EP0036982A1 - Einsatzkorb für radioaktives Material in Transport- und/oder Lagerbehältern - Google Patents

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EP0036982A1
EP0036982A1 EP81101812A EP81101812A EP0036982A1 EP 0036982 A1 EP0036982 A1 EP 0036982A1 EP 81101812 A EP81101812 A EP 81101812A EP 81101812 A EP81101812 A EP 81101812A EP 0036982 A1 EP0036982 A1 EP 0036982A1
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EP
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insert basket
basket according
insert
graphite
matrix
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Erhard Ing. grad. Müller
Richard Dr. Christ
Hartmut Dipl.-Phys. Kroll
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Transnuklear GmbH
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Transnuklear GmbH
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F5/00—Transportable or portable shielded containers
    • G21F5/005—Containers for solid radioactive wastes, e.g. for ultimate disposal

Definitions

  • the present invention relates to a removable insert basket with shafts for radioactive material, in particular for receiving spent fuel elements from nuclear reactors, located in a transport and / or storage container.
  • an insert basket is normally required in order to accommodate several spent fuel elements from nuclear reactors in the container at a predetermined distance from one another during transport or also during storage.
  • the respective necessary fuel element positions are therefore designed as corresponding shafts into which the fuel elements are introduced.
  • the shape and dimensions of the shaft cross-section depend on the fuel element types to be inserted.
  • the fuel assemblies must be able to be brought in and out remotely with ease.
  • the insert basket must be sufficiently stable so that it can withstand the mechanical and thermal loads during transport. It must also be designed so that the fuel assemblies to be transported are not damaged during transport and handling.
  • Such insert baskets are usually designed as a pure steel frame or as a solid block made of non-ferrous metal.
  • the shafts of the massive blocks are machine-made. If necessary, they are lined with steel.
  • the massive non-ferrous. Constructions are suitable as insert baskets because they can dissipate the residual heat generated due to good heat conduction to the tank wall without auxiliary medium. They preferably consist of aluminum or copper or their alloys. Boron or cadmium can also be added to these alloys as a neutron absorber.
  • the previously known insert baskets have a number of disadvantages. They have a high weight because they are predominantly made of metal due to the required thermal conductivity. In some cases, especially in the case of special steel frames, water cooling which is disadvantageous in the event of an accident is required. Only a small part of the neutron shielding is provided by the baskets, the main shielding effect is ensured by a special neutron protection on the shielding transport or storage container. At accidents, eg fire, this neutron protection can be destroyed on the shielding container.
  • the object was achieved in that the matrix of the insert basket consists predominantly of graphite.
  • FIG. 1 shows a side view of the insert basket according to the invention and illustration II the corresponding top view.
  • Figure III shows the structure of the insert basket made of building blocks according to the invention, with and without metal disks,
  • Figure IV the cup-shaped design of the metal disks and a tie rod arrangement, and
  • a removable insert basket (4) which contains shafts (6) for receiving radioactive material, in particular for receiving spent fuel elements.
  • the matrix (5) of the insert korbes (4) consists of graphite, a light and under normal conditions flame-retardant material with good heat conduction properties and excellent neutron moderation qualities.
  • the graphite of the graphite matrix (5) is preferably compressed, for example by pressing or other known methods, and then, if necessary, processed by turning, milling and drilling. It has proved to be particularly advantageous that the shafts (6) and / or the outer surface of the E insatzkorbes (4) metallic neutron-absorbing linings (7, 10).
  • These linings can be tubes with corresponding cross-sectional profiles (23, 24) or a basket container (10) which is provided with a cover (21).
  • the cover (21) contains openings (25) through which the radioactive material can be introduced into the shafts (6).
  • the insert basket (4) according to the invention is closed with a lid (11).
  • the use of boron steel as the lining (7) of the shafts (6), the basket container (10) and the cover (21) is particularly favorable, as is the addition of boron carbide to the matrix graphite (5). This improves n-capture and increases criticality security.
  • the graphite matrix (5) is advantageously constructed from appropriately shaped building blocks (8, 14, 15, 16, 22), a disk-shaped building block shape (8) having proven to be particularly favorable.
  • metal disks (9) between the graphite disks (8).
  • the metal discs (9) also be made of neutron absorbing material.
  • a particularly advantageous modification is the design of the metal disks (9) as a pot shape (12), in which the graphitic building blocks (8, 14, 15, 16, 22) are protected on all sides.
  • the basket container (10) can be omitted.
  • the insert basket (4) consists of a strong base plate (26) on which the linings (7) for the shafts (6) are fastened, e.g. welded or screwed as pipes, made of graphite blocks (8, 14, 15, 16, 22) and metal disks (9), all connected to each other by tie rods (19) and fastening elements (20).
  • the insert basket (4) according to the invention is excellently suited to be used alone as a storage basket in intermediate and final storage for storing radioactive substances. It is particularly advantageous to pass cooling channels (17) through the graphitic matrix material (5), preferably lined with neutron-absorbing metal tubes (18). If the insert basket (4) according to the invention is placed on a corresponding substructure in an air-cooled interim storage facility, the cooling air sweeps through the cooling channels (17) due to the thermals that arise and dissipates the waste heat generated by the radioactive decay.
  • the E insatzkorb (4) has occasionally to the tie rods (19), the basket container (10) and the basket lid (11) means, such as hooks or eyelets, devices for the handling crane or similar lifting.
  • the gap (13) between the basket (4) according to the invention and the shielding container (1) can be filled with graphite or metal powder, as can the remaining volume in the shafts (6) occupied by the radioactive fuel elements.
  • the insert basket (4) according to the invention also has the advantage that it can be assembled quickly, e.g. by threading perforated graphite disks (8) and metal disks (9) onto the lining tubes (23, 24) of the shafts (6) or onto the tubes (18) of the cooling channels (17) and optionally onto the tie rod (20).
  • the described configurations of the insert basket (4) either with the basket container (10) or with the metal disks (9) shaped as a pot shape (12) ensure that no graphite matrix material is easily lost even in the event of an accident.

