DE3430243C2

DE3430243C2 - Lagerbehälter zur Aufnahme von vereinzelten Brennstäben bestrahlter Kernreaktorbrennelemente

Info

Publication number: DE3430243C2
Application number: DE3430243A
Authority: DE
Inventors: Helfrid Dr. Dipl.-Chem. 7528 Karlsdorf Lahr; Bernd Dipl.-Ing. 8755 Alzenau Pontani
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1984-08-17
Filing date: 1984-08-17
Publication date: 1986-11-27
Also published as: EP0171773A2; CA1234433A; DE3574306D1; EP0171773A3; US4680159A; EP0171773B1; DE3430243A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerbehälter zur Aufnahme von Brennstäben zerlegter, bestrahlter Kernreaktorbrennelemente. Der Lagerbehälter weist einen kreisförmigen Lagerraum auf, in dem ein die in Büchsen gefüllten Brennstäbe aufnehmender Einsatzkorb angeordnet ist. Um eine gute Wärmeabfuhr aus dem Lagergebinde zu erreichen, sind die einzelnen Brennstabbüchsen (17) im Einsatzkorb (19) kreisförmig angeordnet. Die Büchsen (17) werden auf ihrer stirnseitigen Oberfläche mit Niederhaltefedern beaufschlagt. Die Brennstabbüchsen (17) sind in radialer Ausdehnung zur Mitte derart begrenzt, daß in der Mitte des Einsatzkorbes (19) ein leerer quadratischer Mittelschacht (21) gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lagerbehälter der im Oberbegriff des Anspruches 1 bezeichneten Art. Ein derartiger Lagerbehälter — mit Ausnahme des Merkmals über den kreisförmigen Querschnitt — ist aus der DE-OS 32 22 822 bekannt.

Für den Transport und die Lagerung von bestrahlten Kernreaktorbrennelementen werden Abschirmtransport- und Lagerbehälter aus sphärolithischem Gußeisen oder Stahl benutzt. Der Innenraum der Behälter kann einen runden oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Behälter mit kreisförmigem Innenraum haben den Vorteil, daß sie einfacher gefertigt werden können und eine sehr gute Lagerraumausnutzung bieten. In diesen Lagerbehältern werden die bestrahlten Brennelemente in speziellen Einsatzkörben aufgenommen.

Kleben der Aufnahme von vollständigen Brennelementen ist es ebenfalls bekannt, die Brennelemente zu zerlegen und die vereinzelten Brennstäbe dieser Brennelemente in einen Lagerbehälter in dichter Packung einzugeben. Es ist dadurch eine wesentliche Platzersparnis möglich. In einem Lagerbehälter kann so eine größere Anzahl von Brennelementen untergebracht werden.

Nach der Lehre der DE-OS 32 22 822 werden die aus den Brennelementen ausgebauten Brennstäbe in dichter Packung in Büchsen eingefüllt, die geometrisch etwa einem Brennelement entsprechen. Die gefüllten Büchsen werden in die an sich für die Brennelemente ausgebildeten Aufnahmeschächte des Einsatzkorbes eingesetzt.

Aus der DE-OS 30 27 166 ist ein Transport- und Lagerbehälter mit kreisförmigem Querschnitt zur Aufnahme bestrahlter Brennelemente bekannt Für die Aufnahme der Brennelemente, die nicht in einzelne Brennstäbe zerlegt sind, sind quadratische Schächte vorgesehen, die kreisförmig in einem Einsatzkorb angeordnet sind. Ein weiteres Brennelement kann in einen quadratischen Schacht eingebracht werden, der sich in der Mitte des Einsatzkorbes befindet Dieser Mittelschacht ist stets für ein Brennelement, jedoch nicht für anderen radioaktiven Schrott vorgesehen, der mit den Brennelementen anfällt

