DE3935645A1 - Verfahren und anordnung zum entsorgen von stabfoermigen radioaktiven kernbauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anord­ nung zum Entsorgen von stabförmigen radioaktiven Kernbauteilen, die unter Wasser zerkleinert und in einem Sammelbehälter gelagert werden.

Beim Betrieb von Kernkraftwerken mit einem wasser­ führenden Druckbehälter ist es notwendig, in zeitli­ chen Abständen Bauteile zum Zwecke ihrer Überprüfung und ihres Austausches unter Wasser auszubauen, da verschiedene Bauteile einem Verschleiß unterliegen und nach Erreichen einer vorhersehbaren Lebensdauer ausgewechselt werden müssen. Dazu zählen insbeson­ dere Brennelemente, die im wesentlichen bestehen aus mit Hüllrohren versehenen Brennstäben sowie Kästen, welche eine Vielzahl von Brennstäben umschließen, damit Kühlwasser die Brennstäbe umströmen kann.

Diese einzelnen Brennelemente sind in ihrer Stellung durch Gitter gesichert und lassen sich mit einem Ge­ rät aus dem Reaktorkern herausziehen. Dazu gehören auch sogenannte Regelstäbe, die im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet sind und höhenverstellbar zwischen Brennelementen stehen. Da diese Bauteile beim Betrieb des Kernkraftwerkes einem starken Neu­ tronenbeschuß ausgesetzt sind, sind sie bei ihrer Entnahme aus dem Kern des Reaktors strahlungsaktiv.

Mit Rücksicht auf die hohe Radioaktivität der dem Reaktorkern entnommenen Bauteile werden diese nach ihrer Entnahme in einem Lagerbecken unter Wasser ge­ lagert, damit die kurzlebigen Isotopen abklingen und die Dosisleistung reduziert wird. Diese Lagerung er­ folgt in einem Lagerbecken, das sich im Kernreaktor befindet und kann sich über mehrere Jahre hinweg er­ strecken. Im Hinblick auf die begrenzten Lagerkapa­ zitäten unter Wasser in einem Kraftwerk ist es üb­ lich, einzelne radioaktive bereits gelagerte Bau­ teile einer Entsorgung zuzuführen durch eine Einla­ gerung in strahlensicheren Behältern, die aus dem Kraftwerk zu entfernen sind. Eine derartige externe Lagerung in Sammelbehältern setzt jedoch eine vor­ ausgehende Zerkleinerung der zu entsorgenden Bau­ teile voraus, die in der Regel eine Länge von mehr als 4 m haben. Eine solche Zerkleinerung der Bau­ teile erfolgt bekannterweise unter Wasser unmittel­ bar im Lagerbecken, wo auch die zerkleinerten Bau­ teile in einen Sammelbehälter eingegeben werden, der danach für eine Endlagerung geschlossen dem Lagerbe­ cken entnommen wird. Dafür müssen Werkzeuge und Vor­ richtungen zur Verfügung stehen, die für die Zer­ kleinerung von Bauteilen unter Wasser im Lagerbecken fern zu bedienen sind.

Die Zerkleinerung beispielsweise eines Kastens mit einer Länge von etwa 4,3 m und einer Kantenlänge von etwa 14 cm bei einer Wandstärke von etwa 3 mm, der aus einer Zirkon-Legierung besteht, erfolgt bekann­ terweise dadurch, daß der Kasten zunächst mit einem Greifer aus einem Lagergestell im Becken herausgezo­ gen wird, wobei er unter Wasser verbleibt, da die Becken in der Regel eine Tiefe von mehr als 10 m ha­ ben. Anschließend wird der Kasten von oben her in eine offene Schere abgesenkt, damit fortlaufend seine unteren Ränder abgetrennt werden können. Ober­ halb der Schere wird der Kasten mit einem Preßbalken flach gedrückt und von diesem festgehalten bei Betä­ tigung der Schere. Die dabei abgeschnittenen Teilab­ schnitte fallen in einen Sammelbehälter.