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Abstract

Bekannte Behälter zum Transport und/oder zur Lagerung bestrahlter Brennelemente besitzen Einsatzkörbe aus Stahlkonstruktionen oder massiven Körpern aus Nichteisenmetallen. Diese weisen ein hohes Gewicht auf und besitzen keine Neutronenabschirmwirkung. Diese Nachteile werden durch einen Einsatzkorb vermieden, der aus Graphit besteht.

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein in einem Transport- und/oder Lagerbehälter befindlicher herausnehmbarer Einsatzkorb mit Schächten für radioaktives Material, insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren.
  • Bei Transport- und/oder Lagerbehältern ist normalerweise ein Einsatzkorb erforderlich, um gleichzeitig mehrere abgebrannte Brennelemente aus Kernreaktoren während des Transports oder auch während der Lagerung in einem vorgegebenen Abstand zueinander in dem Behälter unterzubringen. Deshalb sind die jeweiligen notwendigen Brennelementpositionen als entsprechende Schächte ausgebildet, in die die Brennelemente eingebracht werden. Der Schachtquerschnitt richtet sich in Form und Abmessung nach den einzubringenden Brennelementtypen. Außerdem müssen die Brennelemente mühelos fernbedient herein- und herausgebracht werden können. Der Einsatzkorb muß ausreichend stabil sein, damit er den mechanischen und thermischen Belastungen während des Transports standhält. Er muß außerdem so konstruiert sein, daß die zu befördernden Brennelemente während des Transports und der Handhabung nicht beschädigt werden.
  • Solche Einsatzkörbe sind normalerweise als reines Stahlgestell oder als massiver Block aus Nichteisenmetall ausgeführt. Die Schächte der massiven Blöcke sind maschinell hergestellt. Sie sind gegebenenfalls mit Stahl ausgekleidet.
  • Stahlgestelle sind als Einsatzkörbe geeignet, wenn sich in dem Transport- und/oder Lagerbehälter eine entsprechende Flüssigkeit befindet, die die von den Brennelementen erzeugte Restwärme an die Behälterwand ab leitet. Die Stahlgestelle können aus Borstahl bestehen, wobei Bor als Neutronenabsorber dient.
  • Die mit Schächten versehenen massiven Nichteisen-. konstruktionen eignen sich als Einsatzkörbe, da sie die erzeugte Restwärme infolge guter Wärmeleitung ohne Hilfsmedium an die Behälterwand abzuleiten vermögen. Sie bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer bzw. deren Legierungen. Diesen Legierungen kann ebenfalls Bor oder Kadmium als Neutronenabsorber zugegeben werden.
  • Die bisherigen bekannten Einsatzkörbe haben eine Reihe von Nachteilen. Sie weisen ein hohes Gewicht auf, da sie wegen der erforderlichen Wärmeleitfähigkeit überwiegend metallisch aufgebaut sind. Teilweise ist, insbesondere bei speziellen Stahlgestellen, eine beim Unfall nachteilige Wasserkühlung erforderlich. Die Neutronenabschirmung erfolgt nur zu einem geringen Teil durch die Körbe, die Hauptabschirmwirkung wird durch einen besonderen Neutronenschutz am Abschirmtransport- bzw. Lagerbehälter sichergestellt. Bei Unfällen, z.B. auch Feuer, kann dieser Neutronenschutz am Abschirmbehälter jedoch zerstört werden.
  • Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen in einem Transport- und/oder Lagerbehälter befindlichen herausnehmbaren Einsatzkorb mit Schächten für radioaktives Material, insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren zu schaffen, der ein geringes Gewicht, eine wirksame Neutronenabschirmung und eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweist sowie als eigenständiger Zwischen- bzw. Endlagerbehälter verwendbar ist.
  • Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Matrix des Einsatzkorbes überwiegend aus Graphit besteht.
  • Die Erfindung ist in den schematischen Abbildungen I bis V beispielhaft erläutert, wobei Abbildung I eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Einsatzkorbes und Abbildung II die entsprechende Draufsicht darstellen. Abbildung III zeigt den Aufbau des Einsatzkorbes aus erfindungsgemäßen Bausteinen, mit und ohne Metallscheiben, Abbildung IV die topfförmige Ausgestaltung der Metallscheiben sowie eine Zugankeranordnung, und Abbildung V Kühlkanäle im Einsatzkorb.