Aus der DE-OS 28 28 138 ist ein Behälter für radioaktive Brennelemente bekannt, bei dem der Einsatzkorb über eine Druckplatte mit Niederhaltefedern nach unten gedrückt wird.
Ein wesentliches technisches Problem der Lagerung von vereinzelten Brennstäben in möglichst dichter Pakkung in einem Lagerbehälter stellt die Temperaturbeherrschung dieses Lagergebindes dar. Aufgrund der Nachzerfallswärme des radioaktiven Brennstoffes besteht die Möglichkeit, daß sich die Temperatur innerhalb des Gebindes unzulässig erhöht Die Wärmeabfuhr aus dem Inneren der Brennstabpackung bereitet Probleme. Dieses Wärmeabfuhrproblem kann daher zu Begrenzungen der Packungsdichte oder zu einer längeren vorherigen Abklingzeit der Brennelemente bis zum Einbringen in den Lagerbehälter führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Behälter der eingangs beschriebenen Art derart auszubilden, daß eine gute Wärmeabfuhr aus dem Lagergebinde erreicht und eine unzulässige Wärmebeeinträchtigung der Brennstäbe verhindert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Brennstabbüchsen im Einsatzkorb kreisförmig angeordnet sind, daß der Querschnitt der Brennstabbüchsen kreissegmentförmig ist, daß die Brennstabbüchsen auf ihren oberen Stirnflächen mit Niederhaltefedern beaufschlagt werden und daß die Brennstabbüchsen in radialer Ausdehnung zur Mitte derart ausgebildet sind, daß in der Mitte des Einsatzkorbes ein leerer quadratischer Schacht gebildet wird, der zur Aufnahme des bei der Vereinzelung der Brennstäbe anfallenden Schrotts dient.

Die kreissegmentförmige Ausbildung der jeweiligen Brennstabbüchse ergibt eine gute Anpassung an den runden Lagerraumquerschnitt. Die gebogenen Rückenflächen der Brennstabbüchsen liegen passend an der kreisförmigen Innenwand des Behälters und sorgen dadurch für einen guten Wärmeübergang zwischen Büchsen und Lagerbehälter. Durch die Niederhaltefedern wird die jeweilige Brennstabbüchse in achsparalleler Richtung gegen den Boden des Lagerbehälters gedrückt, so daß auch dort die gute Wärmeübertragung gewährleistet ist. Der in der Lagerraummitie eiiisiehende leere quadratische Schacht gibt die Möglichkeit, den bei der Vereinzelung der Brennstäbe anfallenden Schrott, d. h. die Abstandshalter und ähnliches, in der Mitte einzubringen. Dieses Strukturmaterial der zerlegten Brennelemente weist eine erheblich geringere Wärmeleistung als die Brennstäbe auf. Außerdem ist es un-

empfindlich gegen Wärmeeinfluß. Es kann ungeschützt Wärmeerhöhungen ertragen. Im Gegensatz dazu dürfen die bestrahlten Brennstäbe die genehmigungsbehördlich vorgeschriebenen Temperaturwerte nicht überschreiten, da ansonsten Leckagen entstehen könnten. Ein Entweichen von Spaltgasen oder anderen radioaktivem Inventar wäre die Folge.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird durch die im Anspruch 2 genannten Merkmale gekennzeichnet Die doppelwandigen Trennsegmente ergeben jeweils eings Hohlraum zwischen zwei nebeneinander angeordneten Brennstabbüchsen. Durch diese Aufteilung des kreisförmigen Lagerraumes können Brennstabbüchsen mit derselben Konfiguration eingesetzt werden. Dabei wird in vorteilhafter Weise jeweils eine Brennstabbüchse die Brennstäbe eines Brennelementes aufnehmen. Darüber hinaus ergeben die Hohlräume in den Trennsegmenten die Möglichkeit, neutroneriabsorbierende Stoffe oder wärmeleitende Stoffe einzubringen. Das wesentliche dieser Ausgestaltung der Erfindung wird darin gesehen, daß die Brennstabbüchsen gleiche Konfigurationen aufweisen können.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird in den Merkmalen des Unteranspruches 3 gekennzeichnet Die schrägen Führungsstege, die mit den schrägen Auflaufflächen im Einsatzkorb zusammenarbeiten, und die unteren Führungsflächen beheben ein möglicherweise vorhandenes Spiel zwischen den gebogenen Rückenflächen der Brennstabbüchsen und der kreisförmigen Innenwand des Lagerbehälters.

Durch die Erfindung wird ein Lagerbehälter zur Aufnahme von vereinzelten Brennstäben geschaffen, in den Brennstäbe eingelagert werden können, die eine höhere Nachwärmeleistung haben. Die Brennstäbe können daher nach der Herausnahme der Brennelemente aus dem Reaktorlagerbecken und ihrem Vereinzeln direkt in den für die Endlagerung vorgesehenen Behälter verbracht werden. Eine weitere Zwischenlagerung zum Abnehmen der Temperatur ist nicht notwendig.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt eines in einem Abschirmtransportbehälter angeordneten Endlagerbehälters, F i g. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in F i g. 1,

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines runden Einsatzkorbes mit kreissegmentförmigen Brennstabbüchsen,

Fig.4 eine Teildraufsicht auf die Anordnung einer Brennstabbüchse in ihrem Aufnahmeschacht eines Einsatzkorbes einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 5 eine geschnittene Ansicht der F i g. 4 gemäß Linie V-V,

F i g. 6 die in F i g. 5 dargestellte Brennstabbüchse in vollständig in den Einsatzkorb eingesetzter Lage.

