DE3216855C2 - Behälter zum Lagern neuer Brennelemente - Google Patents

Abstract

Die Brennelemente (6) eines wassergekühlten Kernreaktors umfassen mehrere, den Brennstoff einschließende Hüllrohre (40) und Endstücke (41, 42) zur Festlegung. Sie werden vor dem Einbringen in den Reaktor an definierten Stellen eines Lagers (36) mit einer feststehenden Halterung (17) in vertikaler Richtung angeordnet. Dabei ist erfindungsgemäß jedes Brennelement (6) über mindestens die Länge seiner Hüllrohre (40) mit einer Büchse (20) aus Absorbermaterial umgeben. Diese Büchse ist von einer Hülle (48) umgeben, die an der Halterung (17) leicht lösbar befestigt ist. Das neue Lager (36) ist insbesondere für hochangereicherte Brennelemente (6) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Behälter zum Lagern neuer Brennelemente eines wassergekühlten Kernreaktors, die mehrere den Kernbrennstoff einschließende Brennstäbe und Endstücke zur Festlegung der Brennstäbe umfassen, mit einer Büchse aus Absorbermaterial, die eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie die Länge der Brennstäbe der zu lagernden Brennelemente, und deren Querschnitt so bemessen ist, daß der Querschnitt des zu lagernden Brennelements mit einem kleineren Spiel als die Dicke eines Brennstabs umschlossen wird, wobei der Behälter in einer feststehenden Halterung mit leicht lösbaren Befestigungsmittel anbringbar ist.

Ein solcher Behälter ist z. B. aus der DE-OS 22 56 876 bekannt, die eine Transporteinrichtung für Brennelemente zeigt. Dabei sind die Brennelemente an einem festen Tragkörper mit schwenkbaren Winkeln angebracht, die über die aus dünnem, verformbarem Blech bestehende Büchse auf die Brennelemente drücken. Zum Entladen werden die Transporteinrichtungen in einem Lager befestigt, das deswegen benötigt wird, weil neue Brennelemente üblicherweise nur in kleiner Zahl.

zum Beispiel zu zweit, aus der Brennelementfabrik zum Kernreaktor gebracht werden. Andererseits muß für den einmal jährlich in wenigen Tagen stattfindenden Brennelementwechsel ein Drittel der gesamten, für den Kern verwendeten Zahl von mehr als 100 Brennelementen am Reaktor zur Verfügung stehen.

Bisher wurde die Lagerung neuer Brennelemente als problemlos angesehen, weil bei diesen keine Strahlung zu berücksichtigen ist, die die Handhabung verbrauchter Brennelemente so stark erschwert. Allerdings sind Brennelemente monderner Druckwasserreaktoren mit einem quadratischen Querschnitt von etwa 20 cm Kantenlänge und einer Höhe von 5 m bei Brennstabdurchmossern von 1 cm mechanisch sehr empfindlich. Auch an die Reinheit werden höchste Anforderungen gestellt. Diese Forderungen wurden aber bisher dadurch erfüllt, daß die Brennelemente mit geeigneten Handha^ungseinrichtungen von dem für die Anlieferung verwendeten Träger abgenommen und an definierten Stellen in einer feststehenden Halterung in vertikaler Richtung angebracht worden sind. Solche Halterungen, die auf engem Raum möglichst viele Brennelemente unterzubringen gestatten, haben nach der DE-OS 22 35 796 drehbare, kreuzförmige Traggestelle, in die die Brennelemente unmittelbar, d. h. ohne Umhüllung, eingehängt werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Behälter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Brennelemente auch Störungsgefahren mit starken mechanischen Belastungen gewachsen sind. Der Behälter soll ferner für höhere Anreicherungsstufen von Brennelementen ausgelegt sein, die bekanntlich in bezug auf die kritische Masse mit steigender Anreicherung immer empfindlicher werden.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Büchse mit einer distanzierten Hülle umgeben ist, die als Tragstruktur dient und die mit einer Büchse einen doppelwandigen Körper bildet.

