DE19631179A1 - Transport and storage device for non-irradiated nuclear fuel elements - comprises elongated container with fluid filled expandable elements on inner side to hold inserted elements securely - Google Patents
Transport and storage device for non-irradiated nuclear fuel elements - comprises elongated container with fluid filled expandable elements on inner side to hold inserted elements securelyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transportieren und Lagern von Kernbrennelementen, mit einem starren Behälter, der an seiner Innenseite mit mindestens einem expandierbaren Element versehen ist, das sich im expandierten Zustand an das Kernbrenn element anlegt.The invention relates to a device for transporting and Storage of nuclear fuel elements, with a rigid container that on the inside with at least one expandable element is provided, which is in the expanded state to the nuclear fuel element.
Die Erfindung betrifft dabei insbesondere solche Vorrichtungen, wie sie zum Transportieren und Lagern von frischen Kernbrenn elementen eingesetzt werden, d. h. Kernelementen, die im Hinblick auf ihren Einsatz im Kern eines Atomkraftwerkes noch nicht bestrahlt wurden. The invention relates in particular to such devices like those used to transport and store fresh nuclear fuel elements are used, d. H. Core elements with regard to not yet on their use in the core of a nuclear power plant have been irradiated.
Die Erfindung betrifft dabei den Behälter, der die Kernbrenn elemente, vorzugsweise in Form von Paketen, aufnehmen soll. Wenn ein Transport stattfinden soll, wird eine bestimmte Anzahl derartiger Behälter gemeinsam in eine Verpackungsstruktur eingesetzt, die dann das zu transportierende Gebinde darstellt.The invention relates to the container that contains the nuclear fuel elements, preferably in the form of packages. If a transport is to take place, a certain number such containers together in a packaging structure used, which then represents the container to be transported.
Es ist bekannt, daß der Kern eines Kernreaktors aus Paketen von Kernbrennelementen zusammengesetzt ist. Jedes Paket wird seinerseits aus einer Mehrzahl von Kernbrennstäben oder -stangen gebildet sowie von Kappen und von Gittern, mit denen diese Elemente zusammengehalten werden. Die Gesamtanordnung ist daher einigermaßen instabil und verformbar. Die so entstehenden Pakete werden Seite an Seite in vertikaler Ausrichtung im Reaktorbecken angeordnet, und zwar in der Höhe eines Auflagers oder des Kernbodens, der mit aneinander angrenzenden Führungszapfen versehen ist, um die Bodenteile der Pakete aufzunehmen.It is known that the core of a nuclear reactor consists of packages is composed of nuclear fuel elements. Every package will in turn, from a plurality of nuclear fuel rods or rods formed as well as caps and grids with which these Elements are held together. The overall arrangement is therefore somewhat unstable and deformable. The resulting packages are placed side by side in a vertical orientation in the reactor basin arranged, namely in the amount of a support or Core floor, the one with adjacent guide pins is provided to accommodate the bottom parts of the packages.
Die Pakete von Kernbrennelementen werden selbstverständlich nicht an Ort und Stelle hergestellt, sondern vielmehr in darauf spezialisierten Unternehmen. Man muß daher strenge Sicher heitsvorschriften einhalten, wenn ein Transport zwischen dem Unternehmen und einem Kernkraftwerk stattfindet.The nuclear fuel bundles are taken for granted not made on the spot, but rather in it specialized companies. One must therefore be strictly certain Comply with the safety regulations if transport between the Company and a nuclear power plant takes place.
Strenge Sicherheitsvorschriften müssen ferner eingehalten werden, um den unterkritischen Zustand aufrechtzuerhalten. Es muß nämlich um jeden Preis verhindert werden, daß eine Kettenreaktion als Auslöser eines Kernprozesses ausgelöst wird. Dies geschieht, indem man die Pakete in ausreichendem Umfang voneinander isoliert und/oder sie in eine abschwächende Flüssigkeit, beispielsweise eine Neutronenbremse, eintaucht.Strict safety regulations must also be observed to maintain the subcritical state. Because it has to be prevented at all costs that a chain reaction as Triggers a core process. This happens, by sufficiently isolating the packages from each other and / or into a weakening liquid, for example a neutron brake, immersed.