Ein Endlagerbehälter 11 aus Stahl (F i g. 1 und 2) weist einen kreisförmigen Lagerraum 13 zur Aufnahme von einzelnen Brennstäben 15 einiger bestrahlter Kernreaktorbrennelemente auf. Die Brennstäbe 15 sind in vier kreissegmentförmige Brennstabbüchsen i7 dicht gepackt. Diese Büchsen 17 sind nach ihrem Beladen verschlossen. Die Brennstabbüchsen 17 sind in einem sich in dem kreisförmigen Lagerraum 13 befindlichen Einsatzkorb 19 eingesetzt. Dieser Einsatzkorb 19 weist im Querschnitt gesehen einen mittig angeordneten quadratischen Schacht 21 auf, von dessen Ecken diagonale Trennwände 23 zur Behälterinnenwand 24 des Lagerraumes 13 streben. Dadurch werden vier Aufnahmeschächte 25 gebildet, in denen sich die Brennstabbüchsen 17 befinden.

Die Brennstabbüchsen 17 sind kreissegmentförmig ausgebildet Ihre gegen die Behälterinnenwand 24 anliegenden Rückwände 27 sind jeweils bogenförmig ausgebildet Die Krümmung der Rückwände 27 entspricht der Krümmung der Behälterinnenwand 24. Die radial verlaufenden Seitenflächen 29 der Büchsen 17 liegen parallel zu den Trennwänden 23. Die nach innen abschließende Wand 31, die gitterförmig ausgebildet ist, jeder Brennstabbüchse 17 verläuft parallel zu der jeweiligen Seite des quadratischen Mittelschachtes 21.

Die Brennstabbüchsen 17 sind an ihrem Obergang von den radialen Seitenflächen 29 zu ihrer bogenförmigen Rückwand 27 abgeflacht ausgebildet
Jede Brennstabbüchse 17 kann die Brennstäbe von zwei zerlegten bestrahlten Kernreaktorbrenhelementen aufnehmen. Die Beladung wird im Liegen der Brennstabbüchse 17 vorgenommen. Die Brennstabbüchse 17 liegt dabei auf der Rückwand 27. Die gitterförmige Wand 31 ist noch nicht eingesetzt Über diesen offenen Bereich werden die Brennstäbe in die Brennstabbüchse 17 geladen. Die Wand 31 wird nach dem Beladen eingeschweißt

Die Beladeöffnung des Endlagerbehälters 11 ist mit einem stufenförmigen Deckel 33 (Fig. 1) verschlossen, der unter Einschluß einer hier nicht gezeigten Dichtung mit Schraubbolzen 35 auf einen entsprechenden Vorsprung 37 der Beladeöffnung geschraubt ist. Ober diesem aufgeschraubten Deckel 33 ist ein weiterer Verschlußdeckel 41 angeordnet, der in die Beladeöffnung eingesetzt und mit der Behälterwand 43 verschweißt ist. Der Endlagerbehälter 11 ist in der gezeigten Darstellung (F i g. 1 und 2) in einen Abschirmtransportbehälter 45 gesetzt. Die Beladeöffnung des Abschirmtransportbehälters 45 ist über einen aufgeschraubten Verschlußdeckel 47 gesichert In der Innenwand des Abschirmtransportbehälters 45 ist zur Neutronenabschirmung eine Polyethylenschicht 49 eingesetzt. Der Abschirmtransportbehälter 45 ist mit am Außenumfang befestigten Tragzapfen 51 versehen.

Die gefüllten Brennstabbüchsen 17 weisen auf ihren oberen Stirnseiten 53 jeweils einen Handhabungsklotz 55 auf, an den geeignete Hebezeuge angreifen können. Die oberen Stirnseiten 53 der Brennstabbüchsen 17 werden durch Niederhaltefedern 57 beaufschlagt, die sich an dem angeschraubten Deckel 33 abstützen,

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ist wie folgt.

