EP0978849B1 - Endlagerbehälter für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken - Google Patents

Endlagerbehälter für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken Download PDF

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EP0978849B1
EP0978849B1 EP98114501A EP98114501A EP0978849B1 EP 0978849 B1 EP0978849 B1 EP 0978849B1 EP 98114501 A EP98114501 A EP 98114501A EP 98114501 A EP98114501 A EP 98114501A EP 0978849 B1 EP0978849 B1 EP 0978849B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
repository
cover
storage container
intermediate storage
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP98114501A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0978849A1 (de
Inventor
Harry Dr.-Ing. Spilker
Ulrich Dipl.-Ing. Knopp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GNB Gesellschaft fuer Nuklear Behaelter mbH
Original Assignee
GNB Gesellschaft fuer Nuklear Behaelter mbH
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Publication date
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Priority to EP98114501A priority patent/EP0978849B1/de
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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
    • G21F5/008—Containers for fuel elements
    • 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
    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • 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
    • G21F5/06—Details of, or accessories to, the containers
    • G21F5/12—Closures for containers; Sealing arrangements

Definitions

  • the invention relates to a repository for spent Fuel elements from nuclear power plants. - Usually and in accordance with the regulations, spent fuel assemblies from nuclear power plants first in appropriate containers temporarily stored in an interim storage facility. Subsequently the spent fuel for final disposal usually stored in an underground repository.
  • the intermediate storage container is usually with a double lid arrangement equipped which cover arrangement sealing devices in the form of metal seals and elastomer seals.
  • the tightness of the Containers are continuously monitored. This continuous Monitoring and maintenance is labor-intensive, personnel-intensive and expensive. There may also be manual maintenance work on the containers required maintenance personnel becomes an inevitable Exposed to radiation.
  • the Fuel assemblies from the interim storage containers to final storage containers reload.
  • the fuel assemblies are initially conditioned in a conditioning system and the conditioned Fuel rods are in the conditioning system filled into the repository. It goes without saying that this reloading of the fuel elements is complex. Also this results in a disadvantageous radiation exposure for the staff involved.
  • the invention is based on the technical problem specify a storage container with which the above Disadvantages set out can be avoided and in particular regarding the long-term storage of fuel elements all tightness criteria are met and that for the intermediate storage of the fuel elements is suitable as well can be fed directly to final storage after the intermediate storage is.
  • the invention teaches to solve this technical problem a repository for spent fuel Nuclear power plants, according to claim 1.
  • the scope of the invention the repository container is of particular importance directly in the water basin or reactor basin of the nuclear power plant filled with the fuel rods. It is within the scope of the invention that at the top of the primary cover a drainage line opening is formed. Then, preferably outside the water basin or reactor basin, a drainage or drying of Repository container carried out via the drainage line.
  • the drainage line is expedient pressurized with a vacuum.
  • the secondary cover according to the invention welded to the container jacket. Thereupon the final storage container temporarily stored. It is also in the Framework of the invention that drainage, drying and The secondary cover is only welded when the final storage container is already in an intermediate storage container located.
  • the invention Repository without further reloading the fuel rods are fed directly to final storage or placed in a repository.
  • a receptacle for Fuel rods means that both used for intermediate storage becomes immediately as well as after the intermediate storage can be sent to final storage.
  • the intermediate storage are expediently a plurality of the inventive Repository container in an intermediate storage container set.
  • the container jacket and the bottom of the repository made of steel, preferably made of fine grain steel.
  • Fine grain steel means in the context of the invention in particular a steel containing 0.15% carbon, 1.5% manganese and 0.75% nickel (15 MnNi 6 3). This material fulfills in advantageously all strength requirements and the weldability.
  • the container jacket of the final storage container is expediently cylindrical.
  • the invention is the primary lid in the container jacket screwed in.
  • the primary cover prefers a trapezoidal thread.
  • the primary cover from the same material as the container jacket and the container bottom are, preferably made of steel, preferably made of fine grain steel.
  • the primary cover neutron moderating and / or radiation absorbing Components on. This is conveniently on the primary cover a shielding plate made of neutron moderating and / or absorbent materials. So far it is within the scope of the invention that the primary cover a Shielding function with regard to the gamma radiation and / or Neutron radiation takes over.
  • a shielding plate is preferred arranged below the primary cover.
  • P refers the encapsulated shielding plate is immediately on connected the primary cover.
  • the shielding plate can for example as a neutron moderator plate made of titanium hydride or graphite.
  • the drainage line is preferably passed through the shielding plate.
  • the drainage line opening is expediently on the top of the primary cover with a plug lockable.
  • the plug contains a neutron moderating material. That way achieved that with closed repository or applied the primary cover neutron radiation the drainage pipe or drainage pipe opening can get through the primary cover.
