DE3332581C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entsorgen der Brennstoffkanäle von verbrauchten Bren­ nelementkästen von Kernreaktorbrennelementbündeln. Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind bekannt aus der DE-OS 30 18 857.

In einem Siedewasser- oder Druckwasserkernkraftreaktor ist der Kern aus einer großen Anzahl von Brennelementbündeln aufgebaut, die mit ihrem unteren Ende auf einer Gitterplatte ruhen und mit ihrem oberen Ende in einem Kerngitter fixiert werden. Jedes Brennelementbündel enthält eine Vielzahl von Brennstäben, die in einem Brennelementkasten angeordnet sind. Der Brennelementkasten besteht aus einem Brenn­ stoffkanal aus einer Zirkoniumlegierung und einem Bodenteil, das am unteren Ende des Brennstoffkanals befestigt ist. Diese Bodenteile der Brennelementkästen ragen in Öffnungen in der unteren Gitterplatte. Das Bodenteil dient als Einlauf für Kühlwasser, während der Brennstoffkanal ein Leitrohr zur Steuerung des die Brennstäbe umgebenden Kühlwasserstroms ist.

Der Brennelementkasten ist kein verbrauchbares Teil im eigentlichen Sinne; dennoch hat er eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer wegen Verformungen infolge Ermündung, Korrosin und Alterung. Die intensive Neutronenbestrahlung, welcher der Brennstoffkanal beim Betrieb des Reaktors ausgesetzt ist, beschleunigt die Alterung und Versprödung. Bestimmte im Material des Brennstoffkanals enthaltene Legierungskomponenten werden in nicht stabile Isotope umgewandelt, die bei ihrem Zerfall über lange Zeit radioaktive Strahlung abgeben. Ferner setzten sich radioaktive Substanzen an den Kanälwänden ab. Dies bedeutet, zusammen mit der Ermüdnung, Korossion und Alterung, daß die Wiederverwendung des Kanals technisch schwierig ist. Nicht weiter verwendbare Brennelementkästen werden in Abfalldeponien gelagert.

Die Brennelementkästen haben ein großes Volumen. Es ist daher wichtig, ihr Volumen vor der Endlagerung zu verkleinern. Eine Möglichkeit hierzu besteht darin, das Bodenteil zu entfernen und anschließend die im Querschnitt rechteckförmigen Brennstoffkanäle längs zweier diagonal gegenüberliegender Längskanten aufzuschneiden, so daß man zwei Winkelprofile erhält. Dabei können jedoch Späne anfallen, und es kann zu einer Verbreitung ferner radioaktiver Partikel kommen. Durch die radioaktive Bestrahlung ist das Kanalmaterial insbesondere im Mit­ telabschnitt des Brennstoffkanals versprödet worden, so daß der Kanal bei der Aufschneidung zerreißen kann, was seine Handhabung in große, Maße erschwert. Pakete aus geteilten Brennstoffkanälen werden vor der Endlagerung in Hüllen eingeschlossen.

Ein ähnliches Verfahren wie das eben genannte ist aus der DE-OS 30 18 857 bekannt. Bei diesem Verfahren werden die einen quadratischen Querschnitt aufweisenden Brennstoffkanäle in Längsrichtung entlang der Abwinkelungslinien aufgeschnitten, so daß aus einem Brennstoffkanal vier Platten entstehen, die aufeinander gestapelt werden, wodurch das Volumen stark reduziert wird. Die Aufschneidbarkeit erfolgt dabei vorzugsweise unter Wasser. Auch für dieses Verfahren ist eine aufwendige Schneidvorrichtung erforderlich. Beim Zerschneiden entstehen radioaktive Schnittpartikel, deren Verschleppung in die Umgebung nur schwer verhindert werden kann. Das Zerschneiden wird dadurch erschwert, daß die Härte des Materials der Brennelementkästen mit der Länge infolge der erlittenen ungleichmäßigen Strahlungshärtung variiert.