Das bekannte Verfahren ist jedoch insoweit unvoll­ kommen, als es zu einer Verschmutzung des Wassers im Lagerbehänter mit radioaktiven Stoffen führt. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, daß die Oberflächen von verbrauchten Kernbauteilen mit einer anhaftenden Korrosionsschicht bedeckt sind, die zu einem großen Teil beim Deformieren und Ab­ scheren des Bauteiles abplatzt und sich in Form kleiner Einzelteile im Lagerwasser verteilt. Hinzu kommt, daß die für die Kästen verwendeten Bleche aus Zirkon-Legierung die Eigenschaft haben, unter Neu­ tronenbeschuß währendder Benutzung des Bauteiles im Reaktorkern zu verspröden und dadurch zu der Bildung von Splittern beim Deformieren und Abscheren des Ka­ stens führen. Da sich bei dem bekannten Verfahren die für die Zerlegung verwendeten Werkzeuge sowie die zu zerlegenden Bauteile frei im umgebenden Was­ ser befinden, gelangen große Anteile von abplatzen­ den Korrosionsschichten und abgesplitterten Teilchen unkontrolliert in das Wasser des Lagerbeckens, in dem sie sich ale Schwebetoffe verteilen oder außer­ halb des vorgesehenen Sammelbehälters auf dem Boden des Lagerbeckens ablagern. Darüber hinaus können die radioaktiven Teilchen bei einer entsprechenden Feinheit der Partikel in das Reinigungssystem für das Beckenwasser gelangen und beispielsweise zu ei­ ner Verschmutzung der Filter führen. Die Entsorgung von Bauteilen eines Kernreaktors unter Wasser nach bekannten Verfahren ist demzufolge außergewöhnlich aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen für die Entsorgung von ra­ dioaktiven Bauteilen unter Wasser in einem Lagerbek­ ken, das weniger aufwendig ist infolge einer ver­ minderten Verschmutzung des Wassers vom Lagerbecken bei einer Zerkleinerung von Bauteilen in Einzelteile und ihrer Lagerung.

Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß ein Bauteil durch einen Schacht in ein Gehäuse einge­ führt wird, in dem es mit Scheren in Einzelteile zerkleinert wird, die in einen unter dem Gehäuse stehenden Sammelbehälter abgegeben werden. Bei die­ sem Verfahren und der entsprechenden Anordnung wird sichergestellt, daß durch die Zerlegung der Bauteile innerhalb eines abgekapselten Gehäuses alle Absplit­ terungen und beim Deformieren sowie Zerlegen eines Bauteiles anfallenden Kleinteilchen zwangsläufig in den Sammelbehälter gelangen, so daß durch diese Teilchen nicht das Wasser des Lagerbeckens und der Boden verschmutzt werden. Dabei kann das Wasser im Inneren des Gehäuses fortlaufend umgewälzt und ge­ sondert gefiltert werden, so daß auch die für die Zerkleinerung zum Einsatz kommenden Werkzeuge fort­ laufend saubergehalten werden. Dafür können Pumpen vorgesehen werden, die fortlaufend sogenanntes Sperrwasser in das Gehäuse einleiten, so daß eine fortlaufende Durchströmung des Gehäuses von oben nach unten gewährleistet ist. Unabhängig davon ist es möglich, aus dem Gehäuse fortlaufend über ein Saugrohr verschmutztes Wasser einem Filter zuzufüh­ ren, in dem eine Abscheidung radioaktiver Verunrei­ nigungen erfolgt vor einer Rückleitung in das Wasser des Lagerbeckens.