  • the invention is between the primary cover and Container jacket arranged at least one sealing element. It is within the scope of the invention that the sealing element is designed as an elastomer seal.
  • the seal on Primary cover prevents gaseous substances from escaping before and during the welding of the secondary cover. In this respect, the primary cover takes on a temporary one Sealing function before and during the secondary cover welding.
  • the secondary cover consists of the same material as the container casing, and preferably made of steel, preferably of fine-grain structural steel.
  • the secondary lid is placed over the primary lid and preferably gas-tightly welded to the container jacket using a narrow-gap welding process.
  • the fuel elements in the repository container according to the invention are enclosed so tightly that further complex sealing measures or monitoring of the tightness are not necessary.
  • the secondary lid welded according to the invention forms a tight and permanent barrier both for the intermediate storage and for the final storage of the final storage container.
  • the radiation power measured on the outer surface of the secondary cover is always below 100 ⁇ Sv / h.
  • a gripping element is preferably connected to the secondary lid in order to facilitate the handling and transportation of the final storage container.
  • the entire repository is surrounded by a closed, corrosion-resistant outer layer.
  • This corrosion-resistant outer layer can be, for example, a ceramic layer.
  • Fuel rods in a tight packing vertically into the interior of the container set are preferred of the container interior after loading with the Fuel rods as low as possible. Due to the dense filling the fuel rods support each other with the fuel rods and to this extent also the mechanical resistance of the repository increased.
  • the invention is the repository for receiving the fuel rods of three pressurized water reactor fuel assemblies or to hold the fuel rods of nine boiling water reactor fuel elements designed.
  • Another one The embodiment of the invention is the repository container according to the invention for holding the fuel rods of four Pressurized water reactor fuel elements or to accommodate the Fuel rods designed from twelve boiling water reactor fuel elements.
  • the invention is based on the knowledge that the inventive Repository with fuel rods for intermediate storage in an intermediate storage container can be adjusted without expensive sealing measures this intermediate storage container required are. It is so far: within the scope of the invention that the Intermediate storage containers only with an intermediate storage container lid must be closed, for example in the intermediate storage container is screwed in. Due to the inventive design of the repository and its high tightness can be complex continuous Leakage checks of the intermediate storage container are not necessary. This also reduces the radiation exposure of the maintenance personnel reduced. It is within the scope of the invention that a plurality of the repository according to the invention in an intermediate storage container are introduced.
  • the invention is also based on the knowledge that the repository according to the invention after the intermediate storage easily and in a less complex manner of final storage can be supplied.
  • the storage in the Repository takes place after a sufficiently long interim storage period or after the radioactive activity and the Post-decay heat has subsided sufficiently.
  • the repository as such can be handled or can be transported without reloading the fuel or the fuel rods is required.
  • the secondary cover to weld the repository only when the final storage container is already in an intermediate storage container located.
  • the intermediate storage container lid of the intermediate storage container as it were as an auxiliary welding device serve for the welding of the repository.
  • the welding is carried out so that the said Intermediate storage container lid turned over its thread is that a loading opening of the intermediate storage container lid is arranged above a repository.
  • the repository is raised, so that expediently only the repository head of the repository protrudes from the loading opening.
  • Welding of the secondary cover without additional shielding measures possible.
  • the loading opening in the intermediate storage container lid can after welding the secondary cover the individual repository with a shielding plug be closed.
  • Disposable containers are expediently used, the outer diameter with others intended for final storage Containers matches, for example with the outer diameter of glass molds for glazed highly radioactive Waste from reprocessing.
  • - is the outside diameter of the cylindrical repository 350 to 550 mm, preferably 430 to 530 mm.
  • the wall thickness the container shell is preferably 30 to 100 mm, preferably 40 to 70 mm.
  • the amount of the invention Repository container from the bottom of the container bottom to The top of the secondary cover is expediently 4700 to 5300 mm, preferably 4800 to 5100 mm and very preferred 4900 to 5000 mm.
  • the primary cover thickness is preferably (without shielding plate) 150 to 300 mm, preferred 180 to 280 mm. According to a preferred embodiment of the invention does the secondary cover have a thickness (without gripping element) from 30 to 70 mm.
  • the thickness of the shield plate is preferably 50 to 100 mm.
  • the bottom of the container is facing expediently a thickness of 60 to 120 mm, preferred 80 to 100 mm.
  • the invention is distinguished by the considerable advantage from that by including the fuel elements in the invention Repository containers a reliable and permanent tight containment of the radioactive materials remains guaranteed.
  • the repository container according to the invention can be used for transport, for interim storage and also used for the final storage of the fuel elements become.
  • Drainage line a reliable drainage and Drying of the container interior can be achieved.
  • the drainage pipe led to the bottom of the tank can, especially when the fuel rods are packed tightly a surprisingly effective one in the container interior Drainage and drying can be achieved.
