation 61 anfallende kontaminierte Salz oder Salzgemisch kann auch,
wenn es endgelagert wird, zum Einbetten und Endlagern beliebiger Gegenstände, z.B.
kontaminierte Werkzeuge, Maschinenteile oder Bekleidungsstücke, verwendet werden.
Auf diese Weise endgelagerte Gegenstände sind nicht unwiderruflich verloren, da
man zu ihrer Wiedergewinnung nur das Salz oder Salzgemisch wieder aufschmelzen muß.
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Anstelle eines Salzbades kann die Salzschmelzstation auch eine Strahlungsheizung
besizen. Hierzu kann die Salzschmelzstation beispielsweise, wie in Fig. 13 schematisch
eingezeichnet ist, röhrenartige Schmelzbehälter 73 z.B. aus Stahl aufweisen, in
den die Brennelemente mit dem anhaftenden Salz oder Salzgemisch eingebracht werden.
Der Schmelzbehälter 73 kann derart bemessen sein, daß in ihm ein oder mehrere, z.B.
drei Brennelemente Platz haben. An der Innenwandung des Schmelzbehälters 73 ist
ein Strahler 74 als Strahlungsheizung angeordnet, der sich über die gesamte Brennelementenlänge
erstreckt.
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Die von dem Strahler 74 ausgesandten Wärmestrahlen sind durch die
eingezeichneten Pfeile charakterisiert. Der röhrenartige Schmelzbehälter 73 kann
ferner an eine nicht dargestellte Luftumwälzeinrichtung
angeschlossen
sein. Bei dieser Ausführungsform der Salzschmelzstation tropft das Salz oder Salzgemisch
der Brennelemente von diesen ab und kann anschließend ebenfalls entweder einer Salzaufbereitungsanlage
zugeführt oder endgelagert werden, wobei kein zusätzliches Salz oder Salzgemisch,
wie bei einem Salzbad, kontaminiert wird.
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Nach Durchlaufen der Salzschmelzstation 61 werden die im Kernkraftwerk
zwischen die Brennstäbe des Brennelementes eingeschobenen Bleche 1o (Fig.7)) wieder
herausgezogen.
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Die in Fig. 9 dargestellte Reinigungsstation 62, in die die Brennelemente
anschließend getaucht werden, enthält Wasser.
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Dieses Wasser löst den evtl. noch vorhandenen Salz- oder Salzgemischfilm
von den Brennelementen, d.h. das evtl. noch anhaftende Salz oder Salzgemisch wird
in dem Wasserbad der Reinigungsstation 62 vollends entfernt.
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Anschließend werden die Brennelemente in das Lagerbecken 63 übergewechselt,
wo sie zur Weiterverarbeitung bereitstehen.
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Eine andere Ausführungsform der Reinigungsstation ist in Fig. 14 dargestellt.
In diesem Falle ist in der Reinigungsstation kein Wasserbad sondern eine Dampfstrahleinrichtung
z.B. in Gestalt von röhrenartigen Reinigungsbehältern 75 vorhanden. Ein solcher
Reinigungsbehälter 75 besitzt eine oder mehrere über diqkesamte Länge der Brennelemente
durchgehende Dampfstrahldüsen 76, durch die der Dampf mit hohem
Druck
in den Reinigungsbehälter 75 eingeleitet wird, in dem das an den Brennelementen
anhaftende Salz oder Salzgemisch abgestrahlt wird. Der entstehende Dampf kann seitlich
z.B.
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über Schlitze 77 abgesaugt werden. Zum Reinigen des Dampfes kann man
ein Sentrifugen-Pumpen-Biltersystem verwenden, nach dessen Durchgang das Dampfmedium
wieder zurückgeführt und durch die Dampfstrahldüsen 76 inden Reinigungsbehälter
75 wieder eingeleitet werden kann.
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Das in den verschiedenen Stationen mit den Brennelementen in Beruhrung
kommende Wasser, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 9 handelt es sich hierbei um
das Eingangsbecken 60, die Reinigungsstation 62 und um das Lagerbecken 63, innerhalb
eines nicht dargestellten Reinigungs- und Filtersystems gereinigt und gefiltert
werden.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel einer Wiederaufbereitungsanlage ist
in den Fig. 1o und 11 dargestellt. Der ankommende Transport- und Lagerbehälter kommt
nach seinem Abladen vom Transportmittel über eine Eingangsschleuse 78 mit Hilfe
eines Hebezeuges 79 in das Innere der Wiederaufbereitungsanlage.
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Hier wird der Behälter in das Eingangsbecken 80, das mit Wasser gefüllt
ist, an der Stelle 81 (Fig. 11) abgelassen.
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Dieses Eingangsbecken 80 ist zweigeteilt. Es enthält nämlich eine
Eingangskammer 82 und eine Ausgangskammer 83, die durch eine Unterwasserschleuse
84 miteinander verbunden sind.
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Diese Unterwasserschleuse 84 wird von einer mit Abstand
zum
Boden 85 des Eingangsbeckens 80 endigenden und andererseits bis zur Decke 86 der
Wiederaufbereitungsanlage reichenden vertikalen Wand 87 gebildet. Nach dem Ablassen
des Behälters an der Stelle 81 wird sein Deckel unter Wasser geöffnet und die Brennelemente
mit dem anhaftenden Salz oder Salzgemisch auf an sich bekannte Weise entnommen.
