DE3529312A1

DE3529312A1 - Verfahren zum enthuellen bzw. auseinandernehmen von bestrahlten kernbrennstoffelementen

Info

Publication number: DE3529312A1
Application number: DE19853529312
Authority: DE
Inventors: James Shaw Blackburn Lancashire Burns; Brian Edwin St. Annes Lancashire Meredith
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1986-03-06
Also published as: FR2569490A1; GB2165688A; FR2569490B1; GB8519186D0; GB2165688B

Description

85 026 Kü/u

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11 Charles II Street, London SWlY 4QP / England

ANR: 1005693

VNR: 106836

Für diese Anmeldung werden die Prioritäten aus den britischen Patentanmeldungen Nr. 8421219 vom 21. August 1984 und 8428751 vom 14. November 1984 beansprucht.

Verfahren zum Enthüllen bzw. Auseinandernehmen von bestrahlten Kernbrennstoffelementen

Die Erfindung bezieht sich auf das Enthüllen bzw. Auseinandernehmen von bestrahlten Kernbrennstoffelementen nach einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patenten- * Spruchs 1. ₍

Um die Menge von Konstruktionsmaterial auf ein Mindestmaß herabzusetzen, das in die Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff eingeführt wird, mittels welcher das Uran und das Plutonium im Brennstoff für die Wiederverwendung herausgezogen und die Spaltprodukte zur Lagerung abgetrennt werden, ist es ratsam, bei jedem Brennstoffelement den sechseckigen Mantel und die Quergitter von den Brennstoffstäben zu trennen, so daß nur die Brennstoffstäbe, in passende Stücke zerschnitten, als Ausgangsmaterial an der Wiederaufbereitungsanlage verwendet werden, wobei der Mantel und die Gitter aufgegeben und als radioaktiver Abfall gelagert werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, den Mantel ringsum so aufzuschneiden, daß ein erster Teil, der abgenommen werden kann, und ein zweiter Teil erzeugt werden,

der die Brennstoffstäbe enthält,die nachfolgend aus dem zwei ten Teil genommen werden können. Es wurde außerdem bereits vorgeschlagen, solche Gitter, wenn sie am ersten Teil des Mantels befestigt sind, mit dem ersten Teil zu entfernen. Bei dem Vorschlag wurde einem zentralen Umfangsschnitt der Vorzug gegeben, und der Schnitt mußte durch Schnittwerkzeuge ausgeführt werden.

Es gibt praktische Bedenken gegen solche Vorschläge insofern, als es schwierig ist, das Brennstabbündel so zu greifen, daß das Bündel von dem Mantel teil stück, welches die Stäbe umschließt, schnell genug zu trennen ist, damit den Erfordernissen des Durchsatzes einer wirtschaftlichen Anlage nachgekommen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg des Enthüllens bzw. Auseinandernehmens sowie Mittel zur Durchführung anzugeben, die den vorgeschilderten Nachteilen nicht oder weniger unterliegen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Auseinandernehmen eines bestrahlten Kernbrennstoffelementes geschaffen, bei dem eine Schub- oder Druckkraft auf das Brennstoffbündel ausgeübt wird, um dieses Bündel relativ zum Außenmantel zu verschieben.

Einem zweiten Auspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zum Enthüllen bzw. Auseinandernehmen eines bestrahlten Kernbrennstoffelementes geschaffen, das die Verfahrensschritte des Aufschneidens des Außenmantels umfaßt, um diesen in zwei axiale Teile an einer Stelle zwischen den Enden des Brennstabbündels zu trennen, wobei das Brennstabbündel vom einen Ende des Mantels mindestens teilweise durch den einen Mantelteil, der sich von der genannten Stelle in Richtung auf das eine Ende des Brennstabbündels erstreckt, geschoben bzw. gedrückt wird.