  • Essential to the invention is that the drainage or drying only with the primary cover applied and only after the drainage or drying of the secondary cover applied and is welded to the container jacket.
  • the invention relates to a repository 1 for spent Fuel elements from nuclear power plants.
  • the repository 1 consists of container jacket 2, container base 3, a container lid arrangement 4 and the container interior 5 (Figs. 1 and 2).
  • the container interior 5 does not take them shown fuel rods in the densest packing.
  • the container lid assembly 4 of the repository 1 has a primary lid 7, which primary lid 7 in the container jacket 2 via a corresponding one, not shown Thread is screwed in.
  • a primary lid 7 which primary lid 7 in the container jacket 2 via a corresponding one, not shown Thread is screwed in.
  • Shielding plate 8 made of a neutron moderating material attached, which shield plate 8 inside the container is oriented (see in particular Fig. 2).
  • Between the primary cover 7 and container jacket 2 is preferably not a shown sealing element, preferably in the form of a Metal seal, provided.
  • the container lid assembly 4 also has one the primary cover 7 arranged secondary cover 9, the is welded gas-tight to the container jacket 2.
  • Fig. 2 the corresponding weld seam 10 has been indicated.
  • a drainage line 17 is provided, which extend from the top of the container bottom 3 to extends to the top of the primary cover 7.
  • the drainage pipe 17 is according to the preferred embodiment and in Embodiment both through the primary cover 7 as also passed through the shielding plate 8.
  • a first drain line opening 19 is provided at the top of the primary cover 7 .
  • This drainage pipe opening 19 is closed in the figures with a plug 20.
  • the plug 20 preferably contains Neutron moderator material.
  • the drainage line 17 furthermore has at least one second drainage line opening 21, preferably with a little distance is arranged above the top of the container bottom 3.
  • the distance of the second drainage line opening 21 to Container bottom 3 is, for example, 10 to 20 mm.
  • a shield plate opening is in the shield plate 8 22 provided, preferably at the edge of the shielding plate 8 is arranged. So through this shield plate opening 22 incoming neutron radiation is shielded is, according to a preferred embodiment, the above described plug 20 with a neutron moderating Provide material.
  • the repository 1 in the water basin or reactor basin of a nuclear power plant loaded with fuel rods 6, which fuel rods 6 preferably in the densest packing vertically set in the container interior of the repository 1 become.
  • the primary cover 7 is applied and preferably screwed into the container jacket 2. This is followed by drainage and drying of the container interior 5 via the drainage line 17 instead of.
  • a negative pressure in the interior of the container is preferably used for this purpose 5 generated.
  • the plug 20 is preferably into the first drainage line opening 19 of the primary cover 7 used. Thereupon the application and The secondary cover 9 is welded.
  • the repository 1 also points in the area of the container lid arrangement 4 preferably a handling flange 23 on the safe handling of the repository 1 supported.
  • the handling flange 23 also serves for fixing when screwing in the primary cover 7.
  • a gripping element 24 is connected to the secondary cover.
  • the Gripping element 24 is used for easier handling of the repository 1 and can for example be gripped by a crane become.
  • the repository 1 according to the invention with the recorded Fuel rods 6 for intermediate storage in an intermediate storage container 11 set (Fig. 4).
  • a repository according to the invention to hold about 2400 kg fuel rods (from three Fuel elements of a pressurized water reactor), for example an outer diameter of 430 mm and an inner diameter from 330 mm.
  • the wall thickness of the container jacket is therefore 50 mm.
  • the vertical length of the container interior is expediently 4470 mm.
  • the primary cover preferably has a thickness (without shielding plate) of 250 mm and a shielding plate made of moderator material has a thickness of 80 mm.
  • the secondary cover has expediently a thickness of 50 mm.
  • the thickness of the bottom of the container is preferably 90 mm.
  • the entire vertical The length of the repository is expediently 4985 mm.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)
  • Closures For Containers (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken. - Üblicherweise und den Vorschriften entsprechend werden abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken zunächst in entsprechenden Behältern in einem Zwischenlager zwischengelagert. Anschließend werden die abgebrannten Brennelemente zur Endlagerung in ein in der Regel unterirdisches Endlager eingelagert.