  • In einem Abschirmbehälter (1) mit einem Abschirmdeckel (2) und einem Außendeckel (3) befindet sich ein herausnehmbarer Einsatzkorb (4), der Schächte (6) zur Aufnahme von radioaktivem Material, insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen enthält. Die Matrix (5) des Einsatzkorbes (4) besteht aus Graphit, einem leichten und unter normalen Bedingungen schwer-brennbarem Material mit guten Wärmeleitungseigenschaften und hervorragenden Neutronenmoderierungsqualitäten. Der Graphit der Graphitmatrix (5) ist vorzugsweise verdichtet, beispielsweise durch Pressen oder andere bekannte Verfahren, und anschließend gegebenenfalls durch Drehen, Fräsen und Bohren bearbeitet. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Schächte (6) und/oder die äußere Oberfläche des Einsatzkorbes (4) metallische neutronenabsorbierende Auskleidungen (7, 10) aufweisen. Diese Auskleidungen können Rohre mit entsprechenden Querschnittsprofilen (23, 24) sein bzw. ein Korbbehälter (10), der mit einer Abdeckung (21) versehen ist. Die Abdeckung (21) enthält öffnungen (25), durch die das radioaktive Material in die Schächte (6) eingeführt werden kann. Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) ist mit einem Deckel (11) verschlossen. Die Verwendung von Borstahl als Auskleidung (7) der Schächte (6), des Korbbehälters (10) und der Abdeckung (21) ist besonders günstig, ebenso das Hinzumischen von Borkarbid zum Matrixgraphit (5). Dadurch werden der n-Einfang verbessert und die Kritikalitätssicherheit vergrößert. Vorteilhafterweise ist die Graphitmatrix (5) aus entsprechend geformten Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) aufgebaut, wobei sich eine scheibenförmige Bausteinform (8) als besonders günstig herausgestellt hat.
  • Zur Stabilisierung und zur weiteren Verbesserung-der Wärmeleitfähigkeit ist es besonders vorteilhaft, zwischen die Graphitscheiben (8) Metallscheiben (9) anzuordnen. Dabei können die Metallscheiben (9) ebenfalls aus neutronenabsorbierendem Material gefertigt werden. Eine besonders vorteilhafte Abwandlung ist die Ausgestaltung der Metallscheiben (9) als Topfform (12), in der die graphitischen Bausteine (8, 14, 15, 16, 22) allseitig geschützt sind.
  • In besonderen Fällen kann auf den Korbbehälter (10) verzichtet werden. Dann besteht der Einsatzkorb (4) aus einer kräftigen Bodenplatte (26), auf der die Auskleidungen (7) für die Schächte (6) befestigt sind, z.B. als Rohre angeschweißt oder geschraubt, aus den graphitischen Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) und aus den Metallscheiben (9), alles durch Zuganker (19) und Befestigungselemente (20) miteinander verbunden.
  • Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) ist hervorragend geeignet, für sich allein als Lagerkorb in Zwischen- und Endlagern zur Aufbewahrung radioaktiver Stoffe verwendet zu werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, durch das graphitische Matrixmaterial (5) Kühlkanäle (17), vorzugsweise mit neutronenabsorbierenden Metallrohren (18) ausgekleidet, zu führen. Wird der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) auf eine entsprechende Unterkonstruktion in einem luftgekühlten Zwischenlager gestellt, so streicht die Kühlluft auf Grund der sich einstellenden Thermik durch die Kühlkanäle (17) und führt die durch den radioaktiven Zerfall entstehende Abwärme ab.
  • Der Einsatzkorb (4) besitzt fallweise an den Zugankern (19), am Korbbehälter (10) und am Korbdeckel (11) Einrichtungen, wie Haken oder ösen, zum Hantieren mittels Kran oder ähnlichen Hebe- vorrichtungen.
  • Gegebenenfalls kann der Spalt (13) zwischen dem erfindungsgemäßen Korb (4) und dem Abschirmbehälter (1) mit Graphit- oder Metallpulver ausgefüllt werden, ebenso das verbleibende.Restvolumen in den durch die radioaktiven Brennelemente besetzten Schächten (6).
  • Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) hat ferner den Vorteil, daß er schnell aufbaubar ist, z.B. durch Auffädeln gelochter Graphit-Scheiben (8) und Metallscheiben (9) auf die Auskleidungsrohre (23, 24) der Schächte (6) bzw. auch auf die Rohre (18) der Kühlkanäle (17) und gegebenenfalls auf den Zuganker (20).
  • Weiterhin bewirken die beschriebenen Ausgestaltungen des Einsatzkorbes (4) entweder mit dem Korbbehälter (10) oder mit den als Topfform (12) geformten Metallscheiben (9), daß auch bei einem Unfall kein Graphit-Matrixmaterial ohne weiteres verlorengeht.
  • Für die Graphit-Matrix (5) kann billiger Graphit mit Verunreinigungen verwendet werden. Der Verunreinigungsgehalt verbessert sogar noch die neutronenabsorbierenden Eigenschaften des Einsatzkorbes.