Es sind zwar Verpackungsvorrichtungen bekannt, um Pakete von Kernbrennstäben zu transportieren. Aufgrund der Tatsache, daß neuartige Formen von Paketen derartiger Kernbrennstäbe entwickelt worden sind und es auch neuartige Beschränkungen hinsichtlich des Transportes gibt, hat sich die Notwendigkeit ergeben, neuartige Formen von Verpackungen zu entwickeln.Although packaging devices are known to package from To transport nuclear fuel rods. Due to the fact that developed novel forms of packages of such nuclear fuel rods and there are also new restrictions regarding of transportation, the need arose to develop new forms of packaging.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Vorrichtung zum Transportieren und Lagern von Kernbrennstäben zur Verfügung zu stellen, insbesondere von frischen Kernbrenn stäben, die vorzugsweise Uranoxid oder Plutoniumoxid enthalten.The invention is therefore based on the object of a novel Device for transporting and storing nuclear fuel rods to make available, especially fresh nuclear distillate rods that preferably contain uranium oxide or plutonium oxide.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Expansion mittels eines unter Druck stehenden flüssigen Kunststoffs bewirkt wird.This object is achieved in a device of the type mentioned in that the expansion by means of a pressurized liquid plastic is effected.
Auf diese Weise wird erfindungsgemäß erreicht, daß der Behälter einerseits und ein Paket von Kernbrennelementen andererseits mit einer gewissen Kohäsion zusammengehalten wird, die wiederum durch die Vorspannung erzeugt wird, die von den expandierbaren Elementen ausgeübt wird.In this way it is achieved according to the invention that the container on the one hand and a package of nuclear fuel elements on the other is held together with a certain cohesion, which in turn is generated by the bias that is from the expandable Elements is exercised.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü chen angegeben.Preferred developments of the invention are in the dependent claims Chen specified.
Insbesondere ist bevorzugt, wenn der Druck für die Expansion des flüssigen Kunststoffs bei 50 · 10⁵ Pa liegt.It is particularly preferred if the pressure for expansion of the liquid plastic is 50 · 10⁵ Pa.
Bei einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die expandier baren Elemente als vorzugsweise ringartige Kissen ausgebildet, die in regelmäßigen Abständen zueinander entlang der Länge des Behälters angeordnet sind, wobei die Kissen untereinander und mit einer Druckkammer verbunden sind. In some embodiments of the invention, they are expandable baren elements designed as preferably ring-like pillows, which are periodically spaced along the length of the Container are arranged, the pillows with each other and are connected to a pressure chamber.
Der Druck wird vorzugsweise mittels eines Tauchkolbens erzeugt, der in die Druckkammer eintaucht und von einer Spindel an getrieben wird. Der Tauchkolben ist vorzugsweise von einer Oberseite des Behälters her zugänglich und sowohl bei stehender wie bei liegender Position des Behälters betätigbar.The pressure is preferably generated by means of a plunger, which dips into the pressure chamber and from a spindle is driven. The plunger is preferably one Accessible from the top of the container and both when standing can be operated as when the container is in a lying position.
