DE60025298T2

DE60025298T2 - Absorberstab, Vorrichtung zum Einführen einer Gruppe Brennstäbe in einem abgebrannten Brennstabbündel, Behälter und Verfahren zum Transport und zur Lagerung von abgebrannten Brennstabbündeln

Info

Publication number: DE60025298T2
Application number: DE60025298T
Authority: DE
Inventors: Kobe Shipyard & Machin. Works Kiichiro Hyogo-ku Kobe Sakashita; Takasago Research & Dev. Center Tomohiro Takasago Itoh; Kobe Shipyard & Machin. Works Katsunari Hyogo-ku Kobe Ohsono; Kobe Shipyard & Machin. Works Suguru Hyogo-ku Kobe Hode
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-11-01
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-10-25
Also published as: ES2254099T3; KR20010060217A; EP1096507A1; ATE315270T1; EP1096507B1; DE60025298D1; US6891914B1; JP2001133588A; JP3297412B2

Description

Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Absorptions-Stab, der eine Neutronenabsorptionsfähigkeit aufweist und der in ein Führungsrohr für einen Steuerstab einer Anordnung für gebrauchte Brennelemente eingeführt werden soll, eine Einführungsvorrichtung zum Einführen des Absorptions-Stabs in das Führungsrohr für einen Steuerstab, einen Behälter zum Enthalten, Befördern und Speichern der gebrauchten Brennelemente sowie ein Förder- und Speicherverfahren für Anordnungen von gebrauchten Brennelementen.
Hintergrund der Erfindung
Verbrauchte und nicht länger in einem abschließenden Zustand des Brennstoffzyklus verwendbare Brennstoffanordnungen werden abgebrannte Brennelemente genannt. Abgebrannte Brennelemente enthalten Spaltprodukte und andere hochradioaktive Substanzen und müssen thermisch abgekühlt werden und somit werden diese für eine spezifische Zeitdauer in einer Abkühlgrube in einem Kernkraftwerk abgekühlt. Anschließend werden sie in einen Abschirmcontainer, der Behälter (cask) genannt wird, transferiert und zu einer Wiederaufbereitungsanlage oder zu einer Speichereinrichtung mittels eines Lastwagens oder Schiffs befördert und gespeichert. Beim Transferieren der abgebrannten Brennelemente in dem Behälter wird ein Halteelement, welches einen Gitterabschnitt aufweist, verwendet. Jedes der gebrauchten Brennelemente wird in jede der Zellen, die als Vielzahl von Speicherorten in dem Korb ausgebildet sind, eingeführt und eine angemessene Haltefestigkeit zum Widerstehen gegen Vibrationen während des Transports wird sichergestellt.
Verschiedene Typen von Behältern werden in Publikationen so wie „Atomic Eye" (Nikkan Kogyo Shuppan Production, 1. April 1998) und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-242725 offenbart.
13 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Behälters. 14 ist eine Schnittansicht in radialer Richtung des in 13 gezeigten Behälters. Ein Behälter 500 ist aus einem Hüllen-Hauptkörper 501, einem Harz 502, der ein Neutronenschild ist, der am äußeren Umfang des Hüllen-Hauptkörpers 501 vorgesehen ist, dessen äußeren Rohr 503, dem Boden 504 sowie dem Deckel 505 zusammengesetzt. Der Hüllen-Hauptkörper 501 sowie der Boden 504 sind geschmiedete Kohlenstoffstahl-Teile, die Gammastrahlen-Abschirmmaterialien sind. Der Deckel 505 ist aus einem Hauptdeckel 506 sowie einem Nebendeckel 507, die aus Edelstahl oder dergleichen erzeugt sind, zusammengesetzt. Der Hüllen-Hauptkörper 501 sowie der Boden 504 sind mittels Stoßschweißens miteinander verbunden. Der Hauptdeckel 506 sowie der Nebendeckel 507 sind mittels Edelstahl-Bolzen am Hüllen-Hauptkörper 501 fixiert. Ein metallischer O-Ring ist zwischen dem Deckel 505 und dem Hüllen-Hauptkörper 501 eingesetzt und das Innere wird luftdicht verschlossen.
Eine Vielzahl von inneren Rippen 508 ist zwischen dem Hüllen-Hauptkörper 501 und dem äußeren Rohr 503 für die Wärmeleitung vorgesehen. Die inneren Rippen 508 sind aus Kupfer gefertigt, um die Effizienz der Wärme-Leitung zu erhöhen. Der Harz 502 wird in fluidem Zustand in den Raum eingespritzt, der von den inneren Rippen 508 ausgebildet wird und erstarrt durch eine wärmeaushärtende Reaktion oder dergleichen. Ein Korb 509 ist ein gebündelter Aufbau von 69 quadratischen Röhren 510, wie dies in 14 gezeigt ist, und wird in einen Hohlraum 511 in dem Hüllen-Hauptkörper 501 eingeführt.
Die quadratischen Röhren 510 sind aus einer Aluminiumlegierung erzeugt, die ein Neutronen absorbierendes Material (Bor: B) derart vermischt hat, dass die eingeführten abgebrannten Brennelemente nicht die kritische Masse erreichen können. Zu beiden Seiten des Behälter-Hauptkörpers 512 ist darüber hinaus ein Zapfen 513 (nur einer ist gezeigt) zum Aufhängen des Behälters 500 vorgesehen. An beiden Enden des Behälter-Hauptkörpers 512 sind Puffermaterialien 514, die Holz oder andere Schock absorbierende Materialien umfassen, vorgesehen (nur eine Seite ist gezeigt). Das Bezugszeichen 515 ist eine Zelle zur Aufnahme der abgebrannten Brennelemente.
Ein Reaktor des Leichtwassertyps wird in einen Siedewasserreaktor (BWR) sowie einen Druckwasserreaktor (PWR) unterteilt. Der Behälter 500 ist der Behälter zum Speichern der abgebrannten Brennelemente, die in Siedewasserreaktoren verwendet werden. Der Aufbau des Brennelements für einen BWR ist in 15 gezeigt. Das Brennelement für einen BWR weist vier Kanal-Boxen 601 auf, die in einem Gitter angeordnet sind, und ein kreuzförmiger Steuerstab 608 ist im Zentralbereich platziert und die Reaktivität der Brennelemente 603 wird durch die vertikale Bewegung des Steuerstabs 608 gesteuert.
Eine Brennstoff-Unterbaugruppe 600 weist 8 × 8 Brennelemente 603 auf, die in einem Gitter angeordnet sind. Jedes Brennelement 603 ist eine lange Stange von etwa 4 m. Ein Stützgitter 607 ist zur Abstützung der Brennelemente 603 vorgesehen. In jedem Brennelement 603 ist eine Vielzahl von säulenförmigen Pellets 631, die durch Sintern von Pulver aus Uranoxid ausgebildet wurden, als Brennstoff in eine zylindrische Verkleidungsröhre 633 eingeführt, die aus einer Zirkoniumlegierung zusammengesetzt ist, und durch eine Feder 632, die in den oberen Teil der Verkleidungsröhre 633 eingeführt wurde, gehalten wird. Ein Handgriff 610 wird zum Anheben und Ablassen des Brennelements 600 verwendet. Das in die Zelle 515 dieses Behälters 500 eingeführte abgebrannte Brennelement ist ein Brennelement für einen BWR 600, der in 15 gezeigt ist.
Im Gegensatz hierzu wird das in 16 gezeigte Brennelement in einem PWR verwendet. In diesem Brennelement für einen PWR 700 sind die Steuerungsstäbe 708 geeignet unter den Brennstäben 703 verteilt und die Brennstäbe 703 und die Steuerungsstäbe 708 sind in der Form eines Gitters von 17 × 17 angeordnet. In diesem 17 × 17 Brennelement 700 ist ein Messrohr im Zentrum angeordnet und 24 Steuerungsstäbe 708 sind verteilt.
Die Reaktivität des Kerns kann durch Auf- oder Abbewegung des Steuerungsstabs 708 gesteuert werden. Jeder Brennstab 703 ist eine lange Stange von etwa 4 m Länge, genauso wie der Brennstab 603 für den BWR, und somit wird ein Stützgitter 707 zum Abstützen des Brennstabs 703 vorgesehen. In jedem Brennstab 703 sind eine Vielzahl von Pellets 731 in eine zylindrische Verkleidungsröhre 733 eingeführt, die aus einer Zirkoniumlegierung zusammengesetzt ist, und werden durch eine Feder 732 gehalten, die in den oberen Teil der Verkleidungsröhre 733 eingeführt wurde. In diesem Behälter sind 69 Einheiten abgebrannter Brennelemente in der Zelle enthalten.
17 ist eine radial geschnittene Ansicht des Behälters für einen PWR. Wie in 17 gezeigt enthält ein Hohlraum 811 des Behälters 800 für den PWR einen Korb 809, der eine Zelle 815 mit rechtwinkligem Querschnitt durch abwechselndes Kombinieren von Platten 817, die sich in radialer Richtung erstrecken, ausbildet. Jede Platte 817 ist aus einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt, die Bor als Neutronen absorbierendes Material vermischt hat, genauso wie dies bei den quadratischen Röhren 510 für den BWR der Fall ist.
