DE3007876C2

DE3007876C2 - Verfahren zum Zerkleinern abgebrannter Kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE3007876C2
Application number: DE3007876A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr.-Ing. 6080 Groß-Gerau Ernst; Eike Dr.rer.nat. 3000 Hannover Gelfort
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1980-03-01
Filing date: 1980-03-01
Publication date: 1983-11-03
Also published as: BE893037Q; DE3007876A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerkleinern abgebrannter Kernbrennelemente gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Brennelemente für Leicht« asserreakioren bestehen aus einem Bündel von vielen einzelnen Brennstäben. Die Brennstäbe bestehen aus den Kernbrennstoff-Tabletten und jeweils einem die Tabletten aufnehmenden Hüllrohr aus einer Zinnlegierung.

Die nach einer bestimmten Einsatzzeit abgebrannten Brennelemente werden aus dem Reaktor entladen und sollen in einer Wiederaufarbeitungsanlage verarbeitet werden.

Die Wiederaufarbeitung ist ein chemischer Prozeß, bei dem eingangs der in den Brennstäben enthaltene Brennstoff mit Salpetersäure aufgelöst wird. Vor diesem naßchemischen Aufschluß des Brennstoffes ist entweder eine mechanische Zerkleinerung der Brennelemente bzw. der Brennstäbe in ca. 5 cm lange Abschnitte oder ein chemisches Auflösen des Hüllrohrwerkstoffes der Brennstäbe erforderlich.

Die chemischen Auflöseverfahren für den Hüllrohrwerkstoff haben sich nicht bewährt. Ihre Hauptnachteile liegen in der geringeren Kapazität der Auflöser und einem größeren Volumen der radioaktiven Abfälle. Außerdem spricht gegen das chemische Auflösen des Hüllrohrmaterials, das dieses nicht genügend selektiv aufgelöst wird, so daß Brennstoffverluste entstehen. Das Volumen der Abfallösung aus den Hüllrohren liegt um ein Vielfaches über dem festen Hüllrohrvolumen.

Es ist ein Verfahren zum Entfernen des Kernbrennstoffes aus einem Brennstab bekannt, bei dem der Hüllrohrwerkstoff mittels eines wenigstens stellenweise benetzenden Elektrolyten und eines von dem Hüllrohrwerkstoff ausgehenden, den Elektrolyt durchsetzenden elektrischen Feldes an der betroffenen Stelle vollständig abgetragen und der Kernbrennstoff mittels des Elektrolyten entfernt wird. Mittels einer Düse wird ein vorzugsweise senkrecht auf den Brennstab gerichteter Elektrolytstrahl erzeugt. Die Düse wird während des Bestrahlens in Richtung auf den Brennstab vorgeschoben. Nach dem elektrochemischen Erzeugen eines das Hüllrohr noch nicht durchtrennenden Einschnittes wird dje Düse durch diesen in das Hüllrohr eingeführt, um dessen Inhalt auszuwaschen. Es st bei diesem Verfahren auch möglich, das elektrochemische Auflösen des Hüllrohres bis zur vollständigen Abtrennung des ausgewaschenen Endes des Hiillrohres fortzusetzen (DE-AS 19 34 689).

Bei der mechanischen Zerkleinerung der Brennelemente bzw. der Brennstäbe ist es bekannt, die Brennstiibc mit einer Bündelschere in ca. 5 cm kurze Stücke zu zerschneiden, um aus den anfallenden Hüllrohrabschnitten den Brennstoff mit Salpetersäure herauslösen zu können. Mit der Bündelschere wird das gesamte Brennelement zerschnitten, nachdem die Kopf- und Endstücke des Brennelementes vorher abgesägt worden sind. Das ein Brennstabbündel darstellende Brennelement wird während des Schnittvorganges gegen einen ortsfesten Anschlag gedrückt. Dies führt zu einem Komprimieren des Brennstabbündels und in der Regel dazu, daß keine glatten Schnitte durch die Brennstäbe entstehen. Die anfallenden Hüllrohrabschnitte weisen Verquetschungen an ihren Schnittflächen auf. Damit wird aber der Säureangriff auf den Kernbrennstoff verkleinert und der Auflösevorgang verzögert oder behindert (Chemie der nuklearen Entsorgung, F. Baumgärtner, Thiemig-Taschenbuch Band 66,1978,Teil 2,Seite 88-101).