Die expandierbaren Elemente werden vorzugsweise mittels einer verformbaren Membran aus Metall oder aus Kunststoff realisiert, die sich unter der Einwirkung eines Drucks verformt, der durch den Elastomer oder das flüssige Silikon ausgeübt wird. Die Membran ist vorzugsweise mit einer metallischen Anordnung in Gestalt einer ringförmigen Rinne verbunden. Die metallische Anordnung ist ihrerseits, vorzugsweise durch Verschweißen, mit einer Innenwandung verbunden, die eine Seitenwand des Behälters bildet.The expandable elements are preferably by means of a deformable membrane made of metal or plastic, which deforms under the influence of a pressure caused by the elastomer or the liquid silicone is exercised. The Membrane is preferably in with a metallic arrangement Shape of an annular gutter connected. The metallic The arrangement is in turn, preferably by welding, with an inner wall connected to a side wall of the container forms.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung läßt sich der Behälter auf einer Seitenwand öffnen, um das Paket von Kernbrenn stäben seitlich einführen zu können. Der Behälter wird an schließend mittels der abgenommenen Seitenwand wieder verschlos sen. Die übrigen drei Seitenwände sind starr miteinander verbunden. Die abnehmbare Seitenwand trägt ein vor-expandiertes Element, während die übrigen Seitenwände mit expandierbaren Elementen versehen sind.In a further embodiment of the invention, the Open container on one side wall to get the nuclear fuel package to be able to insert bars laterally. The container is on closing again with the removed side wall sen. The remaining three side walls are rigid with each other connected. The removable side panel carries a pre-expanded one Element, while the remaining side panels are expandable Elements are provided.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the above and the next Features to be explained not only in the respective specified combination, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing are shown and are described in more detail in the following description explained. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Transportieren und Lagern von Kern brennelementen; Figure 1 shows a longitudinal section through an inventive device for transporting and storing core fuel elements.
Fig. 2 einen Querschnitt, entlang der Ebene II-II von Fig. 1; FIG. 2 shows a cross section along the plane II-II of FIG. 1;
Fig. 3 eine schematisierte Explosionsdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; Fig. 3 is a schematic exploded view of another embodiment of the invention;
Fig. 4 eine Ansicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 3 von oben und mit abgenommenem Deckel. Fig. 4 is a view of the device of FIG. 3 from above and with the cover removed.
Fig. 1 stellt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Transportieren und Lagern von Kernbrennstäben dar, insbesondere von frischen Kernbrennstäben, die Plutoniumoxid enthalten. Fig. 1 illustrates a first embodiment of an inventive apparatus for transporting and storing nuclear fuel rods are, in particular of fresh nuclear fuel rods containing plutonium.
Die Vorrichtung umfaßt im wesentlichen einen quaderförmigen Behälter 1, der typischerweise aus Edelstahl hergestellt ist oder aus einem anderen Werkstoff, wie er in der Kerntechnik verwendet wird, beispielsweise Titan. Der Behälter 1 ist an einer seiner Stirnseiten fest verschlossen und an der anderen Stirnseite mittels eines Deckels 2 zugänglich. Der Behälter 1 ist demzufolge so ausgestaltet, daß ein Paket 3 von Kernbrenn elementen von oben, d. h. bei weggeklapptem Deckel 2 eingeführt werden kann.The device essentially comprises a cuboid-shaped container 1 , which is typically made of stainless steel or of another material such as is used in nuclear technology, for example titanium. The container 1 is firmly closed on one of its end faces and is accessible on the other end face by means of a lid 2 . The container 1 is therefore designed so that a package 3 of nuclear fuel elements from above, ie can be inserted with the cover 2 folded away.
