DE19755670A1

DE19755670A1 - Neutron absorber component especially for nuclear power reactor

Info

Publication number: DE19755670A1
Application number: DE19755670A
Authority: DE
Inventors: Guenter Zeitzschel; Karl Wasinger
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-12-15
Filing date: 1997-12-15
Publication date: 1999-06-17

Abstract

An absorber component comprises a neutron absorbent material in the form of a neutron absorption element in a vitreous matrix structure. Independent claims are also included for (i) production of an absorber component by mixing a silicate starting material with absorber material and with noncombustible fibers to form granules which are heated, cooled and molded to a vitreous neutron absorber material; (ii) a fuel element mounting frame with the above absorber component; and (iii) a neutron absorber material consisting of a neutron absorption element combined in a vitreous structure.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Absorberbauteil zur Neu tronenabsorption, auf ein Brennelement-Lagergestell sowie auf einen Neutronen absorbierenden Werkstoff.The invention relates to an absorber component for new tronenabsorption, on a fuel assembly storage rack and on a neutron absorbing material.

Absorberbauteile zur Neutronenabsorption werden zur Abschir mung von Neutronenquellen eingesetzt. Insbesondere werden solche Absorberbauteile auf dem Gebiet der Kernenergieerzeu gung und dort speziell im Bereich der Brennelemente-Lagerung eingesetzt. Damit soll in einem Brennelement-Lagerbecken eine unkritische Neutronenflußdichte gewährleistet und ein unkon trollierter Abbrand der Brennelemente verhindert werden.Absorber components for neutron absorption become shields of neutron sources. In particular, be such absorber components in the field of nuclear energy and there especially in the area of fuel element storage used. This is said to be a in a fuel pool guaranteed uncritical neutron flux density and an uncon controlled burnout of the fuel elements can be prevented.

Ein aus Absorberbauteilen aufgebautes Lagergestell zur Zwi schenlagerung von Brennelementen eines Druckwasser- oder Sie dewasserreaktors in einem Brennelement-Lagerbecken einer Kernkraftanlage ist aus der EP 0 537 615 A1 bekannt. Um eine weitgehend kompakte Lagerung der Brennelemente zu erreichen, werden Absorberbauteile mit einer möglichst hohen Neutronen absorptionsfähigkeit eingesetzt. Die Neutronenabsorptionsfä higkeit muß dabei über das gesamte Absorberbauteil homogen verteilt und langzeitbeständig sein.A storage rack made up of absorber components for the Zwi fuel storage of a pressurized water or you dewater reactor in a fuel pool Nuclear power plant is known from EP 0 537 615 A1. To one to achieve largely compact storage of the fuel elements, become absorber components with the highest possible neutrons absorption capacity used. The neutron absorption Ability must be homogeneous across the entire absorber component be distributed and durable.

Absorberbauteile enthalten üblicherweise zur Neutronenabsorp tion einen Anteil an Bor, beispielsweise etwa 1 Gew.-%, das in einem metallischen Grundwerkstoff eingebracht ist. Ein hö herer Anteil an Bor als 2 Gew.-% ist nur schwer zu erzielen, da der aus dem Grundwerkstoff und Bor bestehende Neutronen absorbierende Werkstoff mit zunehmendem Borgehalt in dem me tallischen Grundwerkstoff zusehends versprödet. Der Werkstoff ist dann kaum mehr verarbeitbar. Um das Problem der Ver sprödung mit zunehmendem Boranteil zu umgehen ist beispiels weise aus der WO 96/37 896 A1 bekannt, einen Neutronen absor bierenden Stoff einzubringen. Dies erfordert allerdings einen hohen konstruktiven Aufwand.Absorber components usually contain for neutron absorption tion a proportion of boron, for example about 1 wt .-%, the is incorporated in a metallic base material. A high the proportion of boron than 2% by weight is difficult to achieve, because the neutron consisting of the base material and boron absorbent material with increasing boron content in the me metallic base material increasingly brittle. The material is then hardly processable. To the problem of ver avoiding brittleness with increasing boron content is an example as known from WO 96/37 896 A1, a neutron absorber bring in the material. However, this requires one high design effort.