Es ist auch bekannt, Brennelemente zu vereinzeln und jeden Brennstab einzeln in kurze Abschnitte zu zerschneiden. Das Zerschneiden von vereinzelten Brennsiäben bietet als wichtigsten Vorteil eine bessere Schnittqualität als bei einer Bündelschere. Die Schnittflächen der Abschnitte weisen nur geringe Verquetschungen auf. Allerdings hat dieses Verfahren den großen Nachteil eines erheblichen zeitlichen Aufwandes bei der Demontage des Brennelementes aufgrund der Vereinzelung der Stäbe. Dieses wird ersichtlich, wenn man bedenkt, daß ein Brennelement für einen Druckwasserreaktor 236 Brennstäbe aufweisen kann.

Die bekannten mechanischen Zerkleinerungseinrichtungen haben weiter den wesentlichen Nachteil, daß beim Schneiden der Brennstäbe Stäube und Hülsenspäne entstehen, die zu einer Beeinträchtigung der bewegten Teile der Schereinrichtung führen. Dies vermindert die Standzeit der Schereinrichtung und erhöht die Reparaturanfälligkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Zerkleinern abgebrannter Brennelemente in vorbestimmte kurze Stücke zu schaffen, bei dem die Zerkleinerung saubere Schnittflächen und eine höhere Standzeit der Zerkleinerungseinrichtung ermöglicht.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schnittvorgang mit Hilfe eines auf die Brennelementoberfläche gerichteten Hochgeschwindigkeitswasserstrahles erzeugt wird.

Es hat sich gezeigt, daß ein Hochgeschwindigkeitswasserstrahl in der Lage ist. die Brennstäbe eines gesamten Brennelementes zu zerschneiden. Der den Hüllrohrwerk'itoff zerschneidende Wasserstrahl erhält durch hohen Druck seine hohe Geschwindigkeit, die zu der Schneidwirkung führt.

Durch das eifindungsgemäße Verfahren werden verquetschte Schnittflächen der Hüllrohrabschnitte verhindert.

Die Span- und Staubbildung aufgrund des erfindungsgemäßen Zerkleinerungsverfahrens ist wesentlich geringer als bei den bekannten mechanischen Schneidverfahren.

Das ablaufende Wasser des Hochgeschwindigkeitswasserstrahles führt kleine Mengen Materialstaubes und Späne mit sich, die über Filter zurückgehalten und entfernt werden.

Beispiel

Ein Brennelement für einen Druckwasserreaktor mit 236 über 4 m langen Brennsiäben wurde in einen

Werkstückhalter aufgenommen und mittels einer Vorschubeinheit nach jedem Schnittvorgang um 5 cm verschoben. Das in den Werkstückhalter eingespannte Brennelement wurde mit Hilfe einer dafür ausgebildeten Vorschubeinheit unter einer Düse aus Edelstein gedreht. Der Düsendurchmesser betrug 0,1 mm. Die Düse wurde an eine Hochdruckwasserstrahlanlage konventioneller Bauart angeschlossen. Diese derartigen Hochdruckwasserstrahlanlagen können beispielsweise einen Betriebsdruck bis zu 9000 bar erzeugen. Zum Schneiden des Brennelementes wurde ein Betriebsdruck von 4000 bar eingestellt.

Der Schnittvorgang dauerte ca. 50 Sekunden. Dabei entstand ein Wasserbedarf von 1 Liter.

Die Schnittflächen der einzelnen Brennstababschnitte wiesen keine Verquetschungen auf.

Medium:

Druck:

Düsenmaterial:

Düsendurchmesser:

Schnittzeit:

Wasserbedarf:

Wasser (andere flüssige Medien sind denkbar) 4000 bar Edelstein 0,1 mm ca. 50 see ca. 1 ltr.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Zerkleinern abgebrannter Brennelemente aus Kernkraftwerken in vorbestimmte, kurze Stücke, wobei die Brennelemente unter Drehung um ihre Achse einem Schnittvorgang unterworfen und nach Vollendung desselben um einen gewünschten Betrag in ihrer Längsrichtung zur Durchführung eines neuen Schnittvorganges verschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittvorgang mit Hilfe eines auf die Brennelementoberfläche gerichteten Hochgeschwindigkeitswasserstrahles erzeugt wird.