Jedoch weist jede Platte 817 ein Durchgangsloch eines Kühlwasserdurchgangs 816 auf, der sich in axialer Richtung erstreckt und als Wasserzone bekannt ist, und wenn die abgebrannten Brennelemente abgekühlt werden, werden jede Korbzelle und dieses Durchgangsloch mit Wasser befüllt, um die Neutronen zu zügeln, so dass die Neutronen effizient durch die Platten 817 und den Harz 802 absorbiert werden können. Das den Kühlwasser-Durchgang 816 zu füllende Wasser wird nach einer bestimmten Abkühlperiode abgelassen und der Durchgang wird getrocknet.
Dieser Kühlwasser-Durchgang 816 ist erforderlich, da der Uran-Anreichungsfaktor des Brennelements für einen PWR höher als der des Brennelements für einen BWR ist, die Uran-Belademenge pro Brennelement größer ist, der Querschnitt des Brennelements größer und somit die Reaktivität im System, welches diese Elemente anordnet, höher ist. Die in 17 gezeigte Distanz dd ist so gewählt, dass sie den unterkritischen Zustand des abgebrannten Brennelements gewährleistet. Die Distanz dd für den PWR ist in einem PWR erforderlicherweise länger als die Distanz für einen BWR. Die Zellen 815 sind nicht in einem Gitter angeordnet, sondern weichen in ihrer Position ab, was aus dem Grund gemacht wird, die abgebrannten Brennelemente für einen PWR, die einen breiteren Querschnittsbereich verglichen mit den abgebrannten Brennelementen für einen BWR aufweisen, effizient in dem Hohlraum 811 anzuordnen.
In den oben erwähnten abgebrannten Brennelementen für einen PWR werden die im Gitter angeordneten und innerhalb der Brennstäbe 703 verteilten Steuerungsstäbe 708 herausgezogen und die abgebrannten Brennelemente 700, aus denen die Steuerungsstäbe 703 herausgezogen wurden, werden in den Zellen 815, die durch den Korb 809 in dem Behälter 800 ausgeformt sind, eingeführt und gespeichert.
Daher sind die durch die herausgezogenen Steuerungsstäbe 708 oder den nicht gezeigten Messstab hinterlassenen Freiräume in den abgebrannten Brennelementen tote Räume und es wird gewünscht, diese Räume effizient zu nutzen.
Darüber hinaus ist erforderlich, dass die Platten oder quadratischen Röhren zum Ausbilden des Korbs für einen PWR den Kühlwasser-Durchgang 816 ausbilden und die Bildung der Platten oder quadratischen Röhren ist komplizierter als die Bildung der Platten oder quadratischen Räume für einen BWR und dies erfordert mehr Zeit und Arbeit.
Daneben ist der Querschnittsbereich der abgebrannten Brennelemente für einen PWR rechteckig und breit und ebenso wird ein Kühlwasser-Durchgang 816 benötigt und somit ist die Lagerungseffizienz der abgebrannten Brennelemente in dem Behälter schlecht.
Die JP 61111493 beschreibt eine Vorrichtung zum Tragen und Speichern von Kernbrennstoff für Kern-Reaktoren, in denen die Steuerungsstäbe aus den Führungsrohren für einen Steuerstab herausgenommen werden und mit Neutronenabsorptionsmitteln befüllte Stangen anstelle der Steuerungsstangen in die Rohre eingeführt werden. Anschließend ist das Brennelement dazu bereit, getragen und gespeichert zu werden.
Die JP 04248499 beschreibt Neutronenabsorptions-Stangen, die als röhrenförmig geformte Verkleidungsrohre ausgestaltet sind, die in Steuerungsstangen-Führungen eingeführt werden sollen.
Die Neutronenabsorptionsmittel gemäß der JP 54028996 werden in die Führungsrohre in einem Brennelement derart eingeführt, dass viele Brennelemente innerhalb eines kleinen Speicherbeckens gespeichert werden können.
Die Neutronen-Absorptionselemente gemäß der JP 07020278 werden in das Kauschrohr eines Brennelements eingeführt. Diese Neutronen-Absorptionselemente werden derart abgesichert, dass sie nicht aus dem Kauschrohr herausfallen können.
Ein Verschiffungs-Korb für abgebrannten Kernbrennstoff wird in der US 5,373,540 offenbart. Eine Vielzahl von Kreuzformen erstreckt sich in der Längenrichtung der Hülle des Korbs. Diese Kreuzformen werden aus einem Neutronenabsorptionsmaterial mit guten Wärmetransfer-Eigenschaften ausgebildet. Als Beispiel können diese Kreuzformen aus borierter Aluminiumlegierung geformt sein, können jedoch ebenso beispielsweise aus boriertem Kupfer ausgebildet sein.
Die EP 0 372 551 A2 beschreibt Neutronenabsorptionsstangen, die dazu geeignet sind, in ein abgebranntes Brennelement eingeführt zu werden. Nach der Einführung werden diese Neutronenabsorber oder Giftstangen mittels eines Sperrelements gegen Entfernung verriegelt. Das in der EP 0 372 551 A2 beschriebene Brennelement ist von einem Typ, der üblicherweise in Druckwasserreaktoren verwendet wird. Die Absorptionsstangen sind für die Einführung in ein Führungsrohr für einen Steuerstab geeignet.
Die FR 2 751 118 A1 offenbart ein Neutronenabsorptionselement, das dazu geeignet ist, in die Hülle für einen Steuerungsstab eingepasst zu werden. Die Neutronenabsorptionsstange enthält Absorptionsmaterial in der Form von Pulver oder Pellets. Alternativ wird ein zylindrisches Metallrohr mit einer Neutronenabsorptionsbeschichtung beschichtet, die vorzugsweise aus Bor oder einer Bor-Mischung besteht. Die Metallstange selbst kann aus Stahl, Aluminium oder Kupfer gebildet werden. Gemäß dem beanspruchten Verfahren des Transportierens und der Lagerung von abgebrannten Brennelementen werden die Steuerungsstäbe durch die Neutronenabsorptionselemente ersetzt, die dazu geeignet sind, in die Führungsrohre für die Steuerungsstäbe eingepasst zu werden. Die FR 2 751 118 A1 stellt den nächstkommenden Stand der Technik dar.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, sowohl die Neutronenabsorptions-Kapazität als auch die Ausnutzung des Behälterraums zu maximieren.
Dieses Ziel wird durch eine Absorptionsstange mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 3 gelöst. Anspruch 5 beschreibt eine Einführungsvorrichtung und Anspruch 7 bezieht sich auf ein Beförderungs- und Speicherverfahren.
Bevorzugte Ausführungsformen folgen aus den abhängigen Ansprüchen.
Der Absorptions-Stab gemäß einem Aspekt dieser Erfindung weist nahezu die gleiche Form wie die Form eines säulenförmigen Steuerungsstabs für einen PWR auf. Darüber hinaus weist der Absorptions-Stab die Eignung auf, Neutronen abzuschirmen. Da der Absorptions-Stab nahezu die gleiche Form wie die Form des säulenförmigen Steuerungsstabs für einen PWR hat, kann dieser Absorptions-Stab in das Führungsrohr für einen Steuerungs-Stab von abgebrannten Brennelementen oder das Führungsrohr für einen Steuerungs-Stab inklusive des Messrohrs eingeführt werden.
Der Absorptions-Stab gemäß einem anderen Aspekt dieser Erfindung ist aus einem Aluminium-Verbundmaterial oder einer Aluminiumlegierung erzeugt, die durch Hinzufügen von Pulver aus Bor oder einer Bor-Mischung, die ein Neutronen-Absorptions-Verhalten aufweist, zu Aluminium oder einem Aluminiumlegierungspulver ausgeformt wird. Da der Absorptions-Stab aus einem derartigen Material gefertigt ist, wird er nicht durch kleinere Schocks während des Transports beschädigt. Infolgedessen ist es möglich, die Neutronen-Absorptions-Eignung auch während des Transports aufrecht zu erhalten. Beispielsweise ist dies deutlich sicherer und daher bevorzugter als ein Absorptions-Stab, der einen Aufbau aufweist, bei dem Bor-Pulver in das Innere einer Röhre eingefüllt wird.
Der Behälter gemäß noch eines anderen Aspekts dieser Erfindung umfasst eine Absorptions-Stab-Gruppe, die nahezu die gleiche Form wie die Form eines säulenförmigen Steuerungsstabs für einen PWR aufweist. Darüber hinaus weist die Absorptions-Stab-Gruppe die Eignung auf, die Neutronen abzuschirmen. Die abgebrannten Brennelemente werden in dem Behälter gespeichert. Dementsprechend kann die Anzahl von den abgebrannten Brennelementen abgestrahlten Neutronen abgesenkt werden. Darüber hinaus kann der Raum zwischen den abgebrannten Brennelementen verkürzt werden.