Aus der DE 44 16 362 A1 sind weiterhin verschiedene Verfahren bekannt, mit denen auf einen Grundkörper eine Neutronen ab sorbierende Oberflächenschicht aufgebracht werden kann. Nach teilig ist hierbei, daß das Aufbringen einer zusätzlichen Oberflächenschicht notwendig ist.Various processes are also known from DE 44 16 362 A1 known with which a neutron depends on a basic body sorbent surface layer can be applied. After Part of this is that the application of an additional Surface layer is necessary.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Absorberbauteil zur Neutro nenabsorption und ein Brennelement-Lagergestell mit einem Ab sorberbauteil sowie einen geeigneten Neutronen absorbierenden Werkstoff anzugeben, wobei eine hohe und homogene Neutronen absorptionsfähigkeit gewährleistet ist.It is an object of the invention to provide an absorber component for neutrons nenabsorption and a fuel assembly storage rack with an Ab sorber component and a suitable neutron absorbing Specify material, being high and homogeneous neutrons absorbency is guaranteed.

Die auf das Absorberbauteil bezogene Aufgabe wird erfindungs gemäß gelöst durch ein Absorberbauteil, das einen Neutronen absorbierenden Werkstoff aufweist, bei dem zumindest ein Neu tronen absorbierendes Element in einer glasartigen, also amorphen und nicht-metallischen Struktur eingebunden ist.The task related to the absorber component is fiction according to solved by an absorber component that contains a neutron has absorbent material in which at least one new tronen absorbent element in a vitreous, so amorphous and non-metallic structure is integrated.

Ein Vorteil der glasartigen Struktur liegt darin, daß in diese Struktur ein sehr hoher Anteil eines Neutronen absor bierenden Elementes eingebunden werden kann, ohne daß sich die Eigenschaften des Neutronen absorbierenden Werkstoffes, also des Glases, wesentlich verschlechtern.An advantage of the glass-like structure is that in this structure absorbed a very high proportion of a neutron beeing element can be integrated without the properties of the neutron absorbing material, the glass, deteriorate significantly.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die amorphe glasar tige Struktur ein Silikatglas, d. h. ein Glas, das Silicium oxid aufweist.In an advantageous embodiment, the amorphous glass structure a silicate glass, d. H. a glass, the silicon has oxide.

Silikatglas zeichnet sich durch seine relativ einfache und kostengünstige Herstellung aus. Silikatglas wird in den un terschiedlichsten Bereichen angewendet, beispielsweise als optisches Glas, als Fensterglas, als Flaschenglas oder als Spezialglas für verschiedenste Anwendungen. Die Eigenschaften des Silikatglases können durch geeignete Herstellungsverfah ren oder geeignete Zusätze den Erfordernissen für die jewei lige Anwendung angepaßt werden. Für den Einsatz von Silikat glas als Trägerstruktur für ein Neutronen absorbierendes Ele ment in einem Neutronen absorbierenden Werkstoff ist die me chanische Belastbarkeit von Silikatglas nur von untergeordne ter Bedeutung. Das Absorberbauteil hat nämlich im wesentli chen keine lastabtragende Funktion und ist somit kaum einer mechanischen Beanspruchung ausgesetzt.Silicate glass is characterized by its relatively simple and inexpensive manufacture. Silicate glass is used in the un different areas applied, for example as optical glass, as window glass, as bottle glass or as Special glass for various applications. The properties of the silicate glass can be made by a suitable manufacturing process or suitable additives meet the requirements for the respective current application can be adapted. For the use of silicate glass as a support structure for a neutron absorbing element ment in a neutron absorbing material is me mechanical resilience of silicate glass only from subordinate ter meaning. The absorber component has essentially Chen no load-bearing function and is therefore hardly one exposed to mechanical stress.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Neu tronen absorbierende chemische Element Bor. Ein Bor aufwei sendes Silikatglas wird auch als Bor-Silikatglas bezeichnet.In a particularly advantageous embodiment, this is new tron absorbing chemical element boron Sending silicate glass is also called boron silicate glass.

