EP0036982B1

EP0036982B1 - Einsatzkorb für radioaktives Material in Transport- und/oder Lagerbehältern

Info

Publication number: EP0036982B1
Application number: EP81101812A
Authority: EP
Inventors: Erhard Ing. grad. Müller; Richard Dr. Christ; Hartmut Dipl.-Phys. Kroll
Original assignee: Transnuklear GmbH
Current assignee: Transnuklear GmbH
Priority date: 1980-03-29
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1984-06-06
Also published as: EP0036982A1; DE3012310A1; US4476394A; ES500106A0; ES8303793A1

Description

Die Erfindung betrifft einen in einem Transport- und/oder Lagerbehälter befindlichen herausnehmbaren 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 ableitet. Die Stahlgestelle können aus Borstahl bestehen, wobei Bor als Neutronenabsorber dient.
Die mit Schächten versehenen massiven Nichteisenkonstruktionen 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 (vgl. Fr-A-2 258 692) 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.
Es wird darauf hingewiesen, daß an sich die Eigenschaften des Graphits, u. a. hohe Wärmeleitfähigkeit und wirksame Neutronenabschirmung, seit vielen Jahren bekannt sind.
In der US-A-3 828 197 werden solche Graphitabschirmungen auch benutzt, jedoch nur im äußeren Mantel, wo sie bei Unfällen wie z. B. Feuer, leicht zerstört und damit unwirksam werden.
Die Erfindung ist in den schematischen Abb. 1 bis V beispielhaft erläutert, wobei

Abb. eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Einsatzkorbes und
Abb. 11 die entsprechende Draufsicht darstellen.
Abb. 111 zeigt den Aufbau des Einsatzkorbes aus erfindungsgemäßen Bausteinen, mit und ohne Metallscheiben,
Abb. IV die topfförmige Ausgestaltung der Metallscheiben sowie eine Zugankeranordnung, und
Abb. 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 Abdekkung (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 Hebevorrichtungen.
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 (19).
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

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 2, dadurch gekennzeichnet, 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 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 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine aus Scheiben (8) bestehen.

8. Einsatzkorb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Scheiben (8) Metallscheiben (9) befinden.

9. Einsatzkorb nach Anspruch 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 (26) 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 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle (17) mit einer metallischen Auskleidung (18) versehen sind.