Mit solchen Behältern erhält man - wie bei dem aus der DE-OS 22 56 976 bekannten Behälter - die bei Störungen, z. B. Erdbeben auftretende Seitenkräfie großflächig und damit ohne starke mechanische Beanspruchung auf die Brennelemente zu übertragen gestattet. Außerdem ergibt sich eine strahlungstechnische Abschirmung, so daß die Brennelemente auch bei höheren Anreicherungsgraden von zum Beispiel 4,5% oder mehr mit Sicherheit im außerkritischen Bereich liegen. Zusätzlich ist aber beim erfindungsgemäßen Behälter dafür gesorgt, daß ein gewünschter Mindestabstand zwischen benachbarten Brennelementen auch dann nicht

so unterschritten werden kann, wenn für die Halterung der Brennelemente in Sicherheitsbetrachtungen ein Schaden untersteilt wird.

Die Büchse kann mit Spiel in der Hülle sitzen und über Distanzstücke an dieser abgestützt sein. Die Hülle wiederum kann am oberen Ende vorteilhaft eine Verdikkung zur Festlegung in einer zweizinkigen Halterung aufweisen. Die Verdickung kann auch eine Ausnehmung für einen Greifhaken aufweisen. Unter Umständen kann ein solcher Greifhaken aber auch an einem vorspringenden Zapfen angreifen.

Das Absorbermaterial der Büchse besteht vorteilhaft aus borhaltigem Aluminium, das in Form der sogenannten Boralbleche verarbeitet wird. Üblich ist hierfür eine Sandwich-Bauweise. Noch günstiger erscheint es jedoch, die Büchse aus borhaltigem Stahlblech mit vorzugsweise mindestens 1 Gew.-% Bor herzustellen, weil dies wegen seiner größeren Härte den betrieblichen Beanspruchungen beim Einführen und Herausziehen der

Brennelemente besser gewachsen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Hülle aus einem Mantel und einem diesen unten dicht abschließenden Boden. Damit kann sichergestellt werden, daß Verschmutzungen durch Staub, Dampf oder gar Flüssigkeit von den Brennelementen ferngehalten werden. Zu dem gleichen Zweck kann die Buchs" durch einen in den Mantel greifenden «Jeckel auch oben dicht verschlossen werden.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In der Fig. 1 ist in einer Draufsicht und in Fig.2 in einem Vertikalschnitt ein Teil eines Druckwasserreaktors dargestellt. Fig.3 zeigt eine einzelne Büchse mit Hülle in einem vertikalen Längsschnitt im größeren Maßstab.

Das Lager für neue Brennelemente ist in dem Ringraum eines Kernkraftwerkes mit einem Druckwasserreaktor angeordnet, der zwischen einem inneren Betongebäudc ! und der in Form einer Stahlkugel 2 ausgebildeten Sicherheitshülle vorhanden ist. Dabei ist d:.s Lager nur über einen Teil seiner sich in Umfangsrichtung der Kugel erstreckenden Lage dargestellt.

Auf einer sogenannten Behälterbühne 3 ist ein Brennelement-Transportbehälter 4 abgestellt. Er umfaßt einen Winkelträger 5 mit dem aus der F i g. 1 ersichtlichen T-Profil. In den Ecken des T-Profiis sind zwei Brennelemente 6 gezeichnet, die beim Transport mit Winkeln 7 und 7' festgespannt sind. Der Behälter 4 wird von einem nicht dargestellten Hebezeug durch eine Deckenöffnung 8 in Richtung des Pfeiles 9 (F i g. 2) angeliefert. Auf der Behälterbühne ist der mit 7' bezeichnete Winkel weggeklappt, so daß das eine der beiden Brennelemente 6 von dem Transportbehälter 4 abgenommen werden kann.

Neben der Behälterbühne 3 ist, wie F i g. 1 zeigt, eine Inspektionseinrichtung 10 vorgesehen. Sie umfaßt einen trichterförmigen Einlauf 11 sowie eine zur Distanzierung dienence Barriere 12 und eine Konsole 13 zum Abstellen von zwei Steuerelementen. Die Inspektionseinrichtung 10 bildet eine Führung für die Brennelemente, so daß dort eine Inspektion vorgenommen werden kann, um sich von der Unversehrtheit der Brennelemente zu überzeugen.