Die Zuführung eines Bauteiles in das Gehäuse kann unter Verwendung einer Trägerstange erfolgen, die ein Greiferwerkzeug aufweist, mit dem ein Bauelement aus dem Lagergestell nach oben herauszuziehen ist und über den Schacht zu bringen ist, in dem das Bau­ teil danach abgesenkt wird, wobei die Zustellung in das Gehäuse vorzugsweise taktweise entsprechend den Arbeitsschritten der Schere und der Pressen erfolgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und sind nachstehend an einem Ausfüh­ rungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Lagerbecken mit der Anordnung zum Ent­ sorgen;

Fig. 2 das Gehäuse mit Sammelbehälter teilweise im Schnitt;

Fig. 3 das Gehäuse mit Werkzeugen und Sammelbehäl­ ter in der Draufsicht;

Fig. 4 ein Bauteil mit Trägerstab und Antrieb in vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 die Anordnung von Fig. 4 in der Drauf­ sicht;

Fig. 6 einen Antriebsmotor in der Seitenansicht;

Fig. 7 den Motor von Fig. 6 in der Draufsicht;

Fig. 8 ein Pressenantrieb in der Seitenansicht;

Fig. 9 der Antrieb von Fig. 8 in der Draufsicht und

Fig. 10 der Antrieb von Fig. 8 in der Vorderan­ sicht und

Fig. 11 ein Köcher mit Fenster in der Seitenan­ sicht.

Gemäß Fig. 1 sind für die Entsorgung radioaktiver, stabförmiger Bauteile 6, die als Kästen ausgebildet sind mit einer Länge von über 4 m, diese Bauteile 6 in einem Lagergestell 8 zwischengelagert, das auf dem Boden 4 eines mit Wasser gefüllten Lagerbeckens 2 steht.

Die Entsorgung erfolgt durch eine Zerkleinerung der Bauteile 6 unter Verwendung von Pressen 22 zum De­ formieren und Scheren 24 zum Abtrennen von Kleintei­ len, die in einen Sammelbehälter 26 abzugeben sind. Dafür wird ein einzelner, kastenförmiger Bauteil 6 mit einer rohrförmigen Trägerstange 10 aus dem La­ gergestell 8 herausgezogen unter Anwendung eines Greifers 12, der sich am unteren Ende der Träger­ stange befindet und mit einem Antrieb 14 zu betäti­ gen ist. Dieser Antrieb 14 für den Greifer 12 ist wie auch die übrigen nachstehend noch beschriebenen Antriebe mit Rücksicht auf etwaige Störfälle bei Un­ terwasserbetrieb zusätzlich mit einem Handantrieb 15 versehen.

Nach der Entnahme eines Bauteiles 6 aus dem Gehäuse 8 wird das Bauteil über einen Schacht 18 versetzt, der von dem Gehäuse 20 getragen ist und in dem Schacht nach unten abgesenkt über den Antrieb 16 der Trägerstange 10, der dafür mit einem Antriebsrad 17 versehen ist und so ausgebildet ist, daß die Ab­ wärtsbewegung des Bauteiles 6 taktweise entsprechend der Arbeitsgeschwindigkeit der Pressen 22 und 24 er­ folgt.

Unterhalb des Gehäuses 20 befindet sich eine Trans­ portbahn 28 mit einem Antrieb 30 für die Förderung von Sammelbehältern 26 unter das Gehäuse 20 für die Aufnahme von Kleinteilen und in die in Fig. 1 in gestrichelten Linien wiedergegebene Bereitschafts­ stellung. Dieser Antrieb 30 ist ebenfalls vorsorg­ lich mit einem Handantrieb 31 versehen gemäß Figur 2.

Unterhalb der Scheren 24 ist an das Gehäuse eine Saugleitung 34 angeschlossen, die zu einem Filter 32 führt, von dem ein weiteres Fallrohr 36 zum Ge­ häuse 20 führt.