Bei den aus der Praxis bekannten Maßnahmen werden die Brennstäbe von abgebrannten Brennelementen aus den Kernkraftwerken in Zwischenlagerbehälter eingebracht und in diesen Behältern zwischengelagert. Für die Zwischenlagerung sind für den gesamten Zwischenlagerungszeitraum aufwendige Überwachungsmaßnahmen erforderlich. Der Zwischenlagerbehälter ist üblicherweise mit einer Doppeldeckelanordnung ausgestattet, welche Deckelanordnung Dichtungseinrichtungen in Form von Metalldichtungen und Elastomerdichtungen aufweist. Während der Zwischenlagerung muß die Dichtigkeit der Behälter kontinuierlich überwacht werden. Diese kontinuierliche Überwachung und Wartung ist arbeitsaufwendig, personalaufwendig und kostenaufwendig. Da unter Umständen auch manuelle Wartungsarbeiten an den Behältern erforderlich sind, wird das Wartungspersonal einer unvermeidlichen Strahlenbelastung ausgesetzt. Nach der Zwischenlagerungszeit ist im Rahmen der bekannten Maßnahmen vorgesehen, die Brennelemente aus den Zwischenlagerbehältern in Endlagerbehälter umzuladen. Die Brennelemente werden dabei zunächst in einer Konditionierungsanlage konditioniert und die konditionierten Brennstäbe werden in der Konditionierungsanlage in die Endlagerbehälter eingefüllt. Es versteht sich, daß dieses Umladen der Brennelemente aufwendig ist. Auch hierbei ergibt sich eine nachteilhafte Strahlenbelastung für das beteiligte Personal.
Demgegenüber liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, einen Lagerbehälter anzugeben, mit dem die oben dargelegten Nachteile vermieden werden können und der insbesondere bezüglich einer langfristigen Lagerung von Brennelementen allen Dichtigkeitskriterien genügt und der für die Zwischenlagerung der Brennelemente geeignet ist sowie nach der Zwischenlagerung unmittelbar einer Endlagerung zuführbar ist.
Zur Lösung dieses technischen Problems lehrt die Erfindung einen Endlagerbehälter für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken, gemäß dem Anspruch 1.
Nach bevorzugter Ausführungsform, der im Rahmen der Erfindung besondere Bedeutung zukommt, wird der Endlagerbehälter unmittelbar im Wasserbecken bzw. Reaktorbecken des Kernkraftwerkes mit den Brennstäben befüllt. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß an der Oberseite des Primärdeckels eine Entwässerungsleitungsöffnung ausgebildet ist. Anschließend wird, bevorzugt außerhalb des Wasserbeckens bzw. Reaktorbeckens, eine Entwässerung bzw. Trocknung des Endlagerbehälters über die Entwässerungsleitung durchgeführt. Dazu wird zweckmäßigerweise die Entwässerungsleitung mit einem Unterdruck beaufschlagt. Nachdem der Entwässerungsvorgang bzw. Trocknungsvorgang vollständig abgeschlossen ist, wird der erfindungsgemäße Sekundärdeckel mit dem Behältermantel verschweißt. Daraufhin wird der Endlagerbehälter zunächst zwischengelagert. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß die Entwässerung, Trocknung und Verschweißung der Sekundärdeckel erst dann erfolgt, wenn sich der Endlagerbehälter bereits in einem Zwischenlagerbehälter befindet. Nach der Zwischenlagerung kann der erfindungsgemäße Endlagerbehälter ohne ein weiteres Umladen der Brennstäbe unmittelbar der Endlagerung zugeführt werden bzw. in ein Endlager eingebracht werden. - Den vorstehenden Ausführungen ist entnehmbar, daß der Begriff Endlagerbehälter im Rahmen der Erfindung einen Aufnahmebehälter für Brennstäbe meint, der sowohl für die Zwischenlagerung eingesetzt wird als auch nach der Zwischenlagerung unmittelbar der Endlagerung zugeführt werden kann. Bei der Zwischenlagerung sind zweckmäßigerweise eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Endlagerbehälter in einen Zwischenlagerbehälter eingestellt. Nach der Zwischenlagerung werden die Endlagerbehälter dem Zwischenlagerbehälter entnommen und in das Endlager eingeführt.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Behältermantel und der Behälterboden des Endlagerbehälters aus Stahl, vorzugsweise aus Feinkornbaustahl, bestehen. Feinkornbaustahl meint im Rahmen der Erfindung insbesondere einen Stahl mit einem Gehalt von 0,15 % Kohlenstoff, 1,5 % Mangan und 0,75 % Nickel (15 MnNi 6 3). Dieser Werkstoff erfüllt in vorteilhafter Weise alle Anforderungen an die Festigkeit und an die Verschweißbarkeit. Der Behältermantel des Endlagerbehälters ist zweckmäßigerweise zylindrisch ausgeführt.