Aus der DE-OS 28 18 781 ist ein Verfahren zu umweltsicheren Lagerung von verbrauchten radioaktiven Kernbrennstäben bekannt. Ein oder mehrere Brennstäbe werden dabei in einer Hülle aus dehnbarem Material untergebracht, worauf die Hülle gasdicht verschlossen wird. Dann wird die Hülle mit den Brennstäben, die vorzugsweise alle in einer Ebene angeordnet sind, derart gebogen, daß die Länge des aus Hülle und Brennstäbe bestehenden Körpers verkürzt wird. Die so gewonnenen Körper, die keine großen Erstreckungen aufweisen, werden dann in einen keramischen Schutzbehälter untergebracht und in diesem verwahrt. Durch das Biegen der Brennstabpakte sollen die Materialbeanspruchungen durch Stoßbewegungen vermindert werden. Das Biegen dient nicht der Reduzierung, des von dem Abfallmaterial eingenommenen Volumens.

Aus der DE 30 18 857 A1 ist ein Verfahren zur Endlagerung von länglichen, radioaktiven Bauteilen mit kleinem Querschnitt, insbesondere Instrumentierungssonden für Reaktorkerne, bekannt, wobei die länglichen Bauteile mittels einer Wickelmaschine auf einen Spulenkörper aufgewickelt werden. Zusammen mit dem Spulenkörper werden die aufgewickelten Bauteile dann in einem Abschnittbehälter untergebracht der mit einem strahlungssicheren Verschluß versehen wird. Während des Wickelvorganges sind die radioaktiven Bauteile nicht in einer Hülle verschlossen, welche die Umgebung gegen beim Wickeln möglicherweise abbröckelnede radioaktive Partikel schützt. Erst nachdem die Bauteile auf das kleinere Volumen reduziert worden sind, werden sie strahlungssicher verschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nebst Durchführungsanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem eine Volumenreduzierung der Brennelementkästen vor der Endlagerung in einer Weise erzielt wird, die dem eingangs genannten bekannten Verfahren hinsichtlich der Handhabung, des Schutzes und der Wirtschaftlichkeit überlegen sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 7 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 genannt.

Eine Walzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch die im Anspruch 7 genannten Merkmale gekennzeichnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Walzenvorrichtung sind in den Ansprüchen 8 und 9 genannt.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung besteht darin, daß bei der Volumenreduzierung des Brennstoffkanals keine Kanalteile oder an den Kanalwänden vorhanden gewesene feinkörnige Ablagerungen in die Umgebung gelangen können.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein vom Bodenteil getrennter Brennstoffkanal in ein Schutzrohr eingesetzt, dessen eines Ende verschlossen und einer Greifvorrichtung in einer Walz­ vorrichtung angepaßt ist. Das Schutzrohr mit dem darin befindlichen Brennstoffkanal wird plattgedrückt, wonach der plattgedrückte Körper entweder durch Wickeln um einen Dorn oder eine Walze zu einer Spule geformt wird. Das Plattdrücken kann durch Walzen geschehen. Das Walzen und Formen zu einer Spule wird in einem Arbeitsvorgang durch Aufwickeln des Schutzrohres mit dem darin eingeschlossenen Brennstoffkanal auf eine Walze der Walzvorrichtung durchgeführt. Es ist wichtig, daß das für die Schutzrohre verwendete Material zäh ist und eine große Bruchdehnung hat. Rostfreier Stahl DIN X 5 Cr Ni 18 9 (ASI 304/SEA 30 304) ist ein geeignetes Material. Die Bruchdehnung ist außerordentlich groß, sie liegt über 50%. Das Schutzrohr kann dieselbe Form wie der Brennstoffkanal haben, doch ist es im Hinblick auf die Kosten vorteilhaft, runde Schutzrohre zu verwenden, die durch Spiralschweißung von Bändern hergestellt werden.