Die Einführungsvorrichtung gemäß noch eines anderen Aspekts dieser Erfindung umfasst eine Positions-Detektionseinheit, die die Distanz zwischen einer Durchgangsloch-Gruppe des Führungselements und der Führungsrohr-Gruppe für den Steuerungsstab der abgebrannten Brennelemente detektiert, und deren relative Positionen werden dementsprechend eingestellt. Darüber hinaus wird der Block aus Absorptionsstangen so abgesenkt, dass die Gruppe aus Durchgangslöchern als Führungsloch agiert und die Gruppe aus langen Absorptionsstangen kann sicher in das Führungsrohr für den Steuerungsstab oder das Führungsrohr für den Steuerungsstab inklusive des Messrohrs eingeführt werden.
Das Beförderungs- und Speicherverfahren für abgebrannte Brennelemente gemäß noch einem anderen Aspekt dieser Erfindung umfasst einen Schritt des Einführens einer Gruppe von Absorptions-Stäben mit nahezu der gleichen Form wie die Form eines säulenförmigen Steuerungs-Stabs für einen PWR, der bei der Reaktivitäts-Steuerung eines Kerns in einem Reaktor verwendet wird und eine Neutronen-Abschirmeignung aufweist, in eine Gruppe von Führungsrohren für den Steuerungsstab inklusive eines Messrohrs für abgebrannte Brennelemente für einen PWR. Darüber hinaus werden die abgebrannten Brennelemente für einen PWR in einem Zustand befördert und gespeichert, in dem die Absorptions-Stab-Gruppe eingeführt ist. Dementsprechend kann die Distanz zwischen den abgebrannten Brennelementen verkürzt werden.
Andere Ziele und Merkmale dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau eines abgebrannten Brennelements für einen PWR zeigt.
2 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Absorptionsstab-Blocks zeigt, der in das abgebrannte Brennelement eingeführt werden soll und welches ebenso erläutert, wie der Absorptionsstab-Block in das abgebrannte Brennelement eingeführt wird.
3 ist eine Draufsicht auf das abgebrannte Brennelement.
4 ist eine Schnittansicht des Abstützgitters entlang der Linie A-A.
5 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines Brennstabs zeigt.
6 ist eine Schnittansicht in radialer Richtung, die den Aufbau eines Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer Einführungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine Schnittansicht einer unteren Endplatte entlang der Linie B-B.
Die 9A bis 9C sind Beispiele der fotografierten Bilder eines Eckabschnitts eines Stutzengehäuses.
10 ist ein Diagramm, welches die Einführungsvorrichtung direkt nach der Vervollständigung des Einführens zeigt.
11 ist ein Diagramm, welches den Aufbau eines abgebrannten Brennelements nach der Vervollständigung des Einführens sowie den Aufbau einer Hängevorrichtung zeigt.
12 ist ein schematisches Diagramm, welches die Speicherkonfiguration der abgebrannten Brennelemente in einem Speicherbecken zeigt.
13 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Aufbau eines Behälters für einen BWR zeigt.
14 ist eine geschnittene Ansicht in radialer Richtung, die den Aufbau des in 13 gezeigten Behälters zeigt.
15 ist ein Diagramm, welches einen Aufbau eines Brennelements für einen BWR zeigt.
16 ist ein Diagramm, welches einen Aufbau eines Brennelements für einen PWR zeigt.
17 ist eine geschnittene Ansicht in radialer Richtung, die den Aufbau eines konventionellen Behälters für einen PWR zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen des Absorptions-Stabs, der Einführungsvorrichtung (Vorrichtung zur Einführung des Absorptions-Stabs), des Behälters sowie des Verfahrens zum Befördern und Speichern der abgebrannten Brennelemente gemäß der Erfindung werden im Folgenden detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Jedoch ist die Erfindung nicht nur auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Ein mit der Erfindung übereinstimmendes abgebranntes Brennelement wird zuerst erläutert. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine generelle Ansicht eines abgebrannten Brennelements für einen PWR zeigt. Wie in 1 gezeigt, ist das Brennelement 1, welches ein abgebranntes Brennelement ist, als Gitter ausgebildet, welches Brennstäbe 4, Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie ein Messrohr 6 bündelt, die in dem Matrixabschnitt von 14 × 14 angeordnet sind. Diese Matrixanordnung wird durch Stützgitter 7 abgestützt, die an geeigneten Positionen in Längsrichtung der Brennstäbe 4, Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie der Messrohre 6 vorgesehen sind. Die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie die Messrohre 6 werden von einem oberen Stutzen 2 und einem unteren Stutzen 3 abgestützt.
Dies bedeutet, dass die Führungsrohre 5 für den Steuerungsstab sowie die Messrohre 6 in zylindrischer Form vorliegen und durch Durchgangslöcher zwischen dem oberen Stutzen 2 und dem unteren Stutzen 3, die in Übereinstimmung mit den Matrix-Anordnungs-Positionen der Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie der Messrohre 6 vorgesehen sind, gehalten werden. In den Führungsrohren 5 für den Steuerungs-Stab werden Steuerungs-Stäbe, die eine Neutronen-Absorptionseignung aufweisen, in den Reaktor eingeführt und die Reaktivität des Kerns wird durch die Anzahl und die Tiefe des Einführens der Steuerungs-Stäbe gesteuert. Die Führungsrohre 5 für den Steuerungsstab sind über die Matrixanordnung verteilt. In die Messrohre 6 werden in der Zeichnung nicht dargestellte Messrohre periodisch in den Reaktor zur Messung der Temperatur sowie der Strahlungsdosis eingeführt und die Information für das Kern-Management wird erhalten. Jedoch werden die in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab eingeführten Steuerungs-Stäbe herausgezogen, wenn als abgebranntes Brennelement gespeichert, und ähnlich werden die Messstäbe aus den Messrohren 6 herausgezogen.
Dementsprechend werden viele Absorptions-Stäbe 11, die die gleiche säulenförmige Form wie die Steuerungs-Stäbe aufweisen, und Messstäbe, die in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und die Messrohre 6 eingeführt werden sollen und eine Neutronen-Absorptionseignung aufweisen, neu vorbereitet und diese Absorptions-Stäbe werden in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und die Messrohre 6 des Brennelements 1 eingeführt. Ein Ende jedes Absorptions-Stabs 11 ist mit einer Endplatte 12 verbunden, die ein rechteckiges Plattenelement ist, welches von der oberen Öffnung des oberen Stutzens 2 in das Innere eingeführt werden soll, und das andere Ende ist kegelförmig ausgeformt, so dass es leicht in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie die Messrohre 6 eingeführt werden kann.
Die Länge des Absorptions-Stabs 11 ist lang genug, um die effektive Länge des Brennelements zu umfassen. Der Radius des Absorptions-Stabs 11 ist kleiner als der Innendurchmesser des Führungsrohrs 5 für den Steuerungs-Stab sowie des Messrohrs 6 und es wird bevorzugt, dass dieser so eng wie möglich mit dem Innendurchmesser des Führungsrohrs 5 für den Steuerungs-Stab sowie des Messrohrs 6 übereinstimmt, jedoch ist ein gewisser Abstand in Anbetracht der Länge von etwa 4 m erforderlich.
3 ist eine Draufsicht auf das in 2 gezeigte Brennelement. Der obere Stutzen 2, der in 3 gezeigt ist, korrespondiert mit der Matrixanordnung, in der die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie die Messrohre 6 angeordnet sind. Dabei liegen eine Vielzahl von Durchgangslöchern für die Leichtwasser-Durchgänge 21 in dem Reaktor vor. Der Absorptions-Stab 11 tritt durch das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab sowie das Messrohr 6 hindurch.
4 ist eine entlang der Linie A-A geschnittene Ansicht eines Abstützgitters 7 des Brennelements 1, welches in 2 gezeigt ist. Das Abstützgitter 7 stützt den Gitterzustand von 14 × 14 ab, der aus Brennstäben 4, Führungsrohren 5 für den Steuerungs-Stab sowie einem Messrohr 6 besteht. Die Absorptions-Stäbe 11 treten durch die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab sowie das Messrohr 6 des in 4 gezeigten Abstützgitters 7 hindurch.
Daher ist die in 2 gezeigte Endplatte 12 mit dem Absorptions-Stab 11 derart verbunden, dass der Absorptions-Stab 11 in dem in das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab und das Messrohr 6 eingeführten Zustand gehalten werden kann. Durch Verwendung eines Absorptionsstab-Blocks 10, der durch miteinander Verbinden einer Vielzahl von Absorptions-Stäben 11 und Endplatten 12 ausgebildet ist, kann chargenweise eine Vielzahl von Absorptions-Stäben 11 in die Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab sowie das Messrohr 6 eingeführt werden. Alternativ können anstelle der Verbindung der Absorptions-Stäbe 11 durch die Verwendung von Endplatten 12 die Absorptions-Stäbe 11 auch einzeln in die Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab sowie die Messrohre 6 eingeführt werden. Jedoch ist es leichter, die Absorptions-Stäbe 11 unter Verwendung des Absorptionsstab-Blocks 10 zu halten, wenn das Brennelement 1 in das die Absorptions-Stäbe 11 eingeführt sind, befördert wird.
