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Lager für kugelförmige Brennelemente
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur Aufnahme von kugelförmigen
Brennelementen.
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Das Lager dient vorrangig der zwischenzeitlichen Aufnahme von Brennelementen,
die dem Kern eines Kernkraftwerkes entnommen werden. Es ist bereits ein Lager zur
Aufnahme von kugelförmigen Brennelementen bekannt.
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Ein derartiges Lager soll so ausgelegt sein, daß weder im Normalbetrieb
noch im Störfall der Wert des Multiplikationsfaktors keff ~ 0,9 überschritten wird.
Zur Erfüllung dieser Forderung kann ein solches Lager mit Absorberstäben ausge rüstet
werden, die zwischen den Brennelementen positioniert werden. Dies ist besonders
dann wichtig, wenn beispielsweise aufgrund einer Schnellabschaltung alle im Kern
des Kernkraftwerkes
enthaltenen kugelförmigen Brennelemente von
dem Lager aufzunehmen sind. Die Absorberstäbe sind auch dann erforderlich, wenn
das Lager durch einen Wassereinbruch teilweise oder vollständig überflutet wird.
Besonders wichtig sind diese Absorberstäbe für den Fall, daß eine Schnellentladung
und ein gleichzeitiger Wassereinbruch im Lager vorliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager für kugelförmige
Brennelemente zu schaffen, das die bei Schnellentladung eines Reaktors anfallenden
kugelförmigen Brennelemente verschiedenster Abbrandstufen bei Aufrechterhaltung
der Unterkritikalität aufnehmen kann und bei dem auch beim Auftreten von Erschütterungen
und sonstigen Störfällen die Unterkritikalität gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Brennelemente
in zylindrischen Schächten angeordnet sind, daß die Abmessungen eines jeden Schachtes
und die Abmessungen zu dem nächsten Schacht zur Aufrechterhaltung des Multiplikationsfaktors
keff - 0,9 ausgelegt sind und daß den eingefüllten Brennelementen in einem vom Abbrandzustand
der Brennelemente abhängigen Mischungsverhältnis kontinuierlich Absorberkugeln beigefügt
sind. Die Menge des Absorbermaterials, die eine jede Absorberkugel aufweist, richtet
sich nach dem jeweiligen Abbrandzustand der Brennelemente. So werden beispielsweise
den reaktivsten Brennelementen mehr Absorberkugeln oder Absorberkugeln mit einer
größeren Absorbermenge beigefügt als bereits abgebrannten Brennelementen. Bei dem
Absorbermaterial der Absorberkugeln handelt es sich vorzugsweise um Bor, Hafnium
oder Europium.
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Um eine einfache Entnahme der Brennelemente und der Absorberkugeln
zu ermöglichen, sind am unteren Ende eines Schachtes ein Kugelvereinzelner und eine
Kugelausschleusleitung vorgesehen.
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Zweckmäßig sind die zylindrischen Schächte an ihrem oberen Ende mit
einem Abschirmstopfen dicht verschließbar.
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Die Kugelausschleusleitung kann mit einer Aufnahmekanne, die innerhalb
eines abgeschirmten Transportwagens abgestellt und mit diesem verfahrbar ist, verbunden
werden.
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Das Fahrgleis für den abgeschirmten Transportwagen ist zweckmäßig
zwei Schachtreihen gemeinsam zugeordnet. Um die nach Einlagerung der Brennelemente
entstehende Wärme zu beherrschen, sind die Schächte mit einer Kühlummantelung versehen.
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Zweckmäßig werden mehrere Schächte in einer Betonmatrix zusammengefaßt.
Bei 20 Schächten werden 4 Reihen zu je 5 Schächten vorgesehen.
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Jeder Schacht weist eine Höhe von 11 m und einen Innendurchmesser
von 1,50 m auf. Wird das Lager zur Aufnahme von Brennelementen mit einem Durchmesser
von 0,06 m verwendet, so können in jeden Schacht des Lagers etwa 100.000 kugelförmige
Brennelemente eingefüllt werden. Zum Füllen eines jeden Schachtes ist dieser mit
einer gemeinsamen Beschickungseinrichtung für Brennelemente und Absorberkugeln ausgerüstet.
Dadurch ist es möglich, den einzufüllenden Brennelementen Absorberkugeln in einem
vorgebbaren Mischungsverhältnis beizufügen.
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Die Anzahl der Absorberkugeln je Schacht richtet sich nach dem Schwermetallgehalt
der Brennelemente, nach dem Absorbermaterial und der Absorbermenge pro Absorberkugel.
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Im Auslegungsfall muß die Anzahl der Absorberkugeln rechnerisch und
experimentell ermittelt werden.
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Es ist besonders zweckmäßig, das Verhältnis von Brennelementdurchmesser
zum Absorberkugeldurchmesser derart zu wählen, daß ein Wert von 1,2 bis 2 erreicht
wird. Dies
bedeutet, daß bei kugelförmigen Brennelementen mit einem
Durchmesser von 6 cm Absorberkugeln mit einem Durchmesser von 3 bis 5cm verwendet
werden. Durch Verwendung dieser mittelgroßen Absorberkugeln wird ein Hindurchfallen
zwischen den gelagerten Brennelementen beim Auftreten von Erschütterungen verhindert,
so daß die beim Füllen eines jeden Schachtes erzielte homogene Verteilung der Absorberkugeln
in jedem Fall beibehalten wird.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand von schematischen Zeichnungen
erläutert. Die Erfindung ist jedoch auf das dargestellte Ausführungsbeispiel nicht
beschränkt.