Das Verfahren kann unter einer strahlenabschirmenden Wasser­ schicht durchgeführt werden. Wasser, welches dabei beim Plattdrücken aus dem Schutzrohr herausgedrückt wird, kann in einer Filteranlage gefiltert werden, die am Ausgang des Schutzrohres angeordnet ist.

Ein rechteckiger Brennstoffkanal wird ein seiner Mittelpunkts­ winkellage derart orientiert, daß er diagonal plattgedrückt wird. Beim Formen zu einer Spule kann das freibleibende Spu­ lenzentrum so groß bemessen werden, daß das Bodenteil eines Brennelementkastens in der Spule untergebracht werden kann. Das genannte Filter kann nach dem Plattdrücken eine ausreichende Dichtung bewirken. Ein Verschließen durch Schweißen ist zwar unter einer strahlenschützenden Wasserschicht möglich, jedoch schwierig auszuführen. Das vordere Ende des Schutzrohres kann plattgedrückt sein und durch Schweißen an eine hülsenförmige Greifvorrichtung angeschlossen sein, die mit nach innen gerichteten Keilen oder Stegen versehen ist, welche so bemessen sind, daß sie in Nuten einer Antriebswalze der Walzenvorrichtung passen. Hierdurch wird eine formschlüssige Mitnahme der hülsenförmigen Greifvorrichtung und damit des Schutzrohres beim Wickelvorgang gewährleistet. Die fertiggewickelte Spule wird mit einem Endstück versehen, welches aus einer Stirnwand und einem an die Stirnwand angeschlossenen zylindrischen Teil besteht, welches letztere über die Spule geschoben wird und so verhindert, daß die Spule sich durch Rückfederung im Durchmesser vergrößert. Dadurch, daß das zylindrische Teil des Endstückes einen axialen Schlitz hat, und somit die Spule nicht über ihren gesamten Umfang umschlossen wird, kann das Endstück über die Spule geschoben werden, wenn sich diese noch im fest zusammengezogenen Zustand in der Walzvorrichtung zwischen den zusammenwirkenden Walzen befindet.

Das Walzwerk enthält eine Walze mit einer Greifvorrichtung zur Verbindung eines Schutzrohres mit der Walze. Ferner ist eine Antriebsmaschine zum Antrieb dieser Walze vorhanden sowie eine zweite gegen die angetriebene Walze nachgiebig anliegende Druckwalze. Die letztgenannte Walze ist verschiebbar angeordnet mittels eines nachgebenden krafterzeugenden Druckorgans, welches die Druckwalze gegen die angetriebe Walze mit einer vorgegebenen Kraft drückt, die mittels einer Steuer- oder Regelvorrichtung gesteuert oder geregelt werden kann. Die angetriebene Walze kann mit einer Nut versehen sein, in die das plattgedrückte vordere Ende des Schutzrohres eingespannt wird. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß in der angetriebenen Walze eine Nut vorhanden ist, in die ein Keil eingreift, der sich an einer Hülse befindet, an der das vordere Ende des Schutzrohres befestigt ist. Die Druckwalze kann gegen die angetriebene Walze mittels eines Zylinders gedrückt werden, der über eine Betätigungs- und Druckregel­ vorrichtung an eine Druckmittelquelle anschließbar ist. Vorzugsweise wird als Druckmittel eine Flüssigkeit verwendet.

Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden.

Es zeigt

Fig. 1 einen Brennelementkasten,

Fig. 2 und 3 zwei verschiedene Ausführungsformen von Schutzrohren für einen Brennstoffkanal,

Fig. 4 den unteren Teil eines Schutzrohres gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Walzvorrichtung,