5 ist eine Vorderansicht des Brennstabs 4. In 5 werden eine Vielzahl von Brennstoffpellets 31 in ein zylindrisches Verkleidungsrohr 33 eingeführt, welches aus einer Zirkoniumlegierung zusammengesetzt ist, und die Pellets 31 werden mittels einer Feder 32 gehalten, die in den oberen Teil des Verkleidungsrohrs 33 eingeführt ist. Das abgebrannte Brennelement ist hauptsächlich aus den oben erwähnten Brennstäben zusammengesetzt.
Der Absorptions-Stab 11 ist aus einem Aluminium-Verbundmaterial oder einer Aluminiumlegierung zusammengesetzt, die durch Hinzufügen eines Pulvers von Bor oder einer Bor-Mischung, welche eine Neutronen-Absorptions-Eignung aufweist, zu einem Pulver aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet, und sie ist so gestaltet, dass sie den kritischen Zustand nicht von dem Inneren des abgebrannten Brennelements erreicht.
Das folgende Material kann vorzugsweise als Aluminium-Verbundmaterial verwendet werden. Zusätzlich zum Hinzufügen des Pulvers von Bor oder Bor-Mischung zu dem Aluminium-Verbundmaterial können dritte Partikel von Oxiden hinzugefügt werden. Dementsprechend wird ein mechanisches Legieren durchgeführt und die Festigkeit des Materials kann angehoben werden. Um dies zu erzielen werden ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Pulver als Matrixmaterial, Bor oder eine Bor-Mischung als Neutronenabsorber sowie dritte Partikel als Oxide, Nitrate, Karbide, Boride in einer Attriter-Pfanne vermischt.
Die Menge dieser dritten Partikel sollte vorzugsweise größer als 0,1 Gew.-% und geringer als 30 Gew.-% sein. Solch eine Menge wird bevorzugt, da wenn die Menge geringer als 0,1 Gew.-% ist, kein großer Effekt auf die Verfestigung des Materials vorliegt. Auf der anderen Seite sinkt dann, wenn die Menge größer als 30 Gew.-% ist, die Eigenschaft des Materials zu expandieren, ab. Darüber hinaus wird bevorzugt, dass die Durchmesser der dritten Partikel in der Aluminiummatrix größer als 0,01 μm und geringer als 10 μm sind. Material, das einen Durchmesser von kleiner als 0,01 μm aufweist, ist sehr kostenintensiv und schwierig zu erhalten. Auf der anderen Seite steuert Material mit einem Durchmesser von größer als 10 μm nicht sehr zur Verfestigung des Materials bei.
Die Menge an Bor oder Bor-Mischung sollte vorzugsweise größer als 1 Gew.-% und geringer als 20 Gew.-% sein. Solch eine Menge wird bevorzugt, da wenn die Menge geringer als 1 Gew.-% ist, diese nicht die Neutronen ausreichend absorbiert. Auf der anderen Seite sinkt dann, wenn die Menge größer als 20 Gew.-% ist, die Eigenschaft des Materials zu expandieren ab. Darüber hinaus wird bevorzugt, dass der Durchmesser des Bors oder der Bor-Mischung größer als 0,01 μm und geringer als 100 μm ist. Material mit einem Durchmesser gering als 0,01 μm ist sehr kostspielig. Auf der anderen Seite senkt Material mit einem Durchmesser größer als 100 μm die Festigkeit ab.
Darüber hinaus kann jedes Material, welches die Eigenschaft aufweist, Neutronen zu absorbieren, anstelle des Bors oder der Bor-Mischung verwendet werden.
D.h., das Cd, Hf oder seltene Erdeelemente, die einen größeren Neutronen absorbierenden Querschnitt aufweisen, verwendet werden können. Beispielsweise wird Bor oder eine Bor-Mischung im Falle eines BWR verwendet, jedoch wird eine Ag-In-Cd-Mischung im Falle eines PWR verwendet. In der Ag-In-Cd-Mischung ist es üblich, dass die In mit 15 Gew.-% und Cd mit 5 Gew.-% vorliegt. Darüber hinaus können Karbide so wie Eu, Sm, Gd verwendet werden.
Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, MgO, TiO₂, Cr₂O₃ können als Oxide in den dritten Partikeln verwendet werden. Si₃N₄ und BN sind die Beispiele von Nitraten, die verwendet werden können. SiC, WC, Cr₂C₃ sind die Bespiele der Karbide und ZrBr₂ ist das Beispiel des Borids, das verwendet werden kann. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, nur die hierin erwähnten dritten Partikel zu verwenden. Jedes Material kann gemäß diesem Erfordernis verwendet werden.
Das nachfolgend angegebene Material kann Aluminium- oder Aluminium-Legierungs-Pulver verwendet werden. D.h. reines Aluminium (JIS 1xxx), Al-Cu Aluminium-Mischung (JIS 2xxx), Aö-Mg Aluminium-Mischung (JIS 5xxx), Al-Mg-Si Aluminium-Mischung (JIS 6xxx), Al-Zn-Mg Aluminium-Mischung (JIS 7xxx) und eine Al-Fe Aluminium-Mischung (Fe-Gehalt zwischen 1 bis 10 Gew.-%). Drüber hinaus kann ebenso eine Al-Mn Aluminium-Mischung (JIS 3xxx) verwendet werden. Das zu verwendende Material kann abhängig von der erforderlichen Festigkeit, Expansion, Bearbeitungseignung und Temperatur-Widerstands-Fähigkeit ausgewählt werden.
Ein durch schnelle Erstarrung erhaltenes Pulver weist eine gleichmäßige und feine Zusammensetzung auf. Solch ein Pulver kann als Aluminium- oder Aluminiumlegierungs-Pulver verwendet werden. Bekannte Verfahren so wie das Einheits-Walzverfahren, Doppelwalz-Verfahren, Zerstäubungsverfahren so wie die Luft-Zerstäubung oder Gas-Zerstäubung können verwendet werden, um schnell erstarrte Pulver zu erhalten. Es wird bevorzugt, dass die Partikel der erhaltenen Aluminium- oder Aluminium-Legierungs-Pulver einen Durchmesser von 5 bis 150 μm aufweisen.
Wenn der Durchmesser geringer als 5 μm ist, kommen die Partikel zusammen und bilden eine Masse aus. Darüber ist es, wenn der Durchmesser geringer als 5 μm ist, schwierig, die Zerstäubungs-Verfahren anzuwenden (es ist erforderlich, die winzigen Pulver zu trennen und die Kosten steigen an). Auf der anderen Seite besteht, wenn der Durchmesser größer als 150 μm ist, wiederum eine Beschränkung der Verwendung des Zerstäubungsverfahren und es wird schwierig, das Material mit den winzigen Zusatzpartikeln zu vermischen. Der am meisten bevorzugte Durchmesser ist 50 bis 120 μm. Die Abkühlgeschwindigkeit sollte oberhalb 120°C/Sekunde liegen.
Ganz besonders bevorzugt sollte die Abkühlgeschwindigkeit oberhalb von 103°C/Sekunde liegen.
Auf der anderen Seite weist Bor oder eine Bor-Mischung eine Eigenschaft auf, dass es eine große Eignung aufweist, schnelle Neutronen zu absorbieren. B₄C, B₂O₃ können in der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Aus diesen beiden weist BaC den größeren Bor-Gehalt pro Gewichtseinheit auf. Daher kann BaC mehr Neutronen mit geringerer Menge absorbieren. Darüber hinaus weist BaC eine größere Härte auf und wird daher bevorzugt.
Es wurde oben erwähnt, dass die dritten Partikel Oxide, Nitrate, Karbide und Boride sind. Jedoch können Partikel anders als diese hinzugefügt werden. Beispielsweise können Zr oder Ti hinzugefügt werden, um so die Festigkeit zu erhöhen.
Das in der oben beschriebenen Weise vermischte Material und die Menge wird in einer Attriter-Mühle einem mechanischen Legieren unterworfen. Eine Drehmühle oder eine Vibrationsmühle können anstelle der Attriter-Mühle verwendet werden. Wenn es dem mechanischen Legieren unterworfen wird, wird Aluminium oder die Aluminium-Mischung durch die Kugeln gemahlen und wird flach. Des Weiteren werden das Bor oder die Bor-Mischung und die dritten Partikel auf eine noch feinere Größe gemahlen und diese treten gleichmäßig in die Hohlräume in der Aluminium-Matrix ein. Diese abgeflachten Partikel werden Partikel mit einer normalen Form, die Aluminium oder eine Aluminium-Mischung und die dritten Partikel aufweisen.
Es ist möglich, die Materialfestigkeit durch die Hinzufügung von dritten Partikeln und dem Unterziehen eines mechanischen Legierens stark anzuheben. Es wurde mittels eines Experiments bestätigt, dass das auf diese Weise ausgeformte Material eine 3× höhere Materialfestigkeit als das Material aufweist, was in üblichen Mischern (beispielsweise Kreuz-Dreh-Mischer oder V-Mischer) ausgeformt wurde. Darüber hinaus werden das eine hohe Härte aufweisende Bor oder die Bor-Mischung fein und gleichmäßig innerhalb der Matrix verteilt, so dass die Kohäsion des Bors verhindert werden kann. Darüber hinaus kann die Eigenschaft, herausgedrückt zu werden, stark erhöht werden, somit ist die Eigenschaft, aufgrund von Reibung herausgedrückt zu werden, nicht so abgenutzt.