Bor-Silikatglas eignet sich hervorragend für den Einsatz als Neutronen absorbierender Werkstoff in einem Absorberbauteil, insbesondere für ein Absorberbauteil in einem Brennelement- Lager. Bor-Silikatglas weist für ein Absorberbauteil in einem Brennelement-Lager wichtige Eigenschaften auf. Eine besonders bedeutende Eigenschaft ist die hohe Aufnahmefähigkeit von Bor in dem Silikatglas. Vorteilhafterweise liegt der Bor-Anteil in dem Silikatglas etwa in einem Bereich von 10-20 Gew.-%, insbesondere liegt der Bor-Anteil bei etwa 14 Gew.-%. Die An gaben der Gew.-% beziehen sich auf Naturbor oder Äquivalenten hierzu. Naturbor weist als wesentlichen Neutronenabsorber etwa 20% des Borisotops B10 auf.Boron silicate glass is ideal for use as Neutron absorbing material in an absorber component, especially for an absorber component in a fuel assembly Camp. Boron silicate glass has one absorber component in one Fuel element bearing important properties. A special one an important property is the high absorption capacity of boron in the silicate glass. The boron fraction is advantageously located in the silicate glass approximately in a range of 10-20% by weight, in particular the boron content is about 14% by weight. The An The percentages by weight relate to natural boron or equivalents For this. Naturbor shows as an essential neutron absorber about 20% of the Borisotope B10.

Dieser sehr große Anteil eines Neutronen absorbierenden Ele mentes bedingt eine sehr gute Neutronenabsorptionsfähigkeit des Werkstoffes. Die hohe Neutronenabsorptionsfähigkeit ist für Brennelement-Lagergestelle ein entscheidender Faktor, da die Absorberbauteile oder die aus den Absorberbauteilen auf gebauten Neutronen absorbierenden Strukturen im Vergleich zu bekannten Absorberelementen bei gleicher Neutronenabsorpti onsfähigkeit platzsparender ausgeführt werden können. Werk stoffe mit einer hohen Neutronenabsorptionsfähigkeit sind da her eine Voraussetzung für Brennelement-Kompaktlager, bei de nen die Brennelemente sehr eng gelagert werden. Durch das Bor-Silikatglas wird in einem solchen Brennelement-Kompaktla ger gewährleistet, daß die Neutronenflußdichte in dem Lager unterhalb eines kritischen Wertes bleibt.This very large proportion of a neutron absorbing el mentes requires a very good neutron absorption capacity of the material. The high neutron absorption capacity is a crucial factor for fuel storage racks because the absorber components or those from the absorber components built neutron absorbing structures compared to known absorber elements with the same neutron absorpti onsability can be performed more space-saving. Work there are substances with a high neutron absorption capacity ago a prerequisite for fuel element compact storage, at de the fuel assemblies are stored very closely. By the Boron silicate glass is used in such a fuel assembly compact ger ensures that the neutron flux density in the camp remains below a critical value.

Durch die Einbindung des Bors in die glasartige Struktur ist darüber hinaus eine äußerst homogene Verteilung des Neutronen absorbierenden Elements gewährleistet. Diese gleichmäßige Verteilung bleibt über einen langen Zeitraum bestehen und ist weitgehend unabhängig von äußeren Einflüssen. Mit dieser Langzeitbeständigkeit erfüllt das Bor-Silikatglas eine wei tere grundlegende Anforderung an einen Neutronen absorbieren den Werkstoff.By incorporating the boron into the glass-like structure in addition, an extremely homogeneous distribution of the neutron absorbent element guaranteed. This even Distribution persists and is over a long period of time largely independent of external influences. With this Long-term durability, the boron silicate glass fulfills a white absorb the basic requirement of a neutron the material.

