DE2943934A1

DE2943934A1 - Verfahren zur lagerung von kugelfoermigen brennelementen

Info

Publication number: DE2943934A1
Application number: DE19792943934
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Werner 6369 Nidderau Bäuerle; Dieter Dipl.-Ing. 6360 Friedberg Klein
Original assignee: Nukem GmbH
Current assignee: Nukem GmbH
Priority date: 1979-10-31
Filing date: 1979-10-31
Publication date: 1981-05-14

Description

Verfahren zur Lagerung von kugelförmigen Brennelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Lagerung von kugelförmigen bestrahlten bzw. abgebrannten Brennelementen aus Hochtemperatur-Reaktoren in Behältern beliebiger Größe.
Kugelförmige Brennelemente, im wesentlichen aus umhüllten Brennstoff-und/oder Brutstoffpartikeln bestehend, welche in einer Graphitmatrix eingebettet sind, mUssen nach ihrem Einsatz im Hochtemperaturreaktor und anschließender begrenzter Abklingzeit bis zur Wiederaufarbeitung zwischengelagert, gegebenenfalls auch endgelagert werden.
Es ist bekannt, daß abgebrannte kugelförmige Brennelemente in Kannen gelagert werden, die in Gestellen untereinander gestapelt werden. Die Brennelemente befinden sich durch die begrenzte FUllkapazität der Kanne in einem kritisch-sicheren Zustand. Durch entsprechende Abstände der Kannenstapel untereinander wird die kritisch-sichere Geometrie des Lagerensembles sichergestellt. Die Abfuhr der Nachzerfallswärme in den Zwischenlagern erfolgt durch Wasser- oder Luftkühlung, wie z. B. in der DE-OS 27 30 729 beschrieben.
Der Nachteil dieser Lagerung besteht darin, daß eine große Anzahl relativ kleiner Lagereinheiten vorgesehen werden muß.
So beträgt der Durchmesser der z. Zt. gebräuchlichen Kannen für abgebrannte Brennelemente etwa 0,6 m, was Je nach Kugeltyp zwischen 1000 und 2000 Stück ergibt. Ein Transportsammelgebinde von 6 Kannen enthält also 6000 bis 12000 Stück Kugeln.
Das Bereitstellen, Füllen und Ein- und Ausschleusen derartiger mit Brennelementkugeln gefüllter kleiner Kannen sowie deren Manipulation im Lager sind in hohem Maße zeit- und kostenintensiv, mit Umständen-und erheblichem Sicherheitsaufwand verbunden.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Lagerung von kugelförmigen bestrahlten bzw.
abgebrannten Brennelementen aus Hochtemperatur-Reaktoren auf nuklear unterkritische Weise unter Vermeidung der geschilderten Nachteile in beliebig großen Behältern zu finden.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Transport- und/oder Lagerbehältern mit hierfür an sich bekannter Ublicher Ausstattung, Jedoch beliebiger Größe und Form, die kugelförmigen Brennelemente mf t mit Neutronen-absorbierenden und/oder moderierenden Kugeln vermischt werden.
Es wurde überraschend gefundene daß durch Vermischung mit neutronenabsorbierenden und/oder moderierenden Kugeln die Lagerbehälter so vergrößert werden können, daß unter Erhaltung des nuklear unterkritischen Zustandes die Lagerkapazität vergrößert und das Bereitstellen, Füllen und Lagern vereinfacht und verbilligt werden kann.
Um eine gute Vermischung zu erzielen und Entmischung zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Absorberkugeln und Moderatorkugeln in Durchmesser und Dichte den Brennelementkugeln anzupassen, was durch mechanische Bearbeitung und Einbringen geeigneter Dichte-ergänzender Substanzen erfolgt. Als Neutronen-absorbierendes Material können beispielsweise Bor, Gadolinium und Samarium bzw. ihre Verbindungen, vorzugsweise Borkarbid, eingebettet in eine Graphitmatrix, für die Absorberkugeln verwendet werden.
Zweckmäßigerweise werden als Moderatorkugeln Graphitkugeln, die aus dem Hochtemperaturreaktor selbst stammen können, verwendet. Es ist Jedoch in Abhängigkeit vom Abbrand der Brennelementkugeln möglich, ganz oder teilweise auf Moderatorkugeln zu verzichten, da die Graphitmatrix der Absorberkugeln fallweise die Moderationsfunktion mit übernehmen kann.