Darüber hinaus kann, wenn dritte Partikel hinzugefügt werden, das Aluminium- oder Aluminium-Verbundpulver eine Oxidation unterzogen werden, wodurch eine Oxidschicht auf der Oberfläche dieser Partikel erzeugt werden, und diese Oxidschicht aufgrund des mechanischen Legierens fein pulverisiert wird, um so zu bewirken, dass die Partikel in der Matrix sich verbreiten. Die Oxidation des Aluminium- oder Aluminium-Verbundpulvers kann durch Erhitzen in Luft durchgeführt werden. Beispielsweise kann Aluminium- oder Aluminium-Verbundpulver in einen Ofen gelegt werden und während der Erhitzung aufgewühlt werden. Wenn dieser Prozess für einige Stunden ausgeführt wird, wird eine Oxidschicht an der Oberfläche des Aluminiums oder Aluminium-Verbunds ausgebildet werden.
Somit werden die Absorptions-Stäbe 11 aus Aluminium-Verbundmaterial oder Aluminium-Legierung ausgeformt. Dementsprechend sind sie leichtgewichtig und weisen eine Eignung auf, Neutronen abzuschirmen und die Distanz zwischen den abgebrannten Brennelementen kann abgesenkt werden. In anderen Worten ausgedrückt wird dann, wenn die gleiche Anzahl von abgebrannten Brennelementen zu verwenden ist, der Behälter leichtgewichtig. Jedes Material, das die Eigenschaft aufweist, Neutronen zu absorbieren, kann anstelle des Aluminium-Verbundmaterials oder der Aluminium-Legierung verwendet werden. Dementsprechend kann der Brennstab 4 selbst anstelle des Absorptions-Stabs 11 verwendet werden.
Gemäß der ersten Ausführungsform können die Neutronen durch effektive Verwendung des Raums in den Führungsrohren 5 für den Steuerungs-Stab verwendet werden und die Emissionen von Neutronen vom Inneren der abgebrannten Brennelemente kann reduziert werden und daher kann die räumliche Distanz für den unterkritischen Zustand zwischen den abgebrannten Brennelementen verkürzt werden, da die Absorptions-Stäbe 11, die einen Neutronen-Absorptions-Eignung aufweisen, in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und die Messrohre 6 der abgebrannten Brennelemente eingeführt werden. Oder die Absorptions-Stäbe 11 können chargenweise durch Verwendung des Absorptions-Stab-Blocks 10, der eine Vielzahl von Absorptions-Stäben 11 durch Endplatten 12 verbindet, in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und die Messrohre 6 eingeführt werden, so dass die Arbeitseffizienz erhöht wird.
Eine zweite Ausführungsform wird im folgenden erläutert. Die zweite Ausführungsform bezieht sich auf einen Behälter zum Aufnehmen der abgebrannten Brennelemente, in die die Absorptions-Stäbe 11 gemäß der ersten Ausführungsform eingeführt sind, was den Kühlwasser-Durchgang, der in den Platten des Korbs in diesem Behälter vorgesehen ist, eliminiert.
6 ist eine Schnittansicht des Behälters in radialer Richtung, welcher eine Verbesserung gegenüber dem in 17 gezeigten konventionellen Behälter für einen PWR ist. Die Platte 817, die in 17 gezeigt ist, weist einen hohen Uran-Anreicherungsfaktor in den abgebrannten Brennelementen für den PWR auf, ein großes Uran-Füllmaß pro Brennelementeinheit verglichen mit dem Brennstoff für einen BWR und einen breiten Querschnittsbereich des Brennelements und somit ist die Reaktivität in dem System, welches diese Anordnung aufweist, hoch und daher wird dieses zur effizienten Absorption der Neutronen durch Abbremsen der Neutronen im Abkühlungsprozess der Kühlwasser-Durchgang 816 mit Wasser als Neutronen-Bremser befüllt. Die abgebrannten Brennelemente, in denen die in der ersten Ausführungsform erläuterten Absorptions-Stäbe 11 eingeführt wurden, enthalten Neutronen-Absorptionsmaterialien in den abgebrannten Brennelementen und daher wird die Anzahl der von den abgebrannten Brennelementen nach außen freigegebenen Neutronen verringert.
Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die räumliche Distanz zur Steuerung des unterkritischen Zustands beim Abkühlen von abgebrannten Brennelementen zu verkürzen und daher ist es nicht notwendig, einen Kühlwasserdurchgang 816 im Abkühlprozess zu verwenden. Dementsprechend weisen die Platten 50 zur Zusammensetzung des Korbs 49 des Behälters 40 für den in 6 gezeigten PWR nicht den gleichen Kühlwasser-Durchgang auf, wie in dem Korbaufbau für einen BWR.
Daher kann in dem in 6 gezeigten Behälter 40 für einen PWR obwohl das Kapazitätsvolumen das gleiche ist wie in dem Hohlraum 811 für den in 17 gezeigten Behälter 800 für einen PWR, die Dicke der Platten 50 reduziert werden, so dass mehr abgebrannte Brennelemente aufgenommen werden können. Beispielsweise können in dem in 17 gezeigten Behälter 819 abgebrannte Brennelemente aufgenommen werden, wohingegen in dem in 6 gezeigten Behälter 32 abgebrannte Brennelemente aufgenommen werden können. Unter Verwendung des Behälters 40 gemäß der zweiten Ausführungsform können 13 zusätzlich abgebrannte Brennelemente aufgenommen werden. In anderen Worten kann der Grad an Integration abgebrannter Brennelemente erhöht werden.
In dem Korb mit der gleichen Form, wie sie in 17 gezeigt ist, wird dann, wenn die abgebrannten Brennelemente in der ersten Ausführungsform aufgenommen werden, die Emission von Neutronen herabgesenkt und daher kann die Harzdicke reduziert werden. Als Ergebnis hiervon ist es möglich, die gesamte Größe des Behälters dann zu reduzieren, wenn die gleiche Anzahl von abgebrannten Brennelementen aufgenommen wird.
In der zweiten Ausführungsform ist die Zelle 45 durch eine Kombination der Platten 50 in Gitterform zusammengesetzt. Jedoch kann die Zelle mit quadratischen Röhren ausgebildet werden.
Darüber hinaus kann dann, wenn in der ersten Ausführungsform die abgebrannten Brennelemente aufgenommen werden, die Dicke der Platten zum Zusammensetzen des Korbs des Behälters in Übereinstimmung mit der Neutronen-Absorptionseignung der in die abgebrannten Brennelemente eingeführten Absorptions-Stäbe reduziert werden, so dass die Anzahl von in dem Behälter aufgenommenen abgebrannten Brennelementen erhöht werden kann. Darüber hinaus ist es nicht notwenig, den Kühlwasser-Durchgang, der ein Merkmal des Behälters für einen PWR ist, in den Platten oder quadratischen Röhren zu installieren, und Platten oder quadratische Röhren mit einem einfachen Aufbau wie in den Platten oder quadratischen Röhren für einen BWR können verwendet werden.
Eine dritte Ausführungsform wird im Folgenden erläutert. In der ersten Ausführungsform wird durch Verwendung des Absorptionsstab-Blocks 10, der aus einer Vielzahl von Absorptions-Stäben 11 zusammengesetzt ist, eine Vielzahl von Absorptions-Stäben 11 chargenweise eingeführt, um die Arbeitseffizienz zu erhöhen. Die dritte Ausführungsform ist des Weiteren dafür vorgesehen, abgebrannte Brennelemente einer Vielzahl von Absorptionsstäben 11 leichter, sicherer und gefahrloser einzuführen.
7 zeigt einen Aufbau der Einführungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. Diese Einführungsvorrichtung umfasst eine obere Endplatte 61, die den Absorptions-Stab 11 ankoppelt, eine untere Endplatte 62 zum Führen des Absorptions-Stabs 11, sowie eine Hängevorrichtung 63 zur Bewegung der oberen Endplatte 61.
Die obere Endplatte 61 korrespondiert mit dem Absorptionsstab-Block 10. Die obere Endplatte 61 sowie die untere Endplatte 62 hängen von einer flachen Hängeplatte 60 herunter. 8 ist eine Schnittansicht der unteren Endplatte 62 entlang der Linie B-B. Die untere Endplatte 62 weist ein Führungsloch 77 zur Führung des Absorptions-Stabs 11 auf. Das Führungsloch 77 ist korrespondierend mit der Position des Führungsrohrs 5 für den Führungs-Stab und des Messrohrs 6 vorgesehen. Wenn die obere Endplatte 61 sowie die untere Endplatte 62 durch die Aufhängungsplatte 60 aufgehängt werden, bei Stillstand and Anfangszustand, muss das Führungsende des Absorptions-Stabs 11 zumindest in das Führungsloch 77 eingeführt sein. Die Breite der oberen Endplatte 61 sowie der unteren Endplatte 62 in horizontaler Richtung muss breit genug sein, um die Einfuhr von der oberen Öffnung des oberen Stutzens 2 zu ermöglichen, und es ist erforderlich, dass die Breite zumindest zur Ausbildung des Führungslochs 77 des Führungsrohrs 5 für den Steuerungs-Stab und das Messrohr 6 ausreicht.