Weiterhin weist das Bor-Silikatglas, wie in der Regel alle nicht-metallischen Gläser, eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Die Korrosionsbeständigkeit ist ein entscheidendes Merk mal für die Anwendung eines Neutronen absorbierenden Werk stoffs in einem Brennelement-Naßlager, bei dem die Brennele mente in einer Kühlflüssigkeit aufbewahrt werden. Die Brenn elemente sind bei einem solchen Brennelement-Naßlager zwi schen den Absorberbauteilen in der Kühlflüssigkeit angeordnet und dieser somit permanent ausgesetzt. Die sehr gute Korrosi onsbeständigkeit gewährleistet, daß die hohe Neutronenabsorp tionsfähigkeit über einen ausreichend langen Zeitraum auf rechterhalten bleibt. Eine solche Langzeitbeständigkeit von Bor-Silikatgläsern in einem Brennelement-Naßlager ist über mehrere Jahre gewährleistet.Furthermore, the boron silicate glass, as usually all non-metallic glasses, high corrosion resistance on. Corrosion resistance is a crucial factor times for the application of a neutron absorbing plant substance in a fuel assembly wet storage, in which the fuel elements are kept in a coolant. The focal elements are in such a fuel assembly wet between arranged the absorber components in the coolant and thus permanently exposed. The very good Korrosi ons resistance ensures that the high neutron absorption ability to function over a sufficiently long period of time remains intact. Such long-term durability of Boron silicate glasses in a fuel assembly wet store is over guaranteed for several years.

Ein weiterer Vorteil des Bor-Silikatglases als anorganischer Werkstoff ist seine weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber der Neutronenstrahlung und γ-Strahlung. Eine durch die Strah lung bedingte Schwärzung des Bor-Silikatglases hat keinen Einfluß auf die Eigenschaften des Bor-Silikatglases, wie Neu tronenabsorptionsfähigkeit, mechanische Stabilität und Lang zeitbeständigkeit. Another advantage of boron silicate glass as an inorganic one Material is largely insensitive to it of neutron radiation and γ radiation. One through the beam blackening of the boron silicate glass caused by the lung has none Influence on the properties of boron silicate glass, like new Tron absorption, mechanical stability and long durability.

Vorteilhafterweise weist der Werkstoff eine Kombination von Neutronen absorbierenden Elementen auf. Als Neutronen absor bierende Elemente bieten sich Elemente mit einem hohen Neu tronenabsorptionsquerschnitt an. Neben dem natürlich vorkom menden Bor (Naturbor) sind dies beispielsweise das mit dem Borisotop B10 angereicherte Bor, Gadolinium, Hafnium oder Kadmium sowie die Lanthanoide, d. h. die Elemente mit einer Ordnungszahl zwischen 58 und 71. Neben der Kombination mehre rer dieser Elemente in dem Werkstoff kann natürlich auch je des Element einzeln in eine amorphe glasartige Struktur ein gebracht werden.The material advantageously has a combination of Neutron absorbing elements. Absorbed as neutrons elements with a high novelty tron absorption cross section. In addition to the naturally occurring For example, boron (natural boron) is the one with the Borisotop B10 enriched boron, gadolinium, or hafnium Cadmium and the lanthanoids, d. H. the elements with a Atomic number between 58 and 71. In addition to the combination, more Of course, these elements in the material can also vary of the element individually in an amorphous glass-like structure to be brought.

Für die Langzeitbeständigkeit und zur Erhöhung der Sicherheit ist es zweckdienlich, daß der Werkstoff ein Stützgewebe, ins besondere ein Drahtgewebe, aufweist. Solch ein Werkstoff wird auch als Drahtglas bezeichnet und kann auch mehrere Lagen des Stützgewebes aufweisen. Dieses wird beispielsweise bei der Herstellung einer Borsilikatplatte in die Platte eingelegt oder eingebunden. Das Stützgewebe erhöht zum einen die Trag fähigkeit des Werkstoffs und verhindert zum anderen, daß aus dem Werkstoff Bruchstücke herausbrechen können. Die gleichmä ßige Absorption der Neutronen über den gesamten Werkstoff ist damit auch langfristig gewährleistet. Alternativ oder zusätz lich zum Stützgewebe ist zum gleichen Zweck der Werkstoff vorteilhafterweise als Verbundwerkstoff aufgebaut.For long-term durability and increased security it is useful that the material is a support fabric, ins especially a wire mesh. Such a material will also known as wired glass and can also have several layers of Have support fabric. This is used, for example, at Production of a borosilicate plate placed in the plate or involved. The support fabric increases the load on the one hand ability of the material and on the other hand prevents from fragments can break out of the material. The evenly absorption of the neutrons over the entire material thus also guaranteed in the long term. Alternatively or additionally For the same purpose, the material is the supporting fabric advantageously constructed as a composite material.