Die Brennelemente werden sodann von der Eingangskammer 82 durch die Unterwasserschleuse
84 hindurch in die Ausgangskammer 83 des Eingangsbeckens 80 befördert. Hierzu kann
das Eingangsbecken 80 einen wasserdurchlässigen Schubkorb 86 besitzen, der zwischen
der Eingangskammer 82 und der Ausgangskammer 83 durch die Unterwasserschleuse 84
hindurch verfahrbar ist. Die Brennelemente werden also in der Eingangskammer 82
in den Schubkorb 86 gestellt, der sodann in die Ausgangskammer 83 geschoben wird.
(gestrichelt eingezeichnet).
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An die Ausgangskammer 83 des Eingangsbeckens 80 schließt sich die
Schmelzstation 88 und die Reinigungsstation 89 an, die in der Ausbildung den anhand
der Big. 9 beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen können. Das ttberführen
der Brennelemente von einer Station zur anderen erfolgt mit Hilfe des Hebezeugs
9o. Erwähnenswert ist noch, daß es auch möglich ist, die Brennelemente innerhalb
eines weiteren Korbes (nicht dargestellt, durch die Schmelzstation 88 und die Reinigungsstation
89zu transportieren.
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Das sich an die Reinigungsstation 89 anschließende Lagerbecken 91
ist ebenso wie das Eingangsbecken 80 in eine Eingangskammer
92
und in eine Ausgangskammer 93 unterteilt, wobei zwischen den beiden Kammern 92 und
93 wiederum eine Unterwasserschleuse 94 vorhanden ist. Diese Wasserschleuse wird
von einer vertikalen Wand 95 gebildet, die einerseits mit Abstand zum Boden85 an
der Stelle 96 endigt und andererseits bis zur Decke 86 reicht.
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Die Brennelemente werden zunächst in die Eingangskammer 92 des Lagerbeckens
abgesenkt, wobei sie wiederum in einen Schubkorb 96 gestellt werden können. Dieser
Schubkorh wird sodann unter der Wand 95 durch die Unterwasserschleuse 94 hindurch
in die iusgangskammer 93 des Lagerbeckens geschoben (gestrichelt eingezeichnete
Stellung), wo die Brennelemente aus dem Schubkorb entnommen und bis zur Weiterverarbeitung
gelagert werden.
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Die Ausgangskammer 83 des Eingangsbeckens 80, die Salzschmelzstation
88, die Reinigungsstation 89 und die Eingangskammer 92 des Lagerbeckens bilden eine
nach aussen hin abgeschlossene heiße Zone, die nach aussen hin durch die schon erwähnten
Wände 97 und 95 sowie durch die ebenfalls bis zur Decke hochgezogenen Wände 97 und
98 begrenzt wird. Die heiße Zone ist also eine Baueinheit mit ringsum bis zur Decke
hochgezogenen Wänden. Dies macht die Handhabung der Brennelemente in der heißen
Zone verhältnismäßig einfach. Da sich keine Personen in der heißen Zone aufhalten
müssen und da keine radioaktive Strahlung aus ihr entweichen kann, kann z.B. auf
eine Abschirmhaube beim Uberwechseln der Brennelemente von einer Station zur anderen
verzichtet werden.
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Neben der nach aussen hin abgeschlossenen heißen Zone befindet sich
ein von dieser durch die Wand 98 getrennter Arbeits- und Kontrollraum 99, von dem
aus das Innere der heißen Zone beobachtbar ist und von dem aus die Steuerung der
in der heißen Zone enthaltenen Geräte erfolgen kann.
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Ein weiterer Kontrollraum 99 kann sich parallel zur Ausgangskammer
93 des Lagerbeckens 91 erstrecken, die ihrerseits parallel zur heißen Zone neben
dieser verläuft, was eine platzsparende Anordnung ergibt.
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Innerhalb der heißen Zone stehen die Ausgangskammer 82 des Eingangsbeckens,
die Salzschmelzstation 88, die Reinigungsstation 89 und die Eingangskammer 92 des
Lagerbeckens nach oben hin in offener Verbindung, in dem die Trennwände loo, lol,
102 zwischen diesen Stationen nach oben hin frei enden, damit das Hebezeug 9o oberhalb
der genannten Stationen, also oberhalb der Ausgangskammer 82, der Salzschmelzstation
88, der Reinigungsstation 89 und der Eingangskammer 92 verfahren werden kann.
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Schließlich ist bezüglich des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig.
1o und 11 noch zu erwähnen, daß nach dem Herausheben der Brennelemente mit Hilfe
des Hebezeugs 9o aus der Ausgangskammer 82 des Eingangsbeckens mit Hilfe einer geeigneten
Einrichtung eine Trocknung der Brennelemente bzw. des anhaftenden Salzes oder Salzgemisches
erfolgen kann.
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Abschließend wird noch auf folgendes hingewiesen: Prinzipiell können
die Brennelemente in dem Transport- und Lagerbehälter auch in ein anderes Medium
als ein Salz oder Salzgemisch eingebettet werden. Die Verwendung von Salzen oder
Salzgemischen besitzt jedoch verschiedene Vorteile, wie z.B.
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billige Gestehungskosten, nahezu beliebige Variation des Schmelzpunktes,
gute Wärmeleitfähigkeit, sehr große Härte im festen Zustand und leichte Entfernbarkeit
durch Aufschmelzen.