Die Vermischung der Kugeln erfolgt durch Befüllung eines Zwischenbunkers aus Vorratssilos, die einzelnen Kugelsorten gleicher Geometrie, z. B. 6 cm , und Dichte, z. B. 1,75 g/cm3 enthalten. Die Mischung wird durch den dosierten bzw. getakteten Zulauf der Kugeln bewirkt, wobei über die Dosierung bzw. die Taktung das vorbestimmte Verhältnis der Kugelsorten untereinander Je nach Abbrand, gegebenenfalls auch nach den Behälterwandgegebenheiten, eingehalten wird. Die Dosierung bzw. Taktung kann z. B. auch so eingestellt werden, daB der Moderatoranteil des Gemisches auch die Verwendung von Behältern mit nur geringer Neutronenabschirmung gestattet.
Die Kugelmischung wird aus dem Zwischenbunker in die vorgesehenen Lagerbehälter umgefüllt. Als interessante Kosten-und Abschirmungs-sparende Variante des Verfahrens hat sich das dosierte bzw. getaktete Einfüllen der Kugel sorten über bewegliche Zuführungsrohre direkt in den Lagerbehältrr herausgestellt.
Bei der späteren Wiederaufarbeitung ist es leicht möglich, Brennelementkugeln von den übrigen Kugelsorten zu trennen.
Dies kann beispielsweise über Strahlungsmeßgeräte erfolgen.
Es ist aber vorteilhaft, in die Absorber- und Moderatorkugeln Substanzen, z. B. ferritischer Art, einzubringen, die leicht zu detektieren und zum Identifizieren der Kugelsorte geeignet sind, so daß wieder eine Trennung des Kugelgemisches in die Gemischbestandteile erfolgt. Während die bestrahlten bzw. abEebrannten Brennstoffkugeln nach der Gemischtrennung aufgearbeitet werden, können die Absorber-und Moderatorkugeln auf erfindungsgemäße Weise erneut mit bestrahlten bzw. abgebrannten Brennstoffkugeln vermischt werden.
In einem Behälter, beispielsweise vom Typ TN 12, sind auf die erfindungsgemäße Weise etwa 30 000 Kugeln, davon überwiegend Brennelementkugeln, kritikalitätssicher und ohne zusätzlichen Neutronenschutz-Mantel handhabbar. Es wären also allein bei diesem beispielhaften Behältertyp gegenüber dem bisherigen Stand ca. 10 Kannen und alle damit verbundenen aufwendigen Manipulationen eingespart.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Lagerung von kugelförmigen bestrahlten bzw.

abgebrannten Brennelementen aus Hochtemperatur-Reaktoren auf nuklear unterkritische Weise in Transport und/oder Lagerbehältern mit hierfür an sich bekannter üblicher Ausstattung, 3edoch in beliebiger Größe und Form, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelförmigen Brennelemente mit Neutronen-absorbierenden und/oder moderierenden Kugeln vermischt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberkugeln und Moderatorkugeln in Durchmesser und Dichte den Brennelementkugeln weitgehend gleich sind.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vermischen der Kugeln während des Einfüllens im Behälter erfolgt.
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Brennelemente-, Absorber- und Moderatorkugeln in getrennten Strömen dieser Kugelsorten erfolgt.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet.

daß das Verhältnis der Brennelement-, Absorber- und Moderatorkugeln untereinander je nach Abbrand der Breiunelementkugeln so eingestellt wird, daß keine zusätzliche Neutronenabschirmung an der Behälterwand erforderlich ist.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neutronenabschirmung durch die kombinierte Wirkung der Kugelmischung und der Behälterwandung erfolgt.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberkugeln Borkarbid enthaiten.
8. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorber- und Moderatorkugeln detektierbare Substanzen enthalten.