Die vereinzelten Brennstäbe 15 werden in die segmentförmigen Brennstabbüchsen 17 eingebracht. Nach dem Beladen werden die Brennstabbüchseh 17 geschlossen. Über den Handhabungsklotz 55 werden die Brennstabbüchsen 17 erfaßt und in jeweils einen Aufnahmeschacht 25 des Einsatzkorbes 19 eingesetzt. Auf die obere Stirnseite 53 der Brennstabbüchsen 17 werden Niederhaltefedern 57 gelegt, die beim Anschrauben des ersten Verschlußdeckels 33 gegen die Brennstabbüchsen 17 pressen und dadurch ein ständiges Anliegen der Brennstabbüchsen 17 gegen den Behälterboden bewirken. Die Brennstabbüchsen 17 liegen mit ihren bogenförmigen Rückwänden 27 an der Behälterinnenwand 24 an. Eine gute Wärmeübertragung zum Behälterkörper ist gewährleistet.

Ip der Mitte des Lagerbehälters 11 wird der leere quadratische Mittelschacht 21 mit Brennelementstrukturteilen 63 gefüllt, die bei dem Zerlegen der Brennelemente separiert wurden. Dabei handelt es sich um die Kopf- und Fußstücke sowie die Abstandshalter mit den

Steuerstabführungsrohren. Die Brennelementstruktur- 15

teile sind kompaktiert. 17

In der F i g. 3 wird der Querschnitt eines kreisförmi- 19

gen Lagerraumes 71 eines Endlagerbehälter 73 einer 21

modifizierten Ausführung gezeigt. In dem Lagerraum 5 23

71 ist ein modifizierter Einsatzkorb 75 eingesetzt, der in 24

der Mitte des Lagerraumes 71 ebenfalls einen quadrati- 25

sehen Mittelschacht 77 aufweist. Dieser quadratische 27

Mittelschacht 77 wird durch von den Ecken ausgehen- 29

den Trennwandpaaren 78, 79 gehalten, die sich radial 10 31

gegen die Behälterinnenwand 81 abstützen. Die Trenn- 33

wände 78 und 79 je eines Paares sind durch eine bogen- 35

förmige Rückwand 83 miteinander verbunden. Von der 37

Mitte der Seitenflächen 85 des quadratischen Mittel- 41

Schachtes 77 verläuft ebenfalls jeweils ein Trennwand- 15 43

paar 87,89 zur Behälterinnenwand 81. deren Trennwän- 45

de 87 und 89 jeweils an ihren Enden von einer kurzen 47

Rückwand 91 miteinander verbunden sind. Die der Be- 49

hälterinnenwand 81 zugewandten Rückwände 83 und 91 51

der Trennwandpaare 78, 79 bzw. 87, 89 sind dabei bo- 20 53

genförmig ausgebildet. 55

Zwischen je einem Trennwandpaar 78, 79 einer Ecke 57

und einem Trennwandpaar 87,89 einer Seitenmitte mit 63

je eine kreissegmentförmige Brennstabbüchse 93 ange- 71

ordnet. Diese Brennstabbüchsen 93 weisen jeweils eine 25 73

bogenförmige Rückwand 95 auf. Die radialen Seitenflä- 75

chen 97 der Brennstabbüchsen 95 verlaufen parallel zu 77

den jeweils benachbarten Trennwänden der Trenn- 78

wandpaare 78,79 bzw. 87,89. Die innere Abschlußfläche 79

99 der Brennstabbüchsen 93 ist leicht gekrümmt ausge- 30 81

bildet. 83

In diesem in Fig.3 gezeigten Ausführungsbeispiel 85

sind acht Brennstabbüchsen 93 kreisförmig angeordnet. 87

Jede Brennstabbüchse 93 kann die Brennstäbe 101 eines 89

vereinzelten Brennelementes aufnehmen. Die Beladung 35 91

der Brennstabbüchsen dieser Ausführungsform ge- 93

schieht stirnseitig. Der Querschnitt der Brennstabbüch- 95

sen 93 ist in wünschenswerter Weise stets gleich ausge- 97

bildet, um das Verfahren zur stirnseitigen Beladung der 99

Brennstabbüchsen 93 nicht zu komplizieren und ohne 40 101

Abwandlungen durchführen zu können. Die obere 103

Stirnwand wird nach dem Beladen auf die jeweilige 93'

Brennstabbüchse 93 aufgeschweißt. 97'

Für eine nasse Beladung der Brennstabbüchsen 93, 105

d. h. eine Beladung unter Wasser ist im kreisförmigen 45 106

Lagerraum 81 ein Saugrohr 103 vorgesehen, um das 75'

Wasser nach der Beladung aus dem Behälter 73 entfer- 73'

nen zu können. 109

In den F i g. 4 bis 6 wird eine weitere Ausführungsform des Einsatzkorbes und der Brennstabbüchsen ge- 50
maß F i g. 3 gezeigt Gleiche Teile erhielten gleiche mit
einem Hochstrich versehene Bezugszeichen.