Vorzugsweise werden die Gitter ebenfalls in Längsrichtung des einen Mantelteils so geschoben, daß sie sich als Stapel in der Nähe der genannten Stelle sammeln. Die gestapelten Gitter können von den Brennstoffstäben dadurch getrennt werden, daß letztere an Teilen der Brenn-· stoffstäbe, die keinen Brennstoff tragen, abgeschnitten werden, und zwar entweder dann, während die gestapelten Gitter sich noch innerhalb des einen Mantelteils befinden, oder nach dem völligen Herausschieben der Gitter und des Brennstabbündels aus diesem einen Mantelteil.

Das Auseinandernehmen kann dadurch durchgeführt werden, daß der Außenmantel in Umfangsrichtung etwa in der Mitte aufgeschnitten wird,und zwar insbesondere in dem Bereich, wo die Brennstoffstäbe während der Bestrahlung innerhalb des Reaktorkerns eine maximale Schwellung erfahren haben, daß der obere Teil des Mantels zusammen mit jenen Gittern, die diesem zugeordnet sind, entfernt wird und daß dann der übrige Teil des Mantels ortsfest gehalten wird und eine Stößel einrichtung auf das Brennstabbündel angesetzt wird, um dieses mindestens teilweise aus dem übrigen Teil des Mantels herauszustoßen und zur gleichen Zeit ein Stapeln jener Gitter zu bewirken, die diesem übrigen Mantelteil zugeordnet sind, wobei letzterer von den Stäben durch beispielsweise Abschneiden der Stäbe entfernt wird. Das Abschneiden kann durch Laser erfolgen.

Bei einer bevorzugten Anwendung hat ein Stößel zum Schieben, wie oben dargelegt, eine sechseckige Platte mit ausgeschnittenen Ecken, um sich den Stützfüßen der Quergitter anzupassen und dadurch der Platte die Möglichkeit zu geben,über diese Füße zu gleiten, wobei die Verwendung zum Enthüllen das Festklemmen des genannten übrigen Teils des Mantels umfaßt, wobei anfänglich mit der Platte das untere Quergitter des Brennstabbündels in Berührung gebracht wird, wobei dann der Stößel betätigt wird, um das Brennstabbündel in Längsrichtung in diesem übrigen Teil zu drükken, wobei in Aufeinanderfolge die Gitter so abgebrochen

werden, daß sie sich am Ende des Brennstabbündels sammeln, und zusammen mit dem ersten Gitter einen Stapel bilden, der in der Nähe des unteren Endes des Brennstabbündels angeordnet ist. Die Bauteilgruppe von Gittern und Stäben kann völlig aus dem übrigen Teil des Mantels herausgestoßen werden, und schließlich kann der Gitterstapel von den Stäben durch Abschneiden der letzteren entfernt werden. Alternativ kann die Bauteilgruppe geschoben werden, bis Abschnitte, die keinen Brennstoff tragen, z.B. die VoI "!material -stücke der Stäbe, über das eine Ende des unteren Mantel teilstücks hinausragen, wobei in diesem Falle die Stäbe an den Abschnitten desselben, die keinen Brennstoff tragen, abgeschnitten werden können, um den Gitterstapel innerhalb des unteren Mantel teil Stücks zu belassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Abänderungsformen sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines typischen Brennstoffelementes der genannten Gattung und

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht im Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1.

Nach Fig. 1 weist ein Kernreaktor-Brennstoffelement der genannten Gattung ein oberes Ende 2 für die Brennelementhandhabung, ein unteres Ende 3 zur Lokalisierung mit einer Vielzahl ähnlicher Brennelemente in den Brennelement-Stützmitteln des Reaktors (nicht dargestellt) und für den Eintritt von Flüssigmetal1-Kühlmittel in das Innere desselben und der anderen Brennelemente, wobei ein sechseckiger Außenmantel 4 eine Vielzahl von Brennstoffstäben 5 (von denen nur einer der Klarheit wegen dargestellt ist) und eine Vielzahl von im Abstand voneinander angeordneten Halte- und Lo- kaiisierungs-Quergittern6 für die Stäbe 5 enthält. Das obere und das untere Gitter sind Stützgitter und werden

T R mit 6 bzw. 6 bezeichnet. Jedes Zwischengitter 6 ist eir

Abstands- und Lokalisierungsgitter, und jedes Gitter 6 hat Füße 6¹ zur winkligen und axialen Lokalisierung.