Neben dtr Inspektionseinrichtung 10 ist eine zur Übergabe dienende Brennelementposition 14 vorgesehen, die noch im Bereich dec durch die Deckenöffnung 8 begrenzten Weges des Hebezeuges zur Bedienung der Behälterbühne 3 und de, Inspektionseinrichtung 10 liegt. Dort werden die neuen Brennelemente nach der Anlieferung tind Inspektion in Büchsen 20 abgesetzt, mit denen sie dann in Richtung des Pfeils 21 (Fig. 1) weitertransportiert werden.

Zur Lagerung der Brennelemente 6 sind an Wänden 15 mit Abstandsstücken 16 Halterungen 17 angebracht. Sie besitzen vorspringende Zinken 18, die im Abstand von zum Beispiel 25 cm angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei Zinken 18 ist eine Büchse 20 angeordnet, die zur Aufnahme der Brennelemente 6 einen diesen angepaßten im Querschnitt quadratischen Hohlraum aufweist.

In F i g. 2 ist zu sehen, daß die Büchsen 20 mit ihrem unteren Ende 22 in einem Auflager 23 sitzen, das die Büchse 20 ringförmig umschließt und damit festlegt. An der Oberseite der Büchsen 20 sind die von den Abstandsstücken 16 ausgehenden Zinken 18 so zu beiden Seiten angeordnet, daß an der der Halterung 17 abgekehrten Seite der Zinken gelegene Bügel 24 in die Verdickung 25 der Büchse ragen. Damit ist auch das obere Ende der Büchse 20 festgelegt.

Die Verdickung 25 aus austenitischem Stahl ist mit einem Mantelkörper durch Schweißen unlösbar verbunden. Sie bildet mit Schlitzen 26 Ausnehmungen für den Eingriff eines Greifers 28. der an einem Lagerkran 29 angebracht ist. Der Lagerkran ist als Laufkatze ausgestaltet. Die zugehörige Schiene 30 ist mit zwei Laufwerken 31 und 32 an einem Schienenpaar 33 aufgehängt, das an der Lagerdecke 34 befestigt ist. Der Bewegungsspielraum der Laufkatze, für den der Pfei! 21 ein Beispiel ist, wird durch die Barriere 12 und ein Geländer 35 von dem durch die Deckenöffnung bestimmten Bewegungsbereich des anderen Hebezeuges so _bgeschrankt, daß nur die für die Übergabe erforderliche Überschneidung vorliegt.

Das als Ganzes mit 36 bezeichnete Lager liegt neben einem Brennelement Lagerbecken 37, von dem es durch die Betonwand 1 getrennt ist. Es ist 'Hoch im Gegensatz zu diesem nicht mit Wasser gefiHt Zum Relnden des Reaktors werden die neuen Brennelemente in der Brennelementposition 14 von dem durch die Decke 34 greifenden Hebezeug aus der Büchse 20 entnommen und in Richtung des Pfeiles 38 in eine Übergabestation 39 eingesetzt. Mit dieser werden sie zum Grund des Lagerbeckens 37 abgesenkt, so daß der weitere Transport mit einer nicht dargestellten Lademaschine trotz des Herausziehens aus der Übergabesiation 39 nur noch unter Wasser erfolgt.

Die Büchsen 20 bestehen beim Ausführungsbeispiel aus Borstahl, d. h. einem austenitischen Stahl mit einem nennenswerten Boranteil. Sie haben einen dem Brennelement 6 angepaßten quadratischen Querschnitt, mit dem das Brennelement 6 über die gesamte Länge seiner Brennstäbe 40 von zum Beispiel 4 m eng umschlossen ist. Jedenfalls ist der Abstand A kleiner als der Durchmesser der Brennstäbe 40, die den wesentlichen, Bestandteil des Brennelements 6 bilden und zwischen einem Kopfstück 41 und einem Brennelementfuß 42 parailel zueinander verlaufen. Im Ausfiihrungsb-eispicl beträgt der Brennstabdurchmesser IO mm. der Abstand A dagegen 4 mm.