Claims (12)

1. In einem Transport- und/oder Lagerbehälter befindlicher herausnehmbarer Einsatzkorb mit Schächten für radioaktives Material, insbesondere zur Aufnahme abgebrannter Brennelemente aus Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (5) des Einsatzkorbes (4) überwiegend aus Graphit besteht.
2. Einsatzkorb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte (6) und/oder die äußeren Einsatzkorboberflächen neutronenabsorbierende metallische Auskleidungen (7, 10) aufweisen.
3. Einsatzkorb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die metallischen Auskleidungen (7, 10) aus Borstahl bestehen.
4. Einsatzkorb nach Anspruch:1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Graphit der Matrix (5) neutronenabsorbierendes Material hinzugemischt ist.
5. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Graphitmatrix (5) zuzumischende neutronenabsorbierende Material Borkarbid ist.
6. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitmatrix (5) aus mehreren Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) besteht.
7. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine aus Scheiben (8) bestehen.
8. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Scheiben (8) Metallscheiben (9) befinden.
9. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben (9) als Topfform (12) ausgestaltet sind.
10. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Bodenplatte (21) mit an ihr befestigten metallischen Auskleidungen (7), graphitischen Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) und Metallscheiben (9) besteht, die durch Zuganker (19) und Befestigungselemente (20) verbunden sind.
11. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphit-Matrix (5) Kühlkanäle (17) enthält.
12. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (17) mit einer metallischen Auskleidung (18) versehen sind.
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