Fig. 6 die Walzvorrichtung gemäß Fig. 5 von oben gesehen,

Fig. 7 ein Endstück für eine fertig gewickelte Spule,

Fig. 8 eine fertig gewickelte Spule mit aufgesetztem Endstück und eingesetztem Bodenteil.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Brennelementkasten, der aus einem Brennstoffkanal 2 und einem Bodenteil 3 besteht, die durch Schrauben 4 zu einer Einheit verbunden sind. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen zwei Ausführungsformen von runden Schutzrohren 5. Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist das untere Ende des Rohres plattgedrückt, abgewickelt und mit einem Wulst 6 versehen, der in eine Nut 7 in einer angetriebenen Walze 8 hineingeschoben wird. Es ist auch eine andere Befestigung des vorderen Schutzrohrendes in der Nut möglich. Das Schutzrohr 5 hat an seinem hinteren (oberen Ende) eine Verriegelungsvorrichtung 10, die das Hineinschieben eines Brennstoffkanals gestattet, nach Drehung jedoch verhindert, daß der Brennstoffkanal beim Walzen nach hinten aus dem Schutzrohr 5 herausgeschoben wird. Am hinteren Ende des Schutzrohres 5 ist ein Filter 11 angeordnet, das Partikel auffängt, die in dem beim Walzen herausgespreßten Wasser vorhanden sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist das plattgedrückte vordere Ende des Schutzrohres 5 mit einer Hülse 12 mit nach innen gerichteten Keilen oder Stegen 13 verbunden. Diese Hülse wird auf eine Walze 16 (Fig. 15) geschoben, die den Keilen oder Stegen 13 angepaßte Nuten 17 hat.

Das Walzenwerk nach Fig. 5 und 6 zum Plattwalzen des Schutzrohres 5 mit dem darin enthaltenen Brennstoffkanal 2 enthält eine Grundplatte 14 mit einer Antriebsmaschine 15, die eine Aufspulwalze 16 trägt. Diese Walze 16 ist mit Nuten 17 versehen, die den Kielen 13 in der Hülse 12 angepaßt sind. Eine Druckwalze 18 ist beweglich angeordnet. Sie wird von einer Welle 20 getragen, die in Lagern 21 in dem schwenkbaren Stativ 22 gelagert ist. Dieses Stativ ist drehbar um eine Achse 23 gelagert, die von Lagerblöcken 24 auf der Grundplatte 14 getragen wird. Das Stativ 22 mit der Druckwalze 18 wird mit einer Kraft gegen die Walze 16 gedrückt, die ausreicht, um das Schutzrohr 5 und den Brennstoffkanal 2 plattzuwalzen. Das Andrücken erfolgt durch einen hydraulischen Zylinder 25, der mittels der Kolbenstange 26 gelenkig an das Stativ 22 angeschlossen ist. Der Zylinder 25 ist drehbar um die Achse 27 gelagert, die von den Lagerblöcken 28 auf der Grundplatte 14 getragen wird. Der Zylinder 25 wird mit einem Druckmittel aus einer Druckmittelquelle 30 über die Leitungen 31, 32, 33 und das Ventil 34 versorgt. Dieses Ventil 34 ist von einer Art, die das Einstellen eines maxialen Druckes zuläßt, der die Kraft begrenzt, mit welcher die Druckwalze 18 gegen das Schutzrohr 5 und den Brennstoffkanal 2 bzw. die Walze 16 gedrückt wird. In dem Maße, in dem der Druchmesser der beim Walzen auf die Walze 16 gewickwelten Spule größer wird, wird die Druckwalze 18 zur Seite weggedrängt.

Um zu verhindern, daß die in Fig. 8 gezeigte fertiggewalzte Spule 35 nach Wegnahme der Anpreßkraft elastisch zurückfedert und sich dabei im Durchmesser vergrößert, wird an dem einen stirnseitigen Ende der Spule 35 ein Endstück gemäß Fig. 7 aufgesetzt, bevor die Druckwalze 18 zurückgenommen wird und eine fertige Spule von der Walze abgezogen wird. Das genannte Endstück 36 kann gemäß Fig. 7 aus einer Stirnwand 37 und einem mit einer Aussparung 40 versehenen zylindrischen Flansch 38 aufgebaut sein, wodurch das Aufsetzen des Endstückes 36 ermöglicht wird, während die Druckwalze 18 noch gegen die Spule 35 drückt. Das Endstück 36 kann mit einem Hebezapfen 41 versehen sein, der die Handhabung der Spule erleichtert. Die Walze 16 muß dabei mit einer Ausbohrung 42 versehen sein, die das Hineinschieben des Hebezapfens in die Walze ermöglicht. Im Zentrum der Spule wird ein Bodenteil 3 plaziert, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Die Spule kann mit einem zweiten Endteil 43 versehen sein, daß mit gestrichelten Linien in Fig. 8 angedeutet ist. Wenn dieses Endstück hufeisenförmig ausgebildet wird, kann es auf die Spule aufgesetzt werden, während diese sich noch auf der Walze 16 befindet.