Erfindungsgemäß besteht die Behälterdeckelanordnung des Endlagerbehälters aus zwei Deckeln. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist der Primärdeckel in den Behältermantel eingeschraubt. Hierzu weist der Primärdeckel bevorzugt ein Trapezgewinde auf. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Primärdeckel aus dem gleichen Material wie der Behältermantel und der Behälterboden besteht, vorzugsweise aus Stahl, bevorzugt aus Feinkornbaustahl. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Primärdeckel neutronenmoderierende und/oder strahlungsabsorbierende Bauelemente auf. Zweckmäßigerweise ist hierzu am Primärdeckel eine Abschirmplatte aus neutronenmoderierenden und/oder absorbierenden Materialien angeordnet. Insoweit liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der Primärdeckel eine Abschirmungsfunktion bezüglich der Gammastrahlung und/oder Neutronenstrahlung übernimmt. Vorzugsweise ist eine Abschirmplatte unterhalb des Primärdeckels angeordnet. Bevorzugt ist die gekapselte Abschirmplatte dabei unmittelbar an den Primärdeckel angeschlossen. Die Abschirmplatte kann beispielsweise als Neutronenmoderatorplatte aus Titanhydrid oder Graphit ausgeführt sein. Vorzugsweise ist die Entwässerungsleitung durch die Abschirmplatte hindurchgeführt. Zweckmäßigerweise ist die Entwässerungsleitungsöffnung an der Oberseite des Primärdeckels mit einem Verschlußstopfen verschließbar. Vorzugsweise enthält der Verschlußstopfen ein neutronenmoderierendes Material. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei verschlossenem Endlagerbehälter bzw. bei aufgebrachtem Primärdeckel Neutronenstrahlung nicht über die Entwässerungsleitung bzw. Entwässerungsleitungsöffnung durch den Primärdeckel gelangen kann. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Primärdeckel und Behältermantel zumindest ein Dichtungselement angeordnet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß das Dichtungselement als Elastomerdichtung ausgeführt ist. Die Abdichtung am Primärdeckel verhindert den Austritt von gasförmigen Substanzen vor und während der Verschweißung des Sekundärdeckels. Insoweit übernimmt der Primärdeckel eine temporäre Dichtfunktion vor und während der Sekundärdeckelverschweißung.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Sekundärdeckel aus dem gleichen Material wie der Behältermantel besteht und zwar vorzugsweise aus Stahl, bevorzugt aus Feinkornbaustahl. Der Sekundärdeckel wird über den Primärdeckel aufgelegt und vorzugsweise mit Hilfe eines Engspaltschweißverfahrens mit dem Behältermantel gasdicht verschweißt. Hierdurch werden die Brennelemente in dem erfindungsgemäßen Endlagerbehälter so dicht eingeschlossen, daß weitere aufwendige Dichtungsmaßnahmen oder Überwachungen der Dichtigkeit nicht erforderlich sind. Insbesondere der erfindungsgemäß verschweißte Sekundärdeckel bildet eine dichte und dauerhafte Barriere sowohl für die Zwischenlagerung als auch für die Endlagerung des Endlagerbehälters. Die an der Außenoberfläche des Sekundärdeckels gemessene Strahlungsleistung liegt stets unter 100 µSv/h. An dem Sekundärdeckel ist vorzugsweise ein Greifelement angeschlossen, um die Handhabung und den Transport des Endlagerbehälters zu erleichtern. - Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der gesamte Endlagerbehälter mit einer geschlossenen korrosionsresistenten Außenschicht umgeben ist. Bei dieser korrosionsbeständigen Außenschicht kann es sich beispielsweise um eine Keramikschicht handeln.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Brennstäbe in dichter Packung vertikal in den Behälterinnenraum eingestellt. Vorzugsweise ist das freie Innenvolumen des Behälterinnenraumes nach der Beladung mit den Brennstäben möglichst gering. Durch die dichte Befüllung mit den Brennstäben stützen sich die Brennstäbe gegenseitig ab und insoweit wird auch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Endlagerbehälters erhöht. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Endlagerbehälter zur Aufnahme der Brennstäbe von drei Druckwasserreaktor-Brennelementen oder zur Aufnahme der Brennstäbe von neun Siedewasserreaktor-Brennelementen ausgelegt. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der erfindungsgemäße Endlagerbehälter für die Aufnahme der Brennstäbe von vier Druckwasserreaktor-Brennelementen oder zur Aufnahme der Brennstäbe von zwölf Siedewasserreaktor-Brennelementen ausgelegt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die erfindungsgemäßen Endlagerbehälter mit aufgenommenen Brennstäben zur Zwischenlagerung in einen Zwischenlagerbehälter eingestellt werden können, ohne daß aufwendige Abdichtungsmaßnahmen dieses Zwischenlagerbehälters erforderlich sind. Es liegt insoweit: im Rahmen der Erfindung, daß der Zwischenlagerbehälter lediglich mit einem Zwischenlagerbehälterdeckel verschlossen werden muß, der beispielsweise in den Zwischenlagerbehälter eingeschraubt ist. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Endlagerbehälters und dessen hoher Dichtigkeit können aufwendige kontinuierliche Dichtheitsüberprüfungen des Zwischenlagerbehälters entfallen. Damit wird auch die Strahlenbelastung des Wartungspersonals reduziert. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Endlagerbehälter in einen Zwischenlagerbehälter eingebracht sind.