Weiterhin ist gemäß Fig. 2 das Gehäuse 20 mit Pum­ pen 26 versehen, mit denen Sperrwasser aus dem La­ gerbecken 2 über die Führungen für die Pressen 22 und Scheren 24 in das Zentrum des Gehäuses 20 einge­ leitet werden kann, durch das eine zusätzliche Ver­ schmutzung der Führungen der Werkzeuge verhindert wird und eine fortlaufende Durchströmung des Gehäu­ ses 20 von oben nach unten sichergestellt wird. Die Umwälzgeschwindigkeit des Wassers wird dabei so ge­ wählt, daß bei entsprechender Einstellung der Saug­ leistung des Filters 32 nur feinste Partikel in den Filterkreislauf bzw. in den Filter 32 gelangen und alle größeren Teilchen in Folge ihres Schwergewich­ tes in den untenstehenden Sammelbehälter 26 abge­ führt werden.

Der Filter 32 besitzt ein Wechselsystem für Filter­ patronen, bei dem verschmutzte Filterpatronen gegen unverbrauchte Filter ausgetauscht werden können. Um durch die verschmutzten Filterpatronen das Wasser im Lagerbecken 2 nicht zusätzlich zu belasten, kön­ nen die Filterpatronen durch das Fallrohr 36 unmit­ telbar in den Sammelbehälter 26 abgeführt werden, so daß damit auch die allerfeinsten Korrosionsparti­ kelchen, die vom Filter abgeschieden wurden in den Sammelbehälter zum Zwecke einer Endlagerung und Ent­ lastung des Wassers vom Lagerbecken gelangen.

Der Fig. 2 ist weiterhin zu entnehmen, daß ein ka­ stenförmiger Bauteil 6 durch radial zu der Mitte des Gehäuses 20 ausgerichtete Pressen 22 zunächst zu ei­ nem Blechband 23 verformt wird, welches danach mit­ tels der beiden Schermesser 24 in Kleinteile zu zer­ legen ist. Die Größe dieser Kleinteile ist einstell­ bar durch einen höhenverstellbaren Schnittlängen­ anschlag 50 unterhalb der Schermesser 24.

Um die Arbeiten fortlaufend überwachen zu können, sind gemäß Fig. 2 Köcher 42 mit endseitig angeord­ neten Trichtern 44 vorgesehen, deren Boden als Fen­ ster 94 (Fig. 11) ausgebildet sind. Weitere Mög­ lichkeiten der Überwachung ergeben sich aus Stel­ lungsanzeigen 56, mit denen die Führungen 48 für die Pressen und Scheren versehen sind sowie die Sammel­ behälter 26. Diese Stellungsanzeigen wirken zusammen mit ortsfesten Anzeigen und dienen Kontrollzwecken.

Das Gehäuse steht auf Stützbeinen 54 in einer Höhe, die es erlaubt, einen Sammelbehälter 26 nach seiner Einfahrt in die Aufnahmestellung mit einer Hebeein­ richtung 52 anzuheben und an die bodenseitige Öff­ nung des Gehäuses anzukuppeln.

Wie bereits vorstehend dargestellt, sind die An­ triebe für die Trägerstange 10, ihren Greifer 12 so­ wie ihren Schwenkarm 60 (Fig. 4) und das Transport­ band 28 so ausgebildet, daß sie bei Betriebsstörun­ gen durch eine Handbetätigung beispielsweise die Stange 15 für den Greifer oder die Stange 64 für den Antrieb der Trägerstange 10 ersetzt werden können. Darüber hinaus sind jedoch entsprechend den Fig. 6 bis 10 Vorsorgemaßnahmen getroffen, um die An­ triebsmotoren unter Wasser leicht austauschen zu können wie auch die hydraulischen Antriebe für die Pressen 22 und Scheren 24. Dafür sind entsprechend Fig. 6 und 7 Motore 16 mit seitlich vorstehenden, augenförmigen Führungen 70 versehen, die auf Zapfen 72 gelagert sind, so daß ein Motor 16 durch Anheben an einem Bügel 68 aus seiner Lagerung herausgezogen werden kann und damit seine Antriebswelle 74 frei kommt.