Nach der Bestrahlung im Kernreaktor und nach der Herausnähme aus diesem ist es notwendig, das Brennstoffelement 1 zu enthüllen bzw. auseinanderzunehmen. Insbesondere -- und dies mit Fernhandhabung -- werden der Außenmantel 4 und die Gitter 6 von den Brennstoffstäben 5 getrennt, die dann zerschnitten und der Auflösungsstufe der Wiederaufbereitungsanlage zugeführt werden. Das Trennen des Mantels und der Gitter von den Brennstoffstäben soll nunmehr beschrieben werden.

Nach Fig. 1 wird ein erster querverlaufender Laserschnitt durch den sechseckigen Außenmantel 4 und die Füße

B 1

des unteren Haltegitters 6 an einer Stelle L durchgeführt. Ein zweiter querverlaufender Laserschnitt durch den Mantel 4 wird an einer Stelle L ausgeführt, die als etwa die Stelle der maximalen Stabschwellung als Folge der Bestrahlung angesehen wird. Dasjenige Teilstück des Mantels rechts von der Stelle L (wie in Fig. 1 gesehen) wird festgehalten, und das Teilstück des Mantels des Brennstoffele-

2
mentes zur Linken der Stelle L wird vom festgehaltenen Teilstück weggezogen, wobei das obere Ende 2, das obere Haltegitter 6 , einige der Gitter 6 und deren Gitterfüße 6' mitgerissen werden, aber die Brennstoffstäbe 5 im festgehaltenen Teilstück verbleiben.

Als nächstes wird das festgehaltene Teilstück des Man-

tels durch Laser an einer Stelle L quergeschnitten, wobei dieser Schnitt ebenfalls dazu dient, das untere Haltegitter 6 freizugeben und die Stabenden sowie das erste Gitter 6, das auch gleichzeitig das Niederhaltegitter für die Brennstoffstäbe ist, freizulegen. Ein Stößel mit einer sechseckigen Druckplatte mit Eckausnehmungen, die ihm die Möglichkeit geben, über die Gitterfüße 6¹ zu gleiten, wird nunmehr an den freigelegten Enden der Brennstoffstäbe 5 und an dem

ersten Gitter 6 angesetzt, wobei der Stößel betätigt wird, um dieses Gitter wegzubrechen und dieses sowie die Stäbe axial zum unteren Mantel teil stück zu verschieben. Anfänglich werden nur die Stäbe und das erste Sitter verschoben, da die Stäbe relativ frei über die übrigen Gitter gleiten, und zwar infolge der Querschnittverjüngung der Stäbe von der Stelle der maximalen, strahlungsbedingten Schwellung weg.

Eine weitere Betätigung des Stößels bringt das erste Gitter in Berührung mit dem nächsten, wobei die Gitter 6 veranlaßt werden, von ihrer Befestigung am Mantel 4 einzeln nacheinander loszubrechen und schließlich am unteren Ende des Stabbündels gestapelt und gesammelt zu werden, wobei die weggeschnittenen Ecken der sechseckigen Stoßplatte die Platte in die Lage versetzt, entlang den Gitterfüßen 6¹ zu gleiten. Die Stäbe und Gitter werden somit aus dem Mantel 4 herausgedrückt, wobei letzterer entfernt und dem Lager für radioaktiven Abfall zugesandt wird.