Der Erfindung liegt fernerhin die Erkenntnis zugrunde, daß die erfindungsgemäßen Endlagerbehälter nach der Zwischenlagerung problemlos und auf wenig aufwendige Weise der Endlagerung zugeführt werden können. Die Einlagerung in das Endlager erfolgt nach einer ausreichend langen Zwischenlagerungszeit bzw. nachdem die radioaktive Aktivität und die Nachzerfallswärme ausreichend abgeklungen sind. Die Endlagerbehälter als solche können ohne weiteres gehandhabt bzw. transportiert werden, ohne daß eine Umladung der Brennelemente bzw. der Brennstäbe erforderlich ist.
Es liegt im übrigen im Rahmen der Erfindung, den Sekundärdeckel des Endlagerbehälters erst zu verschweißen, wenn sich der Endlagerbehälter bereits in einem Zwischenlagerbehälter befindet. Dabei kann der Zwischenlagerbehälterdeckel des Zwischenlagerbehälters gleichsam als Schweißhilfsvorrichtung für die Verschweißung der Endlagerbehälter dienen. Die Verschweißung wird dabei so durchgeführt, daß der genannte Zwischenlagerbehälterdeckel über sein Gewinde so gedreht wird, daß eine Beladeöffnung des Zwischenlagerbehälterdeckels über einem Endlagerbehälter angeordnet ist. Dann wird der Endlagerbehälter angehoben, so daß zweckmäßigerweise nur der Endlagerbehälterkopf des Endlagerbehälters aus der Beladeöffnung herausragt. Anschließend ist eine Verschweißung des Sekundärdeckels ohne zusätzliche Abschirmmaßnahmen möglich. Die Beladeöffnung im Zwischenlagerbehälterdeckel kann nach dem Verschweißen der Sekundärdeckel der einzelnen Endlagerbehälter mit einem Abschirmstopfen verschlossen werden.
Zweckmäßigerweise werden Endlagerbehälter eingesetzt, deren äußerer Durchmesser mit anderen für die Endlagerung vorgesehenen Behältern übereinstimmt, beispielsweise mit dem äußeren Durchmesser von Glaskokillen für verglaste hochradioaktive Abfälle aus der Wiederaufarbeitung. Dies bedingt den Vorteil, daß beide Behältertypen auf gleiche Weise problemlos gehandhabt werden können und in entsprechenden Endlagerabschirmbehältern oder unmittelbar in entsprechenden Bohrlöchern endgelagert werden können. - Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser der zylindrischen Endlagerbehälter 350 bis 550 mm, bevorzugt 430 bis 530 mm. Die Wandstärke des Behältermantels beträgt vorzugsweise 30 bis 100 mm, bevorzugt 40 bis 70 mm. Die Höhe des erfindungsgemäßen Endlagerbehälters von der Behälterbodenunterseite bis zur Oberseite des Sekundärdeckels beträgt zweckmäßigerweise 4700 bis 5300 mm, bevorzugt 4800 bis 5100 mm und sehr bevorzugt 4900 bis 5000 mm. Vorzugsweise beträgt die Primärdeckeldicke (ohne Abschirmplatte) 150 bis 300 mm, bevorzugt 180 bis 280 mm. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Sekundärdeckel eine Dicke (ohne Greifelement) von 30 bis 70 mm auf. Die Dicke der Abschirmplatte beträgt vorzugsweise 50 bis 100 mm. Der Behälterboden weist zweckmäßigerweise eine Dicke von 60 bis 120 mm, bevorzugt 80 bis 100 mm auf.
Die Erfindung zeichnet sich durch den beachtlichen Vorteil aus, daß durch Aufnahme der Brennelemente in den erfindungsgemäßen Endlagerbehältern ein funktionssicherer und dauerhaft dichter Einschluß der radioaktiven Materialien gewährleistet bleibt. Die erfindungsgemäßen Endlagerbehälter können sowohl für den Transport, für die Zwischenlagerung und auch für die Endlagerung der Brennelemente eingesetzt werden. - Zunächst kann durch die erfindungsgemäße Entwässerungsleitung eine funktionssichere Entwässerung und Trocknung des Behälterinnenraumes erreicht werden. Dadurch, daß die Entwässerungsleitung bis zum Behälterboden geführt ist, kann insbesondere bei dichtester Packung der Brennstäbe in dem Behälterinnenraum eine überraschend wirksame Entwässerung und Trocknung erzielt werden. Vorzugsweise wird mittels der Entwässerungsleitung eine Unterdrucktrocknung des Behälterinnenraumes durchgeführt. Erfindungswesentlich ist, daß die Entwässerung bzw. Trocknung lediglich bei aufgebrachtem Primärdeckel erfolgt und erst nach der Entwässerung bzw. Trocknung der Sekundärdeckel aufgebracht und mit dem Behältermantel verschweißt wird. Dadurch wird ein besonders dichter Verschluß des erfindungsgemäßen Endlagerbehälters erzielt. Durch den erfindungsgemäßen Verschluß, insbesondere den schweißtechnischen Verschluß des Endlagerbehälters kann der gasdichte Einschluß der radioaktiven Stoffe während des Transportes, der Zwischenlagerung und der Endlagerung sichergestellt werden. Aufwendige Umladungen der Brennelemente bzw. Brennstäbe sind erfindungsgemäß nicht erforderlich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1
einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Endlagerbehälter,
Fig. 2
den Ausschnitt A aus Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,
Fig. 3
einen Schnitt B-B durch den Gegenstand nach Fig. 2 in der Draufsicht und
Fig. 4
einen Längsschnitt durch einen Zwischenlagerbehälter mit eingesetzten erfindungsgemäßen Endlagerbehältern.