Ein Aufhängungsloch 78 ist nahezu im Zentrum der oberen Endplatte 61 vorgesehen. Die innere Wand des Aufhängungsloch 78 weist eine Ausbuchtung 70 zum Einhaken einer Klaue 69 des unten erwähnten Klemmwerkzeugs 65 auf. Das Klemmwerkzeug 65 dreht sich frei um den in der flachen Aufhängungsplatte 60, die mit der oberen Endplatte 61 korrespondiert, vorgesehenen Drehpunkt 68 und ist im oberen Teil des Klemmwerkzeugs 65 vorgesehen, und die Klaue 69, die im unteren Teil des Klemmwerkzeugs 65 vorgesehen ist, wird immer durch eine Zugfeder 66 zum gegenseitigen Ziehen des oberen Teils des Klemmwerkzeugs 65 geöffnet, so dass die obere Endplatte 61 gehalten wird. Wenn das Halten der oberen Endplatte 61 beendet wird, d.h. wenn die obere Endplatte 61 sowie die untere Endplatte 62 von einem Aufhängungsabschnitt 64 getrennt werden, wird der obere Teil des Klemmwerkzeugs 65 durch Überwinden der Zugkraft der Zugfeder 66 mittels eines Luftzylinders 67 zur gegenseitigen Verbindung des oberen Teils des Klemmwerkzeugs 65 aufgedrückt. Als Ergebnis hiervon wird die Klemme 69 von der Ausbuchtung 70 freigegeben und durch ein Aufhängungsloch 78 voneinander getrennt.
Die Aufhängungsplatte 60 sowie die Belastungszelle 81 werden durch ein Seil 84 aufgehängt und des Weiteren ist die Beladungszelle 81 an einem Haken 82 durch ein Seil 83 abgehängt, während die anhängende Beladung detektiert wird, und dieser Haken 82 ist mit einem in der Zeichnung nicht gezeigten Hebezeug verbunden. Das Hebezeug hebt den gesamten Aufhängungsabschnitt 64 an und bewegt diesen insbesondere vertikal und kann die obere Endplatte 61 sowie die untere Endplatte 62, die durch das Klemmwerkzeug 65 miteinander verkoppelt sind, simultan bewegen.
An der Aufhängungsplatte 60 ist eine optische Faser 71 durch eine Aufnahmeeinheit 73 gewickelt die mit der vertikalen Bewegung der unteren Endplatte 62 korrespondiert. Die optische Faser 71 tritt durch das Durchgangsloch 76 der Aufhängeplatte 60 und das Durchgangsloch 75 der oberen Endplatte 61 hindurch und erstreckt sich nach oben zu einem Bildloch 94 der unteren Endplatte 62. Am Führungsende der optischen Faser 71 liegt eine Linse 72 der optischen Faser 71 vor und die Linse 72 ist durch das Bildloch 94 nach unten gerichtet. Ein Gewicht 91 ist am Führungsende der optischen Faser 71 vorgesehen und die Linse 72 der optischen Faser 71 wird derart beaufschlagt, dass das Bild stabil aufgenommen werden kann. Das andere Ende der optischen Faser 71 ist durch die Aufnahmeeinheit 73 mit der nicht gezeigten Bildeinheit verbunden und das Bild nahe der Linse 72 wird durch die Kamera oder dergleichen aufgenommen.
Die Aufhängungsplatte 60 weist des Weiteren einen Detektor 92 auf, der einen Vorsprung in dem unteren Teil aufweist. An der unteren Endplatte 62, die mit diesem Detektor 92 korrespondiert, ist ein Detektions-Vorsprung 93 ausgebildet und dieser Detektions-Vorsprung 93 kann gegen den unteren Vorsprung des Detektors 92 über das Durchgangsloch 74 der oberen Endplatte 61 anstoßen. Wenn dieser Detektions-Vorsprung 93 und der untere Vorsprung des Detektors 92 gegeneinander anstoßen, ist der Absorptions-Stab 11 vollständig in das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab und das Messrohr 6 eingeführt. Dieses Anstoßen wird durch den Detektor 92 detektiert und das Ergebnis dieser Detektion wird zu einem in der Zeichnung nicht gezeigten Detektor übermittelt.
Des Weiteren wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 der Einführbetrieb des Absorptions-Stabs 11 durch die Einführungsvorrichtung erläutert. Der in 7 gezeigte Zustand ist ein Anfangszustand der Einführung und die obere Endplatte 61 ist mit dem Aufhänger-Abschnitt 64 verkoppelt und der Aufhänger 63 ist im vollen Maße ausgefahren. In diesem Zustand wird die relative Anordnung der Position der unteren Endplatte 62 und der Position des oberen Stutzens 2 durch die Linse 72 der optischen Faser 71 detektiert. Diese relative Anordnung wird durch Bildbearbeitung detektiert und es wird bestimmt, ob die relative Positionsabweichung geringer als ein festgelegter Wert ist oder nicht, beispielsweise durch Musterabgleich, und wenn diese geringer als der festgesetzte Wert ist, wird dies so bewertet, dass die untere Endplatte 62 und der obere Stutzen 2 in ihrer Position übereinstimmen, d.h. dass das Führungsloch 77 der unteren Endplatte 62 und das Führungsrohr 5 für den Steuerungsstab des oberen Stutzens 2 in relativer Anordnung passen.
Insbesondere wird, wie dies in 9A gezeigt ist, ein Referenzbild ohne Abweichung in der relativen Position erhalten. Wenn die untere Endplatte 62 in ihrer Position nach oben rechts in der Zeichnung, wie dies in 9B gezeigt ist, abweicht, werden der Durchgang 21 sowie das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab an der unteren rechten Ecke in der Zeichnung positioniert und der Bereich eines Stutzengehäuses 100 am oberen Ende der Wand des oberen Stutzens 2 wird breiter. Auf der anderen Seite werden dann, wenn die untere Endplatte 62 nach unten rechts in der Zeichnung verschoben ist, wie dies in 9C gezeigt ist, der Durchgang 21 und das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab an der oberen rechten Ecke in der Zeichnung positioniert, so dass der Bereich des Stutzengehäuses 100 kleiner wird. Daher kann die Positionsabweichung der unteren Endplatte 62, d.h. die Positionsabweichung des Absorptions-Stabs 11 durch Abgleich der Muster des in 9B und 9C gezeigten Bilds mit dem in 9A gezeigten Referenzbild detektiert werden. Diese Positionsabweichungs-Information wird zu dem das Hebezeug betreibenden Bediener übermittelt und dieser Bediener betreibt dies so, dass er die Positionsabweichung durch Manipulieren des Hebezeugs auf Basis dieser Information des Positionsabweichung eliminiert.
Wenn die Korrektor der Positionsabweichung erfolgt ist, senkt der Bediener das Hebezeug und ebenso die obere Endplatte 61 ab, wodurch der Absorptions-Stab 11 derart abgesenkt wird, dass der Absorptions-Stab 11 in das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab und das Messrohr 6 durch das Führungsloch 77 eingeführt wird. In diesem Fall ist die untere Endplatte 62 an der inneren oberen Seite des oberen Stutzens 2 an einer Position, die frei von einer Positionsabweichung ist, befestigt.
Wenn die Einführung des Absorptions-Stabs 11 in das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab und andere erfolgt ist, stößt der Vorsprung des Detektors 92 an den Detektions-Vorsprung 93 an und das Resultat dieser Detektion wird an den nicht gezeigten Detektor übermittelt. Auf Basis dieses Resultats der Detektion manipuliert der Bediener den Luftzylinder 67, so dass diese ausfährt und eliminiert das Einhaken der Klaue 69. Anschließend hebt der Bediener das Hebezeug an und trennt die obere Endplatte 61 von dem Aufhänger-Abschnitt 64. Ob diese Trennung tatsächlich erfolgt oder nicht, kann von der Kraftmessdose 81 überprüft werden.
Als Ergebnis hiervon ist, wie dies in 11 gezeigt ist, der Absorptions-Stab 11 in das Führungsrohr 5 für den Steuerungs-Stab und andere eingeführt, und die obere Endplatte 61, die den Absorptions-Stab 11 und die untere Endplatte 62 hält, welche den Absorptions-Stab 11 führt, werden innerhalb des oberen Stutzen abgesetzt, wodurch die Form des oberen Stutzens 2 nicht überschritten wird. Daher sind diese abgebrannten Brennelemente in der gleichen Form wie die abgebrannten Brennelemente, in denen die Absorptions-Stäbe 11 nicht eingeführt sind.