Claims (9)

1. Verfahren zum Entsorgen der Brennstoffkanäle von verbrauchten Brennelemenkästen von Kernreaktorbrennele­ mentbündel, dadurch gekennzeichnet,

• a1) daß ein Brennstoffkanal (2) in einem Schutzrohr (5) plaziert wird,
• b1) daß das Schutzrohr (5) mitsamt dem Brennstoffkanal (2) plattgedrückt wird und
• c1) daß das plattgedrückte Schutzrohr (5) mit dem einge­ schlossenen Brennstoffkanal (2) durch Aufwickeln zu einer Spule (35) geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• a2) daß ein Schutzrohr (5) mit einem geschlossenen Ende verwendet wird,
• b2) daß das Schutzrohr (5) zusammen mit dem eingeschlossenen Brennstoffkanal durch Walzen plattgedrückt und zu einer Spule geformt wird und
• a3) daß das Schutzrohr (5) nach dem Plattdrücken verschlossen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet,

• d1) daß die Arbeitsvorgänge unter Wasser in einem Bassin durchgeführt werden und
• d2) daß das Wasser, das beim Plattdrücken aus dem Schutzrohr (5) herausgedrückt wird, in einem in den Schutzrohr (5) angebrachten Filter (11) gefiltert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• e1) daß ein rechteckiger Brennstoffkanal (2) in dem Schutzrohr (5) hinsichtlich seiner Winkelorientierung so angeordnet wird, daß er diagonal plattgedrückt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• c2) daß das Schutzrohr (5) mit dem Brennstoffkanal (2) zu einer Spule (35) mit einem solchen zentralen Freiraum gewickelt wird, daß in diesem Freiraum das Bodenteil (3) eines Brennelementkastens (1) eingefügt werden kann.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

• c3) daß eine geformte Spule (35) mit mindestens einem Endstück (36) versehen wird, welches aus einer Stirnwand (37) und einem an diese angeschlossenen zylindrischen Teil (38) besteht,
• c4) wobei der zylindrische Teil über die Spule geschoben wird und diese zumindest im wesentlichen umschließt und eine Rückfederung der Spule (35) verhindert.

7. Walzvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet, durch

• A) eine Walze (16) mit einem Greiforgan (17) zur Verbindung eines Schutzrohres (5) mit der Walze (16),
• B) eine Antriebsmaschine (15) zum Antreiben der Walze (16),
• C) eine gegen die Walze (16) verschiebbare Druckwalze (18),
• D) ein nachgiebiges krafterzeugendes Druckorgan (25), welches die Druckwelle (18) in Richtung auf die angetriebene Walze beaufschlagt, und
• E) Steuer - oder Regelorgane (34) zur Steuerung oder Regelung der erzeugten Kraft.

8. Walzvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• F) die angetriebene Walze (16) mit mindestens einer Nut (17) versehen ist und
• G) daß eine Hülse (12), an welche das Schutzrohr (5) anschließbar ist, mit Keilen (13) versehen ist, die so angeordnet und bemessen sind, daß sie in die Nut/Nuten (17) eingreifen.

9. Walzvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

• H) das das krafterzeugende Druckorgan (25) ein Zylinder ist, der über ein druckbegrenzendes Ventil (34) an eine Druckmittelquelle (30) anschließbar ist.