Auf den radialen Seitenflächen 79' jeder Brennstabbüchse 93' sind im oberen Bereich schräge Führungsstege 105 angebracht Diese oberen Führungsstege 105 55
wirken mit schrägen Aüflaufflächen 106 zusammen, die
in der jeweils benachbarten Trennwand eines Trennwandpaares 78', 79' bzw. 87', 89' des Einsatzkorbes 75'
eingebracht sind. Am unteren Ende des Einsatzkorbes
75' in der Nähe des Bodens des Lagerbehälters 73' sind 60
nach außen verlaufende schräge Führungsflächen 109
angebracht Die Führungsstege 105 und die Führungsflächen 109 sollen die Brennstabbüchsen 93' beim Einsetzen gegen die Behälterinnenwand 81' drücken.

Bezugszeichenliste

11 Endlagerbehälter

13 kreisförmiger Lagerraum

Brennstäbe Brennstabbüchsen Einsatzkorb quadratischer Mittelschacht diagonale Trennwände Behälterinnenwand Aufnahmeschächte bogenförmige Rückwände radiale Seitenflächen Gitterwände stufenförmiger Deckel Schraubbolzen Vorsprung Verschlußdeckel Behälterwand Abschirmtransportbehälter Verschlußdeckel Polyethylenschicht Tragzapfen obere Stirnseiten Handhabungsklotz Niederhaltefedern Brennelementstrukturteile kreisförmiger Lagerraum Endlagerbehälter Einsatzkorb quadratischer Mittelschacht Trennwand Trennwand Behälterinnenwand Rückwand Seitenflächen Trennwand Trennwand Rückwand Brennstabbüchse bogenförmige Rückwand radiale Seitenflächen innere Abschlußfläche Brennstäbe Saugrohr Brennstabbüchse radiale Seitenfläche schräge Führungsstege schräge Aüflaufflächen Einsatzkorb Lagerbehälter Führungsflächen

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lagerbehälter zur Aufnahme von Brennstäben zerlegter, bestrahlter Kernreaktorbrennelemente, mit einem Lagerraum kreisförmigen Querschnitts, in dem ein die in Büchsen gefüllten Brennstäbe aufnehmender Einsatzkorb angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die einzelnen Brennstabbüchsen (17,93,93') im Einsatzkorb (19, 75, 75') kreisförmig angeordnet sind,

daß der Querschnitt der Brennstabbüchsen (17, 93, 93') kreissegmentförmig ist,

daß die Brennstabbüchsen (17,93,93') auf ihren oberen Stirnflächen mit Niederhaltefedern (57) beaufschlagt werden, und

daß die Brennstabbüchsen (17, 93, 93') in radialer Ausdehnung zur Mitte derart ausgebildet sind, daß in der Mitte des Einsatzkorbes (19,75,75') ein leerer quadratischer Schacht (21,77) gebildet wird, der zur Aufnahme des bei der Vereinzelung der Brennstäbe anfallenden Schrotts dient.

2. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einem quadratischen Mittelschacht (77) versehene Einsatzkorb (75) von diesem Mittelschacht (77) zur Behälterinnenwand (81) verlaufende Trennwände (78,79; 87,89) aufweist, die jeweils paarweise ein Trennsegment (87,89 bzw. 78, 79) bilden, und daß zwischen zwei Trennsegmenten (78, 79 und 87, 89) ein Aufnahmeschacht für eine Brennstabbüchse (93) gebildet wird.

3. Lagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstabbüchsen (93') auf ihren radialen Seitenflächen (97') im oberen Bereich schräge Führungsstege (105) aufweisen, die mit entsprechenden schrägen Auflaufflächen (106) in den benachbarten Trennwänden des Einsatzkorbes (75') zusammenwirken, und daß am3oden außen des Mittelschachts (77) Führungsflächen (109) angeordnet sind, die die Brennstabbüchsen (93') nach außen drücken.