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Es zeigen: Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch zwei von mehreren in
einer Reihe angeordneten Lagerschächte, Fig. 2 einen Vertikalschnitt entsprechend
der Linie II in Fig. 1.
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Bei einem Lager mit zwanzig Schächten sind meist vier Schachtreihen
von jeweils fünf Schächten zweckmäßig. Die Schächte 1 sind so angeordnet, daß ihre
Längsachsen in vertikaler Richtung verlaufen. Der Mindestabstand d zwischen den
Längsachsen zweier benachbarter Schächte muß mindestens 2 m betragen. Jeder Schacht
ist etwa 11 m hoch und weist einen Innendurchmesser von 1,50 m auf. Damit der erforderliche
Mindestabstand zwischen den Längsachsen zweier benachbarter Schächte eingehalten
werden kann, bleibt zwischen den Schächten ein freier Raum. Dieser ist bewehrt und
mit Beton ausgefüllt. Um das Lager nach außen hin genügend abzuschirmen, ist die
das eigentliche Lager bildende Betonmatrix in einer zusätzlichen Betonummantelung
angeordnet. Jeweils die obere Öffnung eines jeden Schachtes 1 kann mit einem Abschirmstopfen
3 dicht verschlossen werden. Am unten Ende des Schachtes ist ein
Kugelvereinzelner
4 mit einer Kugelausschleusleitung 5 angeordnet. Die Wärmeableitung erfolgt über
ein Zweikreis-Kühlsystem. Die Kühlrohre 6 und 7 sind auf die Schachtrohre aufgeschweißt,
wie sich aus Fig. 1 entnehmen läßt. Die Kühlung erfolgt mittels Wasser, das in einem
geschlossenen Kreislauf umläuft und mit der Atmosphäre nicht in Berührung kommt.
Hierdurch können optimale Kühlwasserbedingungen eingestellt werden.
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Der Antriebsmotor 9 ist mit dem Kugelvereinzelner 4 über eine Stange
8 o. dgl. verbunden. Der Antriebsmotor 9 besitzt eine Abschirmhaube 10. Zwischen
dem Kugelvereinzelner 4 und dem Antriebsmotor 9 ist eine Abschirmung 20 vorgesehen.
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Unterhalb der Schächte 1 ist auf Schienen 11 ein abgeschirmter Transportwagen
12 vorgesehen. Dieser Transportwagen 12 kann Aufnahmekannen 13 in seinem Inneren
aufnehmen. Die Aufnahmekanne wird mit Hilfe eines Krahnes auf den abgeschirmten
Transportwagen 12 abgesenkt. Der Transportwagen selbst wird dann in die Abfüllposition
verfahren. Sobald der Transportwagen die Abfüllpostion erreicht hat, wird ein Teleskoprohr
14 auf die Kanne 13 abgelassen, das mit der Kugelausschleusleitung 5 verbunden ist.
Die Absperrarmatur 21 wird geöffnet und der Kugelvereinzelner 4 in Betrieb genommen.
Die kugelförmigen Brennelemente 17 und die Absorberkugeln 18, die in den Behälter
gelangen, werden gezählt. Sobald die Aufnahmekanne 13 gefüllt ist, erfolgt die Abschaltung
des Kugelvereinzelners 4. Die Absperramatur 21 wird geschlossen und das Teleskoprohr
14 hochgefahren. Der Transportwagen fährt zu einer Schließstation 15, wo ein Deckel
auf die Kanne gepreßt wird. Die gefüllte Kanne wird über die Station 16 in ein nicht
dargestelltes Zwischenlager transportiert.
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Die Schächte 1, die mit Helium gefüllt sein können, werden über eine
Zugabeleitung 22 mit kugelförmigen Brennelementen 17 und kugelförmigen Absorberelementen
18 gefüllt.
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Die Anzahl der Absorberkugeln richtet sich dabei nach dem Abbrandzustand
der Brennelemente. In einer hier nicht dargestellten Abbrandmeßanlage wird der jeweilige
Abbrandzustand ermittelt und entsprechend Absorberkugeln in den Schacht eingefüllt.
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Bei einer Schnellentladung des Kernes eines Reaktors werden die Brennelemente
in gleicher Weise wie im Normalbetrieb in die Schächte transportiert. Abweichend
vom Normalbetrieb werden jedoch bei Einlagerung der letzten Brennelemente, d.h.
der fast noch frischen Brennelemente, noch jeweils nach Einlagerung von ca. 25.000
Brennelemente, d.h. noch jeweils einemViertel der für eine vollständige Füllung
erforderlichen Brennelemente, kleine Absorberkugeln zugegeben, um eine Unterkritikalität
in jedem Fall zu gewährleisten. Für die Wiederbeladung können Behälter vorgesehen
sein, die der Zugabestation angepaßt sind.
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Sofern diese in den abgeschirmten Transportwagen 12 abgesenkt werden
können, kann ihre Beladung unmittelbar von den Schächten erfolgen. Diese Behälter
werden dann in das Lager für frische Brennelemente tranportiert und gelangen dort
in die Zugabestation. Hier werden die Brennelemente von den kleinen Absorberkugeln
getrennt.
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Die Trennung kann bei nur schwach reaktiven Brennelementen schon beim
Ausschleusen aus dem Schacht erfolgen.