Die hydraulischen Antriebe für die Pressen und Sche­ ren sind entsprechend Fig. 8, 9 und 10 in Gehäusen 78 gelagert, die einen nach oben offenen Schlitz 80 aufweisen, so daß sie aus ihren Halterungen zum Zwecke eines Austausches nach oben herauszuziehen sind.

Die Fig. 11 schließlich zeigt einen Köcher 42 für die Aufnahme einer Kamera oder eines Scheinwerfers, dessen Boden als Fenster 94 ausgebildet ist, das sich durch einen fern zu bedienenden Wischer 96 mit Wischerantrieb 98 reinigen läßt.

Der etwa rohrförmige Köcher 42 ist im übrigen mit Durchlässen 92 für Wasser zum Zwecke der Kühlung versehen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Entsorgen von stabförmigen radioak­ tiven Kernbauteilen, die unter Wasser zerkleinert und in einem Sammelbehälter gelagert werden, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (6) durch einen Schacht (18) in ein Gehäuse (20) eingeführt wird, in dem es mit Scheren (24) in Einzelteile zerkleinert wird, die in einen unter dem Gehäuse (20) stehenden Sammelbehälter (26) abgegeben wer­ den.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bauteil (6) an einer Trägerstange (16) angehängt wird, die über dem Schacht (18) abgesenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zustellung des Bauteiles (6) in das Gehäuse (20) taktweise erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bauteil (6) vor dem Zerschneiden durch Pressen (22) deformiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß beim Zerkleinern des Bauteiles (6) mit Pumpen (46) Sperrwasser in das Gehäuse (20) eingeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Zerkleinern des Bauteiles (6) un­ terhalb der Zerkleinerungswerkzeuge wie Fressen und Scheren (22, 24), Wasser in einen Filter (32) abgeleitet wird.

7. Anordnung zum Entsorgen von stabförmigen radioak­ tiven Bauteilen unter Wasser in einem Lagerbecken mit einer Schere zum Zerkleinern des Bauteiles in Einzelteile, die in einem Sammelbehälter ge­ sammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schere (24) in einem auf dem Boden (4) des Lager­ beckens (2) stehenden Gehäuse (20) angeordnet ist, das auf seiner Oberseite einen Schacht (18) für die Zuführung des Bauteiles (6) trägt und auf seiner Unterseite mit einer Öffnung versehen ist für die Abgabe der Einzelteile in einen darunter stehenden Sammelbehälter (26).

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Gehäuse (20) über der Schere (24) Pressen (22) zum Deformieren des Bauteiles (6) angeordnet sind.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß für die Halterung des Bauteiles (6) eine mit einem Greifwerkzeug (12) versehene Träger­ stange (10) vorgesehen ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Trägerstange (10) mit einem Antrieb (16) für ihre Höhenverstellung und einem Antrieb (62) für ihre seitliche Verstellung versehen ist.

11. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pressen (22) und Scheren (24) radial zu der Mitte des Gehäuses (20) ausgerichtet sind.

12. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Gehäuse (20) ein einstellbarer Schnittlängenanschlag (50) angeordnet ist.

13. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (20) mit Pumpen (46) für die Zuführung von Sperrwasser in die Pressen (22) und Scheren (24) versehen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß an das Gehäuse (20) unterhalb der Schere (24) eine Saugleitung (34) für einen Filter (32) angeschlossen ist.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß der Filter (32) durch ein Fallrohr (36) mit dem Gehäuse (20) verbunden ist.

16. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (20) über einem Transport­ band (28) für einen Auffangbehälter (26) steht, das mit einem Antrieb (30) versehen ist.

17. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Antriebe (14, 16, 22, 24, 30, 62) für Steuerungen der Trägerstange (10) sowie Pres­ sen (22) und Scheren (24) durch Fernbedienung un­ ter Wasser auswechselbar gelagert sind.

18. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (20) mit Fenstern (94) und Kameras (90) versehen ist.

19. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pressen (22), Scheren (24) und Sam­ melbehälter (26) mit Stellungsanzeigen (56) ver­ sehen sind.