Gemäß einer Besonderheit der Erfindung ist eine Anzahl von Kissen 4 entlang der Länge des Behälters 1 angeordnet. Diese Kissen 4 werden durch Kammern 11 gebildet, die aus Edelstahl ausgeführt sind. Die Kammern 11 sind, vorzugsweise durch Verschweißen, mit Innenwandungen des Behälters 1 verbunden, die die Seitenwände des Behälters 1 bilden. Jede der Kammern 11 umfaßt eine metal lische, verformbare Membran 9. Die Membran 9 kann eine in Richtung auf den Innenraum des Behälters 1 vorgewölbte Gestalt einnehmen, wenn ein Innendruck in dem Kissen 4 erzeugt wird. Jedes der Kissen 4 steht mit den übrigen Kissen 4 derselben Ebene oder eines selben Ringes in Verbindung, ebenso wie mit den Kissen 4 von darüberliegenden oder darunterliegenden Ebenen. Auf diese Weise wird ein hydrostatisches Gleichgewicht zwischen den Kissen 7 hergestellt. Eine Druckkammer 6 stellt den erforder lichen Druck für die Vorspannung der Kammern 11 bereit. Sie gewährleistet ferner die hydrostatische Verbindung zwischen den Kammern 11. Die Druckkammer 6 ist ihrerseits an einer Auflagekammer 5 angeschlossen, die sich am unteren Boden des Behälters 1 befindet. Ein ähnliches, komplementäres Element 7 kann am oberen Ende des Behälters 1 vorgesehen werden.According to a special feature of the invention, a number of cushions 4 are arranged along the length of the container 1 . These pillows 4 are formed by chambers 11 which are made of stainless steel. The chambers 11 are preferably joined by welding, with inner walls of the container 1, which form the side walls of the container. 1 Each of the chambers 11 comprises a metallic, deformable membrane 9th The membrane 9 can assume a bulge in the direction of the interior of the container 1 when an internal pressure is generated in the cushion 4 . Each of the cushions 4 is connected to the remaining cushions 4 of the same level or of the same ring, as well as to the cushions 4 of levels above or below. In this way, a hydrostatic balance between the pillows 7 is established. A pressure chamber 6 provides the required pressure for the preloading of the chambers 11 . It also ensures the hydrostatic connection between the chambers 11 . The pressure chamber 6 is in turn connected to a support chamber 5 , which is located at the bottom of the container 1 . A similar, complementary element 7 can be provided at the upper end of the container 1 .
Die Höhe der Kissen 4 wird so gewählt, daß sie an die unter schiedlichen Höhen von Gittern 16 und Kappen 17 angepaßt ist, die den Zusammenhalt des Paketes gewährleisten. Auch eine geringfügige Variation ihres Abstandes muß möglich sein.The height of the pillow 4 is chosen so that it is adapted to the under different heights of grids 16 and caps 17 , which ensure the cohesion of the package. A slight variation in their distance must also be possible.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kissen 4 und die Druckkammer 6 so ausgebildet, daß sie eine komprimier bare Flüssigkeit aufnehmen. Typischerweise verwendet man hierzu ein Elastomer oder ein flüssiges Silikon von niedriger Vis kosität. Diese Flüssigkeiten können um 4% bis 5% komprimiert werden, wenn man auf sie einen Druck in der Größenordnung von 50 · 10⁵ Pa ausübt. According to an embodiment of the invention, the pillow 4 and the pressure chamber 6 are designed so that they absorb a compressible liquid. Typically, an elastomer or liquid silicone of low viscosity is used for this. These liquids can be compressed by 4% to 5% if you exert a pressure on the order of 50 · 10⁵ Pa.
Auf diese Weise kann man das Paket 3 durch Druckbelastung oder durch Druckentlastung fassen. Im erstgenannten Fall wird Flüssigkeit aus der Druckkammer 6 in die Kissen überführt und diese damit expandiert. Im zweitgenannten Fall wird auf die kompressible Flüssigkeit in den Kissen 4 ein so hoher Druck ausgeübt, daß die Kissen schrumpfen. Nach dem Einladen des Pakets 3 wird der Druck wieder so weit vermindert, daß die Kissen 4 wieder expandieren und das Paket 3 fassen.In this way, the package 3 can be grasped by pressure loading or by pressure relief. In the former case, liquid is transferred from the pressure chamber 6 into the pillows and the pillows are thus expanded. In the latter case, the compressible liquid in the pillow 4 is exerted such a high pressure that the pillow shrinks. After loading the package 3 , the pressure is reduced again so far that the pillows 4 expand again and grasp the package 3 .