Schließlich wird der Stapel von Gittern durch querverlaufendes Laserschneiden durch den unteren Endbereich der Brennstoffstäbe entfernt, d.h. durch jenen Bereich, der als "Vollabschnitt" (plenum section) bezeichnet wird und nicht durch Brennstoff besetzt ist. Die Brennstoffstäbe 5 sind nunmehr soweit, daß sie die Abschneidestufe und danach die Auflösungsstufe der Wiederaufbereitungsanlage passieren. Alternativ kann der Drück- oder Schiebe-Vorgang unterbrochen werden, sobald die VoI1 abschnitte der Stäbe beginnen, aus dem Mantel herauszutreten. Die mit Brennstoff belegten Teilstücke der Stäbe können dann abgeteilt werden, wobei sie die Gitter und die Vollabschnitte innerhalb des Mantels zur Deponierung im Abfal!speicher verlassen. In einigen Fällen kann es vorgezogen werden, ein Unterbrechen der inneren Integrität

der Brennstoffstäbe, d.h. wenn sie durch ihre Vollabschnitte durchgeschnitten werden, zu vermeiden. Dafür gibt es eine Reihe von Möglichkeiten. Beispielsweise können die Stäbe aus den gestapelten Gittern dadurch herausgezogen werden, daß sie einzeln oder in Gruppen aus den gestapelten Gittern gezogen werden, oder sie können außer Eingriff mit den Gittern dadurch geschoben werden, daß sie relativ zu den Gittern mittels Schiebestäben verlagert werden, und zwar entweder mit den Gittern, die sich noch innerhalb des unteren Mantel teil Stücks befinden, oder nachdem die Gitter aus dem unteren Mantel teil stück herausgestoßen worden sind.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Enthüllen bzw. Auseinandernehmen eines bestrahlten Kernbrennstoffelementes, insbesondere eines solchen, das in einem durch flüssiges Metall gekühlten Schnei 1brüter-Kernreaktor verwendet wird und einen sechseckigen Außenmantel aufweist, der eine Vielzahl von Kernbrennstoffstäben enthält, die in beabstandeten Quergittern abgestützt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schubkraft auf das Brennstabbündel ausgeübt wird, um eine Verschiebung des Bündels relativ zum Außenmantel zu bewirken.
2. Verfahren zum Enthüllten bzw. Auseinandernehmen eines bestrahlten Kernbrennstoffelementes, einschließlich des Schneidens des Außenmantels, um diesen in zwei axiale Teile an einer Stelle zwischen den Enden des Brennstabbündels aufzutrennen, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennstabbündel vom einen Ende des Mantels zumindest teilweise durch den einen Mantelteil, der sich von der genannten Stelle zum einen Ende des Brennstabbündels erstreckt, ge-

20 schoben bzw. gedrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter ebenfalls in Längsrichtung des einen Mantelteils so gedruckt werden, daß sie sich als ein Stapel in der Nähe der genannten Trennstelle sammeln.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Drücken oder Schieben ausgeführt wird, bis das Brennstoffstabbündel über die gestapelten Gitter hinaus vorragt, und zwar so weit, daß nur noch Teile der Brennstoff-

stäbe, die keinen Brennstoff tragen, noch innerhalb der gestapelten Gitter in Eingriff bleiben.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffstäbe anschließend von den gestapelten Gittern getrennt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen ausgeführt wird, während die gestapelten Gitter sich noch innerhalb des einen Mantelteils befinden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe von Brennstabbündel und gestapelten Gittern aus dem einen Mantelteil herausgedrückt und die Trennung danach ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Trennens das Schneiden der Stäbe an Teilen, die keinen Brennstoff tragen und über die gestapelten Gitter hinausragen, umfaßt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile, die keinen Brennstoff tragen, die vollen Abschnitte der Brennstäbe umfaßt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Trennens ausgeführt wird, ohne die innere Integrität der Brennstoffstäbe zu brechen.
11. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt des Trennens das Verschieben der Brennstoffstäbe relativ zu den gestapelten Gittern, bis sie außer Eingriff mit den Gittern gelangen, umfaßt.