Die Erfindung betrifft einen Endlagerbehälter 1 für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken. Der Endlagerbehälter 1 besteht aus Behältermantel 2, Behälterboden 3, einer Behälterdeckelanordnung 4 und dem Behälterinnenraum 5 (Fig. 1 und 2). Der Behälterinnenraum 5 nimmt die nicht dargestellten Brennstäbe in dichtester Packung auf.
Die Behälterdeckelanordnung 4 des Endlagerbehälters 1 weist einen Primärdeckel 7 auf, welcher Primärdeckel 7 in den Behältermantel 2 über ein entsprechendes nicht dargestelltes Gewinde eingeschraubt ist. Nach bevorzugter Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel ist am Primärdeckel 7 eine Abschirmplatte 8 aus einem neutronenmoderierenden Material angebracht, welche Abschirmplatte 8 behälterinnenseitig orientiert ist (siehe insbesondere Fig. 2). Zwischen Primärdeckel 7 und Behältermantel 2 ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Dichtungselement, bevorzugt in Form einer Metalldichtung, vorgesehen.
Die Behälterdeckelanordnung 4 weist fernerhin einen über dem Primärdeckel 7 angeordneten Sekundärdeckel 9 auf, der mit dem Behältermantel 2 gasdicht verschweißt ist. In Fig. 2 ist die entsprechende Schweißnaht 10 angedeutet worden.
Erfindungsgemäß ist eine Entwässerungsleitung 17 vorgesehen, die sich von der Oberseite des Behälterbodens 3 bis zur Oberseite des Primärdeckels 7 erstreckt. Die Entwässerungsleitung 17 ist nach bevorzugter Ausführungsform und im Ausführungsbeispiel sowohl durch den Primärdeckel 7 als auch durch die Abschirmplatte 8 geführt. An der Oberseite des Primärdeckels 7 ist eine erste Entwässerungsleitungsöffnung 19 vorgesehen. Diese Entwässerungsleitungsöffnung 19 ist in den Figuren mit einem Verschlußstopfen 20 verschlossen. Der Verschlußstopfen 20 enthält vorzugsweise Neutronenmoderatormaterial. Die Entwässerungsleitung 17 weist fernerhin zumindest eine zweite Entwässerungsleitungsöffnung 21 auf, die vorzugsweise mit wenig Abstand oberhalb der Oberseite des Behälterbodens 3 angeordnet ist. Der Abstand der zweiten Entwässerungsleitungsöffnung 21 zum Behälterboden 3 beträgt beispielsweise 10 bis 20 mm. In Fig. 3 ist im übrigen angedeutet worden, wie die Entwässerungsleitung 17 die bevorzugt als Neutronenmoderatorplatte ausgebildete Abschirmplatte 8 vorzugsweise durchläuft. Hierzu ist in der Abschirmplatte 8 eine Abschirmplattenöffnung 22 vorgesehen, die vorzugsweise am Rand der Abschirmplatte 8 angeordnet ist. Damit durch diese Abschirmplattenöffnung 22 gelangende Neutronenstrahlung abgeschirmt wird, ist nach bevorzugter Ausführungsform der oben beschriebene Verschlußstopfen 20 mit einem neutronenmoderierenden Material versehen.