Wenn zum Beispiel im erstgenannten Fall das Paket 3 von Kern brennelementen in den Innenraum des Behälters 1 eingebracht worden ist, wird die Druckkammer 6 unter Druck gesetzt, und zwar mittels eines Tauchkolbens 8, der von einer Spindel oder dergleichen betätigt wird und Flüssigkeit von der Druckkammer 6 in die Kissen 4 überführt. Der Tauchkolben 8 ist vorzugsweise an der Oberseite des Behälters 1 angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, den Tauchkolben 8 zu betätigen, und zwar unabhängig davon, ob der Behälter 1 steht oder liegt, d. h. vertikal oder horizontal ausgerichtet ist. Da die Kissen 4 hydrostatisch miteinander in Verbindung stehen, ist es möglich, einen gleichmäßigen Druck im Bereich aller Oberflächen des Behälters 1 zu erzeugen, so wie er auf das Paket wirkt. Das Paket wird auf diese Weise zuverlässig an Ort und Stelle gehalten, weil der Behälter 1 eine hohe Kohäsion mit dem Paket 3 aufweist.If, for example in the former case, the package 3 of core fuel elements has been introduced into the interior of the container 1 , the pressure chamber 6 is pressurized, by means of a plunger 8 , which is actuated by a spindle or the like, and liquid from the pressure chamber 6 transferred to the pillow 4 . The plunger 8 is preferably arranged on the top of the container 1 . In this way it is possible to actuate the plunger 8 , regardless of whether the container 1 is standing or lying, ie is oriented vertically or horizontally. Since the cushions 4 are hydrostatically connected to one another, it is possible to generate a uniform pressure in the area of all surfaces of the container 1 , as it acts on the package. The package is reliably held in place in this way because the container 1 has a high level of cohesion with the package 3 .
Vorteilhafterweise geht man so vor, daß man den Kissen 4 zunächst einen geringeren Druck aufprägt, so daß die expandierbaren Elemente sich langsam ausdehnen und daher die Andrückkraft stetig zunehmend aufalle Anlagepunkte verteilt wird. Es wird dann ein gewisser Überdruck eingestellt, der sicherstellt, daß das Paket 3 gehalten wird, und zwar elastisch und gleichförmig. Dabei ist selbstverständlich berücksichtigt, daß ein gewisser Spielraum vorhanden bleiben muß, um Überbelastungen zu vermeiden, beispielsweise solche infolge innerer Bewegungen sowie thermi scher Ausdehnungen der eingesetzten Materialien.Advantageously, one proceeds by first applying a lower pressure to the cushion 4 , so that the expandable elements expand slowly and the pressure force is therefore increasingly distributed to all contact points. A certain excess pressure is then set, which ensures that the package 3 is held, namely elastic and uniform. It is of course taken into account that a certain margin must remain to avoid overloads, such as those due to internal movements and thermal expansion of the materials used.
Auf diese Weise können Pakete von Kernbrennstäben in vertikaler Ausrichtung in der Verpackung gelagert und dann in eine horizon tale Lage gekippt und so transportiert werden, beispielsweise über Straßen oder mit der Eisenbahn.This allows packages of nuclear fuel rods in a vertical Alignment stored in the packaging and then in a horizon tale location can be tilted and transported, for example by road or by train.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, vollzieht sich die Beladung der Kernbrennelemente in das Gehäuse 13 von der Seite her. Der Behälter 13 ist dabei wiederum von quaderförmiger Gestalt. Eine Seitenwand 12 des Behälters ist jedoch wegnehmbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die expandierbaren Kissen als längliche Elemente 14 ausgebildet, die entlang einer jeden Innenwand der drei festen Wände des Behälters 13 ausgebildet sind. Jedes dieser Elemente 14 ist wie bei dem zuvor erörterten Ausführungsbeispiel mit einer Kammer verbunden, die unter Druck gesetzt werden kann und sich in hydrostatischer Verbindung mit den anderen Kammern befindet.In another embodiment of the invention, which is shown in FIGS. 3 and 4, the nuclear fuel elements are loaded into the housing 13 from the side. The container 13 is again cuboid in shape. However, a side wall 12 of the container is removable. In this embodiment, the expandable cushions are formed as elongated members 14 formed along each inner wall of the three fixed walls of the container 13 . Each of these elements 14 , like the previously discussed embodiment, is connected to a chamber which can be pressurized and is in hydrostatic communication with the other chambers.