Im Übrigen kann das Anstoßen des Detektors 92 an den Detektions-Vorsprung 93 mittels magnetischer oder elektrischer Elemente detektiert werden. Alternativ hierzu kann unter Verwendung eines optischen Detektors als Detektor 92 die Distanz durch optische Elemente gemessen werden und es kann beurteilt werden, dass die Einführung abgeschlossen ist, wenn die Distanz kürzer als ein festgelegter Wert wird.
Durch Ausbilden der oberen Endplatte 61 und der unteren Endplatte 62 durch ein Material, welches eine Neutronen-Absorptions-Eignung aufweist, sowie B-A1-Material, welches das gleiche ist, wie die Absorptions-Stäbe 11, ist es möglich, die Dicke des Harzes in der Deckelrichtung in dem Fall eines nassen Behälters zum Speichern in einem in Wasser eingetauchten Zustand zu reduzieren.
Gemäß der dritten Ausführungsform werden durch Detektieren der relativen Positions-Abweichung der Absorptions-Stäbe und der Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und andere unter Verwendung der Einführungsvorrichtung die Positionen annähernd korrigiert und die relativen Positionen der Absorptions-Stäbe sowie der Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab und andere werden aufeinander angepasst, und des Weiteren können durch Verwendung der kegelförmigen Form des Führungsendes der Absorptions-Stäbe die Absorptions-Stäbe sicher und leicht in die Führungsrohre 5 für den Steuerungs-Stab eingeführt werden. Ebenso kann durch Detektion des Abschlusses der Einführung die Sicherheit bei der Einführung gewährleistet werden.
Eine vierte Ausführungsform wird im Folgenden beschrieben. In der zweiten Ausführungsform wird angedacht, die abgebrannten Brennelemente gemäß der ersten Ausführungsform innerhalb des Behälters zu speichern. Jedoch liegt die vierte Ausführungsform das Verfahren des Speicherns von abgebrannten Brennelementen im Speicherbecken fest.
12 ist ein schematisches Diagramm, welches den Aufbau dann zeigt, wenn Brennelemente 101 als abgebrannte Brennelemente in einem Becken 102 gespeichert werden. Wie dies in 12 gezeigt ist, wird das Brennelement 101, in das der in der ersten Ausführungsform gezeigte Absorptions-Stab 11 eingeführt wurde, in eine Ablagezelle in einer Ablage 104, die in dem Becken 102, welches mit Wasser 103 befüllt ist, angeordnet ist, gespeichert. Hierbei werden die Brennstoff in dem Becken 103 gespeichert, während gegenseitig eine sichere räumliche Distanz d zum Gewährleisten des unterkritischen Zustands der Brennstoffe beibehalten wird, jedoch kann, da Absorptions-Stäbe 11, die eine Neutronen-Absorptions-Eignung aufweisen, in die Brennelemente 101 eingeführt sind, die räumliche Distanz d kürzer als die räumliche Distanz d gehalten werden, wenn die Absorptions-Stäbe 11 nicht eingeführt sind.
Daher können gemäß der vierten Ausführungsform die Brennelemente 101 bei hoher Dichte angeordnet werden und die Anzahl an zu speichernden Brennelementen 101 wird erhöht oder die Größe des Beckens 102 kann reduziert werden.
In den ersten bis vierten Ausführungsformen werden beispielhaft abgebrannte Brennelemente für einen PWR mit einer 14 × 14 Anordnung gezeigt. Da die Erfindung jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt ist, wird deutlich, dass die Erfindung auch in ähnlicher Weise auf andere abgebrannte Brennelemente für einen PWR, sowie eine 17 × 17-Anordnung oder eine 15 × 15-Anordnung, wie sie in 16 gezeigt ist, anwendbar ist.
Wie hierin beschrieben, wird gemäß dem Absorptionsstab eines Aspekts der vorliegenden Erfindung unter Verwendung des Absorptions-Stabs, der nahezu die gleiche Form wie die Form eines säulenförmigen Steuerungs-Stabs, der bei einem PWR für die Reaktivitäts-Steuerung eines Kerns in einem Reaktor verwendet wird und der eine Neutronen-Abschirmeignung aufweist, dieser Absorptions-Stab in das Führungsrohr für den Steuerungs-Stab von abgebrannten Brennelementen oder das Führungsrohr für den Steuerungs-Stab inklusive des Messrohrs eingeführt und daher können die Neutronen effektiv in den abgebrannten Brennelementen abgeschirmt werden.
Gemäß dem Absorptions-Stab eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird dieser aus einem Aluminium-Verbundmaterial oder einer Aluminium-Legierung erzeugt, die durch Hinzufügen von Pulver von Bor oder einer Bor-Mischung, welche einen Neutronen-Absorptionsperformanz aufweist, zu Aluminium oder einem Aluminiumlegierungs-Pulver ausgebildet. Da der Absorptions-Stab aus einem solchen Material gefertigt wurde, wird er nicht durch kleinere Schocks während des Transports beschädigt. Als Folge hiervon ist es möglich, die Neutronen-Absorptions-Eignung auch während des Transports aufrecht zu erhalten. Beispielsweise ist dies deutlich sicherer und daher bevorzugter als ein Absorptions-Stab, der einen Aufbau aufweist, bei dem Bor-Pulver in das Innere eines Rohrs gefüllt wird.
Gemäß dem Behälter eines noch anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung kann durch Einführen der Absorptions-Stab-Gruppe, die nahezu die gleiche Form wie die Form eines säulenförmigen Steuerungs-Stabs, der bei einem PWR zur Reaktivitätskontrolle des Kerns in einem Reaktor verwendet wird und durch Aufweisen einer Neutronen-Abschirmeignung in dem Führungsrohr für den Steuerungs-Stab von abgebrannten Brennelementen oder die Führungsstab-Gruppe für den Steuerungs-Stab inklusive des Messrohrs und durch Einsetzen der abgebrannten Brennelemente in den Behälter die Anzahl von den abgebrannten Brennelementen nach außen abgestrahlten Neutronen herabgesetzt werden, so dass die räumliche Distanz zwischen den abgebrannten Brennelementen verkürzt werden kann und daher ist dies effektiv, die Anzahl von in dem Hohlraum des Hüllen-Hauptkörpers, der die Neutronenabschirmung am äußeren Umfang aufweist und die Gammastrahlen abschirmt, anzuordnender abgebrannter Brennelemente anzuheben, oder aber die Hohlraumform des Hüllen-Hauptkörpers kann bei der gleichen Anzahl von Behältern, wie im Stand der Technik, reduziert werden, oder die Dicke der Neutronenabschirmung am äußeren Umfang kann reduziert werden, wodurch die Größe des Behälters insgesamt reduziert werden kann.
Gemäß dem Behälter eines noch anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die Steuerungs-Stäbe für den PWR wiederaufbereitet werden, der Absorptions-Stab als Steuerungs-Stab für den PWR verwendet und die Steuerungs-Stäbe werden in den abgebrannten Brennelementen eingeführt gehalten, und daher können aufbereitete Steuerungs-Stäbe effektiv verwendet werden.
Darüber hinaus wird, da die äquivalente Dicke, die mit der Neutronen-Absorptions-Eignung oder der Neutronen-Abbrems-Eignung der Platten oder quadratischen Röhren zum Zusammensetzen des Korbs zum Halten der abgebrannten Brennelemente für einen PWR im Behälter des Abschnitts der mit dem Querschnittsbereich des in die abgebrannten Brennelemente für einen PWR eingeführten Absorptions-Stab korrespondiert, für denk Abschnitt des äquivalenten Querschnittsbereich reduziert, der mit der Neutronen-Absorptions-Eignung oder der Neutronen-Abbremseignung des in die abgebrannten Brennelemente für einen PWR eingeführten Absorptions-Stab korrespondier, wodurch die in dem Korb für einen PWR vorgesehenen Wasserzonen in Korbform und hohem Uran-Anreicherungs-Faktor ausgebildet wird und insbesondere in deren Höhe weiter reduziert werden können, oder der Korb kann auch durch Eliminieren der Wasserzonen ausgebildet werden und daher kann die Form des Korbs für einen PWR mit hohem Uran-Anreicherungsfaktor in der gleichen einfachen Form wie der Korb für einen BWR ausgebildet werden und die Effizienz der Korb-Produktion kann erhöht werden.
Darüber hinaus werden, da der Absorptions-Stab und der Korb aus einem Al-Verbundmaterial oder einer Al-Legierung zusammengesetzt ist, die durch Hinzufügen von Pulver aus Bor oder einer Bor-Mischung, die eine Neutronen-Absorptions-Performanz aufweist, zu Al oder einem Al-Legierungspulver ausgebildet wurde, die Neutronen innerhalb und um die abgebrannten Brennelemente absorbiert und daher wird abseits von Effizienz der Neutronenabsorption innerhalb und um die abgebrannten Brennelemente die erforderliche Performanz in der Festigkeit geringer, da die Absorptions-Stäbe in die Brennelemente eingeführt sind, so dass die Gewichtsreduktion unterstützt werden kann.
