DE3011760A1 - Verfahren zum zerlegen abgebrannter kernreaktorbrennstaebe - Google Patents

Verfahren zum zerlegen abgebrannter kernreaktorbrennstaebe

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DE3011760A1
DE3011760A1 DE19803011760 DE3011760A DE3011760A1 DE 3011760 A1 DE3011760 A1 DE 3011760A1 DE 19803011760 DE19803011760 DE 19803011760 DE 3011760 A DE3011760 A DE 3011760A DE 3011760 A1 DE3011760 A1 DE 3011760A1
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Martin Dipl.-Phys. Dr. 8521 Bubenreuth Peehs
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    • G21C19/34—Apparatus or processes for dismantling nuclear fuel, e.g. before reprocessing ; Apparatus or processes for dismantling strings of spent fuel elements
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Description

UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
VPA go P 9 3 1 9 DE
Verfahren zum Zerlegen abgebrannter Kernreaktorbrennstäbe
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zerlegen abgebrannter, mit einer Zirkonlegierung ummantelter Kernreaktorbrennstäbe im Zuge der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen. Zirkonuamantelte Brennstäbe werden normalerweise in Leichtwasserreaktoren verwendet. Nach ihrem Abbrand im Kernreaktor werden sie nach erfolgter Zwischenlagerung zum Abklingen eines großen Teiles ihrer Radioaktivität wieder aufgearbeitet. Diese Aufarbeitung beginnt mit einem mechanischen Zerlegen der Brennelemente bzw. der Brennstäbe, daran schließt sich an eine chemische Auflösung des Kernbrennstoffes sowie der enthaltenen Spaltprodukte sowie die chemische Rückgewinnung der aufgelösten Wertstoffe.
Die mechanische Zerlegung der Brennstäbe bzw. Brennelemente wird mit sogenannten Bündelscheren durchgeführt. Die Standzeit dieser Scheren ist naturgemäß begrenzt, so daß deren Störanfälligkeit oftmals durchsatzbegrenzend für die gesamte Wiederaufarbeitungslinie ist.
Es stellte sich daher die Aufgabe, für diesen Zerlegungsschritt vor der eigea tlichen Wiederaufarbeitung ein wesentlich einfacheres Verfahren zu finden, das ohne empfindliche Scherensysteme auskommt und bei dem Abnutzungserscheinungen praktisch keine Rolle spielen.
Mü 2 Ant / 20.3.1980
VPA go ρ 9 3 1 9
Die Lösung dieser Aufgebe besteht erfindungsgemäß in einem Verfahren, das durch folgende Einzelschritte gekennzeichnet isti
a) Einlagern der Brennelemente in einen gasdichten Ofen.
b) Erhitzen dieser Brennelemente auf 300 - 40O0C.
c) Zugabe von Wasserstoff bis zur vollkommenen Durchhydrierung der Hüllrohre.
d) Abkühlen der Brennelemente.
e) Einführung der Brennelemente einschließlich aller mithydrierten Strukturteile in ein Stampf- oder Schlagwerk.
f) Abtrennen der Kernbrennstoffteile von zerkleinertem metallischen Schrott und den Zr-Hydrlden unter Ausnutzung der Massenunterschiede oder auf chemischem Wege durch Auflösen des Brennstoffes.
g) Weiterverarbeitung des metallischen Schrottes durch Dehydrieren zu kompaktierfähigem Zirkon- oder Zirkondioxidpulver.
h) Wiederverwendung des zurückgewonnenen Wasserstoffes durch Rückführung in Verfahrensstufe c).
Dieses Verfahren macht sich die sonst unerwünschte Eigenschaft des Zirkons zunutze durch Wasserstoffaufnähme zu hydrieren und damit spröde zu werden. Diese Erscheinung, die bei der Herstellung der Brennelemente und im
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j - VPA 80 P 9 3 1 9 DE