Die abnehmbare Seitenwand 12 ist ebenfalls mit einem Kissen 15 versehen. Dies ist jedoch bereits vor-expandiert, d. h., es steht bereits von vornherein unter einem Druck. Die Seitenwand 12 ist so ausgebildet, daß sie lösbar auf dem Rest des Behälters 13 befestigt werden kann, um auf diese Weise einen Verschluß zu bilden. Sobald die Seitenwand 12 auf den restlichen Behälter 13 aufgesetzt ist, kann die Anordnung unter Druck gesetzt werden.The removable side wall 12 is also provided with a cushion 15 . However, this is already pre-expanded, ie it is already under pressure from the start. The side wall 12 is formed so that it can be releasably attached to the rest of the container 13 , so as to form a closure. As soon as the side wall 12 is placed on the remaining container 13 , the arrangement can be pressurized.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, den Behälter 1 bzw. 13 so auszubilden, daß eine Zirkulation von Wasser, insbesondere von borhaltigem Wasser, möglich ist. Auf diese an sich bekannte Weise ist es möglich, die Neutronen zu verlangsamen bzw. abzubremsen, so daß der Transport und/oder die Lagerung der Kernbrennelemente stets im unterkritischen Zustand abläuft.In this exemplary embodiment, just as in the previously described exemplary embodiment, it is possible to design the container 1 or 13 in such a way that a circulation of water, in particular boron-containing water, is possible. In this manner known per se, it is possible to slow down or slow down the neutrons, so that the transport and / or storage of the nuclear fuel elements always takes place in the subcritical state.
Die Anordnung mit den Kissen gewährleistet darüber hinaus, daß die Pakete von Kernbrennelementen gegenüber Erschütterungen geschützt werden, wie sie beim Transport oder bei einem Unfall auftreten.The arrangement with the pillow also ensures that the packets of nuclear fuel assemblies against shocks be protected, such as during transport or in an accident occur.
Darüber hinaus sind die Anordnungen von äußerst kompakter Bauweise, insbesondere im Hinblick auf die zugehörigen War tungssysteme. Da das Gehäuse darüber hinaus nur einen sehr kleinen Querschnitt aufweist, kann man die Zahl der gestapelten Vorrichtung innerhalb einer Verpackungseinheit erhöhen, so daß - bezogen auf ein Fahrzeug - die Transportkosten vermindert werden können, ohne daß gleichzeitig die Sicherheitsbedingungen verschärft werden müssen.In addition, the arrangements are extremely compact Construction, especially with regard to the associated war systems. Since the case is also only a very has a small cross-section, you can see the number of stacked Increase the device within a packaging unit so that - related to a vehicle - the transport costs reduced can be without the security conditions need to be tightened.
Darüber hinaus kann das Dekomprimieren der Kissen sehr einfach bewerkstelligt werden, wodurch ferner gewährleistet wird, daß die Pakete in den Behältern nicht verklemmt werden.In addition, decompressing the pillows can be very easy be accomplished, which further ensures that the packages in the containers are not jammed.
Schließlich ist es ohne weiteres möglich, die Temperatur im Innenraum der Behälter auf 250°C ansteigen zu lassen, ohne daß dadurch der Behälter oder insbesondere der flüssige Kunst stoff, nämlich der Elastomer oder das flüssige Silikon Schaden nimmt.Finally, it is easily possible to adjust the temperature in the Let the interior of the container rise to 250 ° C without that thereby the container or in particular the liquid art material, namely the elastomer or the liquid silicone damage takes.
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