Gemäß der Einführungsvorrichtung eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung werden die relativen Position der Durchgangsloch-Gruppe des Führungselements und der Führungsrohr-Gruppe für den Steuerungs-Stab der abgebrannten Brennelemente auf Basis des Resultats der Detektion durch die Positions-Detektionseinheit eingestellt und der Absorptionsstab-Block wird derart abgesenkt, dass die Durchgangsloch-Gruppe als Führungsloch agiert und die lange Absorptionsstab-Gruppe kann sicher in das Führungsrohr für den Steuerungs-Stab oder das Führungsrohr für den Steuerungs-Stab inklusive dem Messrohr eingeführt werden und daher können die Absorptions-Stäbe leicht und sicher in die Führungsrohre für den Steuerungs-Stab und andere eingeführt werden, so dass die Effizienz des Einführens erhöht werden kann.
Darüber hinaus detektiert die Detektionseinheit die Distanz, wenn die Distanz zwischen der Aufhängung und dem Fixierungselements innerhalb einer spezifischen Distanz gelangt und es ist bekannt, dass die Absorptionsstab-Gruppe sicher in das Führungsrohr für den Steuerungs-Stab eingeführt wird, so dass ein herunterfallen der Absorptionsstab-Gruppe während der Einführung verhindert wird und daher kann die Effizienz des Einführens erhöht werden und das Ende der Reihe von Einführungs-Arbeiten kann ermittelt werden, so dass die Einführungsarbeit sicher durchgeführt werden, kann.
Gemäß dem Beförderungs- und Speicherverfahren noch eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung kann beim Einführungsschritt durch Einführen einer Absorptionsstab-Gruppe mit nahezu der gleichen Form eines säulenförmigen Steuerungs-Stabs für einen PWR, der bei der Reaktivität der Steuerung eines Kerns in einem Reaktor verwendet wird und durch Aufweisen einer Neutronenabschirm-Eignung in eine Führungsrohr-Gruppe für einen Steuerungs-Stab inklusive eines Messrohrs für abgebrannte Brennelemente für einen PWR, sowie beim Beförderungs- und Speicherschritt durch Befördern und Speichern der abgebrannten Brennelemente für einen PWR in einem Zustand, bei dem die Absorptionsstab-Gruppe eingeführt ist, die räumliche Distanz zwischen den abgebrannten Brennelementen verringert werden und daher kann die Dichte der abgebrannten Brennelemente für einen PWR erhöht werden, wenn die abgebrannten Brennelemente für einen PWR befördert oder gespeichert werden, und ein effizientes Befördern oder Speichern kann möglich sein.
Darüber hinaus wird der Absorptions-Stab dann, wenn die Steuerungs-Stäbe für einen PWR wiederaufbereitet werden, als Steuerungs-Stab für einen PWR verwendet und die Steuerungs-Stäbe werden in den abgebrannten Brennelementen eingeführt gehalten und daher können die wiederaufbereiteten Steuerungs-Stäbe effektiv verwendet werden.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform für eine vollständig und deutliche Offenbarung beschrieben wurde, werden die anhängenden Beispiele nicht hierdurch beschränkt, sondern werden so aufgefasst, dass sie sämtliche Modifikationen und alternativen Aufbauten, die dem Fachmann auffallen mögen und die billigerweise in die darin dargelegte grundsätzliche Lehre fallen, umfassen.

Claims

Absorptions-Stab (11), der aus einem Aluminium-Verbundmaterial oder einer Aluminium-Legierung zusammengesetzt ist, welche durch Hinzufügen eines Pulsvers aus Bor- oder einer Bor-Mischung, welches einen Neutronen absorbierenden Effekt aufweist, zu einem Aluminium- oder Aluminium-Legierungspulver ausgebildet ist, wobei der Absorptions-Stab (11) derart geformt ist, dass er sowohl in ein Führungsrohr (5) für einen Steuerstab als auch in ein Messrohr (6) einer Anordnung für gebrauchte Brennstäbe eingeführt werden kann.
Absorptions-Stab (11) gemäß Anspruch 1, des Weiteren umfassend ein Fixierungselement (12) zum Fixieren des Absorptions-Stabs bei einer Position, die mit einer Abschnittsposition eines Führungsrohrs (5) für einen Steuerstab oder ein Messrohr (6) in der Anordnung für gebrauchte Brennstäbe eines Druckwasserreaktors korrespondiert.
Behälter, umfassend: einen Gitterzellen (55) ausbildenden Korb (49), wobei jede Gitterzelle zum Aufnehmen einer Anordnung für gebrauchte Brennstäbe eines Druckwasserreaktors dient; einen Hüllen-Hauptkörper (501), der eine Neutronen-Abschirmung (502) an dessen äußerem Umfang zum Abschirmen von Gammastrahlen aufweist; eine Gruppe (10) von Absorptions-Stäben, welche in eine Gruppe von Führungsrohren für Steuerstäbe, welche Führungsrohre (5) für Steuerstäbe beinhaltet, und in ein Messrohr (6) der Anordnung von gebrauchten Brennstäben eingeführt werden soll, wobei ein Absorptions-Stab nahezu die gleiche Form wie die Form eines bei der Reaktionskontrolle des Kerns in einem Reaktor eines Druckwasserreaktors verwendeten säulenförmige Steuerstabs und eine Neutronen-Abschirmungsfähigkeit aufweist; und einen entfernbaren Deckel (505), der in einer Öffnung des Hüllen-Hauptkörpers (501) zum Einsetzen der gebrauchten Brennstäbe, in die die Gruppen von Absorptions-Stäben eingeführt werden, in die Gitterzellen (55) hinein und aus diesen heraus, vorgesehen ist.
Behälter gemäß Anspruch 3, wobei der Absorptions-Stab aus einem Aluminium-Verbundmaterial oder einer Aluminium-Legierung zusammengesetzt ist, welche durch Hinzufügen eines Pulvers aus Bor oder Bor-Mischung mit einem Neutronen absorbierenden Effekt zu dem Aluminium- oder Aluminium-Legierungspulver ausgebildet ist.
Einführungsvorrichtung zum Einführen einer Gruppe von Absorptions-Stäben in eine Gruppe von Führungsrohren (5) für einen Steuerstab und in ein Messrohr (6) einer Anordnung (1) gebrauchter Brennstäbe eines Druckwasserreaktors, umfassend: ein Führungselement (62), welches in einen oberen Stutzen durch eine obere Stutzenöffnung eingeführt werden kann und welches Durchgangslöcher (77) aufweist, durch die die Gruppe von Absorptions-Stäben eingeführt werden kann, welche an Positionen platziert sind, die mit Abschnittspositionen der Gruppe der Führungsrohren für den Steuerstab und das Messrohr korrespondieren, wobei das Führungselement an einem Fixierungselement so aufgehängt werden kann, dass ein Führungsende der Gruppe von Absorptions-Stäben in die Durchgangslöcher eingeführt wird; eine Halterung (63) zum entfernbaren Aufhängen eines Fixierungselements für ein Absorptions-Stabelement und zum vertikalen Bewegen des Absorptions-Stabelements, eine in dem Führungselement vorgesehene Positions-Detektionseinheit (73), die die relative Positionsbeziehung zwischen dem Ort der Durchgangslöcher und dem Ort der korrespondierenden Gruppe von Führungsrohren für den Steuerstab der Anordnung gebrauchter Brennstäbe detektiert; und ein Absorptions-Stabelement (10), welches das Fixierungselement (61) zum Fixieren der Gruppe von Absorptions-Stäben (11), welche eine Neutronenabschirmfähigkeit aufweisen und jeweils nahezu die gleiche Form wie die Form eines bei der Reaktions-Kontrolle eines Kerns verwendeten säulenförmigen Steuerstabs für einen Druckwasserreaktor aufweist, an Positionen, die mit Abschnittspositionen der Gruppe von Führungsrohren für den Steuerstab und das Messrohr (6) korrespondieren, wobei das Fixierungselement in den oberen Stutzen (2) durch die obere Stutzenöffnung der Anordnung für gebrauchte Brennstäbe eingeführt werden kann.
Einführungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, des Weiteren umfassend eine Distanz-Detektionseinheit (92, 93), welche detektiert, ob die Distanz zwischen der Aufhängung und dem Fixierungselement innerhalb eine spezifischen Bereichs ist oder nicht.
Förder- und Speicherverfahren für Anordnungen gebrauchter Brennstäbe, umfassend: einen Schritt des Speicherns der Anordnungen für gebrauchte Brennstäbe eines Druckwasserreaktors durch Einführens einer Gruppe von Absorptions-Stäben, die jeweils eine nahezu gleich Form wie die Form eines bei der Reaktionskontrolle eines Kerns in einem Reaktor verwendeten säulenförmigen Steuerstabs aufweisen, und welche eine Neutronen-Abschirmfähigkeit aufweisen, in eine Gruppe von Führungsrohren für den Steuerstab sowie ein Messrohr; und einen Schritt des Beförderns der Anordnungen gebrauchter Brennstäbe in einem Zustand, bei dem die Absorptions-Stäbe eingeführt sind.