DE3332581C2 - - Google Patents
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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.
Applications Claiming Priority (1)
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SE8205362A SE434586B (sv) | 1982-09-20 | 1982-09-20 | Sett for inneslutning av holjeror till forbrukade brensleboxar for brenslepatroner for kernkraftverk och minskning av volymen fore deponeringen jemte valsanordning for genomforande av settet |
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