Reaktorbetrieb sorgfältigst verhindert werden muß, wird nunmehr zur Zerlegung ausgenutzt. Vor allem wird nach diesem Verfahren dafür Sorge getragen, daß eine vollständige Hydrierung der Zirkonbauteile des Brennelementes, seien es die Hüllrohr©, seien es die Abstandshalter, durchgeführt wird. Vor diesem Vorgang werden selbstverständlich in bekannter Weise die Kopf- und Fußstücke der Brennelemente, die normalerweise aus rostfreiem Stahl oder einer Chrom-Nickel-Legierung bestehen, entfernt. Sodann werden die Brennelemente In einem gas dichten Ofen auf 300 -40O0C erwärmt und dann die Ofenatmosphäre durch Wasserstoffgas ersetzt. Zur Beschleunigung des Hydrierungsvorganges ist es zweckmäßig, den Innendruck des Ofens zu erhöhen.
Nach dem Abkühlen der Brennelemente werden diese dem Ofen entnommen und in ein Stampf- oder Schlagwerk eingeführt. Da bei hydrierten Zircaloy-Hüllrohren usw. bereite geringste Verformungen zum Bruch führen, erfolgt in diesen Stampf- und Schlagwerken die Zerlegung der Brennstäbe ohne großen Kraftaufwand.
Diese Stampf- und Schlagwerke sind zweckmäßigerweise nach außen staubdicht abgeschlossen, so daß keine radio aktiven Teilchen in die Umgebung gelangen. Vorteilhaft wird darin außerdem eine inerte Atmosphäre aufrechterhalten, damit eine Entzündung des Zirkonhydridstaubes mit Sicherheit ausgeschlossen werden kann. Nach Beendigung dieses Zerlegungsvorganges werden die Kernbrenn- stoffanteile aus dem zerkleinerten metallischen Schrott
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- VPA 80P9319DE
unter Ausnutzung der Massenunterschiede, z.B. nach dem --—"" Flotationsverfahren abgetrennt und der chemischen Aufarbeitung zugeführt. Der metallische Schrott dagegen wird wieder in einen Vakuumofen gebracht, dort auf 40O0C 5 oder höher erhitzt und der freiwerdende Wasserstoff abgesogen. Nach diesem Dehydrierungsvorgang besteht der Schrott aus Zirkon- oder Zirkondioxidpulver, das ebenso wie der Kernbrennstoff wieder aufgearbeitet und wieder verwendet oder als Abfall weggegeben werden kann.
Der durch den Dehydrierungsvorgang freigewordene Wasserstoff wird zweckmäßigerweise in die Verfahrensstufe c) zurückgeführt, so daß der effektive Verbrauch an Wasserstoff bei diesem Verfahren nur gering ist.
Da, wie erwähnt, die durchhydrierten Zirkonteile sehr spröde sind, ist auch der Verschleiß in den Stampf- und Schlagwerken sehr gering, so daß die Störanfälligkeit desselben Äußerst gering ist und auch die Wartung keine Schwierigkeiten bereitet.
1 Patentanspruch
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Claims (1)

  1. 301176Q
    - / - VPA80P9319DE Patentanspruch
    Verfahren zum Zerlegen abgebrannter, mit einer Zirkonlegierung ummantelter Kernreaktorbrennstäbe im Zuge der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen, gekennzeichnet durch folgende Einzelschritte:
    a) Einlagern der Brennelessnte in einen gasdichten Ofen.
    b) Erhitzen dieser Brennelemente auf 300 - 4000C. 10
    c) Zugabe von Wasserstoff bis zur vollkommenen Durchhydrierung der Hüllrohre.
    d) Abkühlen der Brennelemente.
    e) Einführung der Brennelemente einschließlich aller mithydrierten Strukturteile in ein Stampf- oder Schlagwerk.
    f) Abtrennen der Kernbrennstoffteile von zerkleinertem metallischen Schrott und den Zr-Hydriden unter Ausnutzung der Massenunterschiede oder auf chemischem Wege durch Auflösen des Brennstoffes.
    g) Weiterverarbeitung des metallischen Schrottes durch Dehydrieren zu kompaktierfähigem Zirkon- oder Zirkondioxidpulver.
    h) Wiederverwendung des zurückgewonnenen Wasserstoffes durch Rückführung in Verfahrensstufe c).
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