Am oberen Ende ist der Querschnitt der Büchse 20 aufgeweitet. Dadurch entsteht ein trichtei i'örmigei Kragen 43, der das Einlegen der Brennelemente 6 erleichtert. In der dargestellten Lage sitzt das Brennelement 6 mit seinem Fuß 42 auf Zentrierbolzen 44. die den in ein Rohr auslaufenden Fuß 42 umschließen.
Die Zentrierbolzen 44 sind in eine Bodenplatte 45 eingeschraubt, die an der Unterseite einen kreisförmigen Absatz 46 zur Zentrierung aufweist. Der Rand der Platte 45 ist mit einem einstückigen Mantel 47 aus austenitischem Stahl verschraubt. Der Mantel 47 bildet mit der Plans 45 die eigentliche Tragstruktur in Form einer die Büchse 20 umgebenden Hülle 48 aus austenitischem, aber borfreiem Stahl. Zu diesem Zweck ist die Hülle an ihrem oberen Ende mit dem gegenüber dein Mantel 47 verdickten Flansch 25 verbunden, vorzugsweise verschraubt, der die Schlitze 26 für den Eingriff des Greifers 28 aufweist.

Der Flansch ragt, wie die F i g. 3 zeigt, nach innen gegen die Büchse 20. so daß diese dort mit genngem Spiel festgelegt ist. Entsprechende Distanzstücke 50 am unteren Ende der Büchse 20, die mit der Bodenplatte 45

ti und/oder dem Mantel 47 verschraubt sein können, sorgen für eine seitliche Festlegung, die allen Seitenkraft·.:-, gcwachsen ist und einen Mindestabstand D zwischen dem Brennelement 6 in der Büchse 20 und einem äuße-

ren Brennelement sicherstellt. In Längsrichtung braucht die Büchse 20 dagegen nur so weit festgelegt zu sein, daß sie beim Ausheben des Brennelements 6 mit Sicherheit in der Hülle 48 verbleibt.

Die Hülle 48, die die Büchse 20 umschließt, ergibt damit einen doppelwandigen Behälter 52 für den Transport und die Lagerung der Brennelemente 6. Der Behälter 52 ist an seinem unteren Ende durch den dichten Sitz der Bodenplatte 45 im Mantel 47 staubdicht verschlossen. Eine Verschmutzung des Brennelementes 6 von oben wird durch einen Deckel 54 verhindert. Dieser sitzt mit einem Rand 55 auf dem Flansch 25 der Hülle 48 auf und ragt mit einem dem Querschnitt der Büchse 20 angepaßten Schachtteil 56 in den Bereich einer Rundschnurdichtung 51 unterhalb des Kragens 43.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Behälter zum Lagern neuer Brennelemente eines wassergekühlten Kernreaktors, die mehrere den Kernbrennstoff einschließende Brennstäbe und Endstücke zur Festlegung der Brennstäbe umfassen, mit einer Büchse aus Absorbermaterial, die eine Länge aufweist, die mindestens so groß ist wie die Länge der Brennstäbe der zu lagernden Brennelemente, und deren Querschnitt so bemessen ist, daß der Querschnitt des zu lagernden Brennelements mit einem kleineren Spiel als die Dicke eines Brennstabs umschlossen wird, wobei der Behälter in einer feststehenden Halterung mit leicht lösbaren Befestigungsmitteln bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (20) mit einer distanzierten Hülle (48) umgeben ist, die als Tragstruktur dient und die rjit der Büchse (20) einen doppelwandigen Körper bildet.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Büchse (20) mit Spiel in der Hülle (48) sitzt und über Distanzstücke (25, 50) an dieser abgestützt ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (48) an ihrem oberen Ende eine Verdickung (25) zur Festlegung in einer zweizinkigen Halterung(17)aufweist.

4. Behälter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß f'^:e Verdickung (25) eine Ausnehmung (26) für einen Greifhaken (28) aufweist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, da3 die Büchse (20) aus borhaltigen austenitischem Stahlb.ech besteht, während die Hülle (48) aus borfreiem, vorzugsweise austenitischem Stahl besteht.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (48) aus einem Mantel (47) und einem diesen unten dicht abschließenden Boden (45) besteht und daß der Mantel (47) einen in die Büchse (20) ragenden Deckel (54) trägt.