Nach besonders bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird der Endlagerbehälter 1 im Wasserbecken bzw. Reaktorbecken eines Kernkraftwerkes mit Brennstäben 6 beladen, welche Brennstäbe 6 vorzugsweise in dichtester Packung vertikal in den Behälterinnenraum des Endlagerbehälters 1 eingestellt werden. Anschließend wird der Primärdeckel 7 aufgebracht und vorzugsweise in den Behältermantel 2 eingeschraubt. Daraufhin findet eine Entwässerung und Trocknung des Behälterinnenraumes 5 über die Entwässerungsleitung 17 statt. Vorzugsweise wird hierzu ein Unterdruck in dem Behälterinnenraum 5 erzeugt. Nachdem die Entwässerung und Trocknung des Behälterinnenraumes 5 abgeschlossen ist, erfolgt eine Befüllung des Innenraums mit einem Inertgas (z. B. Argon); danach wird vorzugsweise der Verschlußstopfen 20 in die erste Entwässerungsleitungsöffnung 19 des Primärdeckels 7 eingesetzt. Daraufhin kann das Aufbringen und Verschweißen des Sekundärdeckels 9 erfolgen. - Der Endlagerbehälter 1 weist im übrigen im Bereich der Behälterdeckelanordnung 4 vorzugsweise einen Hantierungsflansch 23 auf, der die funtionssichere Handhabung des Endlagerbehälters 1 unterstützt. Der Hantierungsflansch 23 dient auch zur Fixierung beim Einschrauben des Primärdeckels 7. - Vorzugsweise und im Ausführungsbeispiel ist an der Oberseite des Sekundärdeckels ein Greifelement 24 angeschlossen. Das Greifelement 24 dient zur einfacheren Handhabung des Endlagerbehälters 1 und kann beispielsweise von einem Kran erfaßt werden.
Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung werden die erfindungsgemäßen Endlagerbehälter 1 mit den aufgenommenen Brennstäben 6 zur Zwischenlagerung in einen Zwischenlagerbehälter 11 eingestellt (Fig. 4). Vorzugsweise werden sieben erfindungsgemäße Endlagerbehälter 1 in den Zwischenlagerbehälter 11 eingestellt. Da bei dem erfindungsgemäßen Endlagerbehälter 1 eine effektive und funktionssichere Abdichtung durch die erfindungsgemäße Behälterdeckelanordnung 4 verwirklicht ist, reicht es aus, lediglich einen Zwischenlagerbehälterdeckel 12 vorzusehen, der bevorzugt in den Zwischenlagerbehälter 11 eingeschraubt ist (Fig. 4.). Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist oberhalb des Zwischenlagerbehälterdeckels 12 eine Moderatorplatte 13 angeordnet. Es liegt fernerhin im Rahmen der Erfindung, daß in der Behälterwandung des Zwischenlagerbehälters 11 vertikale Moderatorbohrungen 14 vorgesehen sind, die mit einem Moderatormaterial befüllt sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert: Ein erfindungsgemäßer Endlagerbehälter zur Aufnahme von etwa 2400 kg Brennstäben (aus drei Brennelementen eines Druckwasserreaktors) weist beispielsweise einen Außendurchmesser von 430 mm sowie einen Innendurchmesser von 330 mm auf. Die Wandstärke des Behältermantels beträgt somit 50 mm. Die vertikale Länge des Behälterinnenraums beträgt zweckmäßigerweise 4470 mm. Der Primärdeckel hat vorzugsweise eine Dicke (ohne Abschirmplatte) von 250 mm und eine Abschirmplatte aus Moderatormaterial weist eine Dicke von 80 mm auf. Der Sekundärdeckel hat zweckmäßigerweise eine Dicke von 50 mm. Die Dicke des Behälterbodens beträgt vorzugsweise 90 mm. Die gesamte vertikale Länge des Endlagerbehälters beträgt zweckmäßigerweise 4985 mm.

Claims (5)

  1. Endlagerbehälter (1) für abgebrannte Brennelemente aus Kernkraftwerken, - mit
    Behältermantel (2), Behälterboden (3), Behälterdeckelanordnung (4) und Behälterinnenraum (5),
    wobei der Behälterinnenraum (5) zur Aufnahme von Brennstäben (6) der Brennelemente ausgelegt ist,
    wobei die Behälterdeckelanordnung (4) einen Primärdeckel (7) aufweist, der mit dem Behältermantel (2) arretiert ist,
    wobei zwischen Primärdeckel (7) und Behältermantel (2) zumindest ein Dichtungselement angeordnet ist, wobei zumindest eine Entwässerungsleitung (17) vorgesehen ist, welche sich von der Oberseite des Behälterbodens (3) bis zur Oberseite des Primärdeckels (7) erstreckt, und wobei die Behälterdeckelanordnung (4) fernerhin einen über dem Primärdeckel (7) angeordneten Sekundärdeckel (9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärdeckel (7) in den Behältermantel (2) eingeschraubt ist und der Sekundärdeckel (9) mit dem Behältermantel (2) verschweißt ist.
  2. Endlagerbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Primärdeckels (7) eine Abschirmplatte (8) angeordnet ist.
  3. Endlagerbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerungsleitung (17) durch die Abschirmplatte (8) geführt ist.
  4. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Behälterdeckelanordnung (4) endlagerbehälteraußenseitig ein Hantierungsflansch (23) angeschlossen ist.
  5. Endlagerbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite des Sekundärdeckels (9) zumindest ein Greifelement (24) angeschlossen ist.
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