Für den Verbundwerkstoff werden beispielsweise mehrere Schichten des Werkstoffs übereinander gelegt, wobei zwischen den einzelnen Schichten beispielsweise jeweils Folien ange ordnet werden. Diese Verbundstruktur findet bei Sicherheits gläsern, z. B. bei Verbundglasscheiben in der Automobilindu strie, Anwendung. Unter Verbundwerkstoff wird hier aber auch ein Werkstoff verstanden, in den kleine Verstärkungselemente eingebracht sind, wie z. B. Fasern. Bevorzugt sind die Fasern aus anorganischem Material, da diese von der Neutronenstrah lung, der das Absorberbauteil ausgesetzt wird, nicht nachtei lig beeinflußt werden. For example, several are used for the composite material Layers of the material superimposed, with between the individual layers, for example foils be classified. This composite structure takes place at security glasses, e.g. B. in laminated glass in the automotive industry strie, application. Composite material is also used here understood a material in the small reinforcing elements are introduced, such as. B. fibers. The fibers are preferred made of inorganic material, as this is from the neutron beam tion to which the absorber component is exposed lig are influenced.

Bei dem Absorberbauteil wird der Werkstoff vorteilhafterweise von einem Tragelement gehalten. Das Tragelement kann bei spielsweise im Brennelement-Lager eine stützende oder lastab tragende Funktion übernehmen. Das Tragelement kann weiterhin beispielsweise die geometrische Form eines Absorberschachts aufweisen. Absorberschächte mit einer hohen Neutronenabsorp tionsfähigkeit sind mit Hilfe eines solchen Tragelements ein fach herzustellen, indem beispielsweise Platten aus dem Neu tronen absorbierenden Werkstoff auf das Tragelement aufge bracht werden. Die Platten können beispielsweise durch einfa che Klammern mit dem Tragelement verbunden sein.The material is advantageously used in the absorber component held by a support element. The support element can for example in the fuel storage facility a supportive or loadab take on the main function. The support element can continue for example the geometric shape of an absorber shaft exhibit. Absorber shafts with a high neutron absorber tion ability are with the help of such a support element to manufacture by, for example, plates from the new tron absorbing material on the support element be brought. The plates can for example by simple che brackets connected to the support member.

Es ist zweckdienlich, wenn das Tragelement einen Aufnahmeraum aufweist, in den der Werkstoff eingebracht ist. Mit Hilfe ei nes solchen Tragelements wird eine einfache Handhabung des Werkstoffs, z. B. beim Transport, ermöglicht. Zudem bietet der Aufnahmeraum eine hohe Schutzfunktion für den Werkstoff gegen mechanische Belastungen, z. B. bei dem Einbau in ein Absorber bauteil. Bevorzugt ist der Aufnahmeraum eine wannenförmige Vertiefung. Diese läßt sich fertigungstechnisch einfach rea lisieren.It is useful if the support member has a receiving space has, into which the material is introduced. With the help of egg Nes such support member is easy to use Material, e.g. B. during transport. In addition, the Recording room a high protective function for the material against mechanical loads, e.g. B. when installed in an absorber component. The receiving space is preferably a trough-shaped Deepening. In terms of production technology, this can be done easily lize.

In einer vorteilhaften Weise wird der Werkstoff bei der Her stellung des Absorberbauteils in den Aufnahmeraum eingegos sen, so daß eine optimale Verteilung des Werkstoffs im Auf nahmeraum erzielt ist. Bei der Herstellung wird hierzu als Ausgangswerkstoff Silikat durch Wärmezufuhr verflüssigt. Das für das Aufschmelzen verwendete Silikat kann beispielsweise pulverförmig sein. Dem pulverförmigen Silikat kann ein Neu tronen absorbierendes Element zugegeben werden, bevor das Si likat anschließend zusammen mit dem Neutronen absorbierenden Element aufgeschmolzen wird.In an advantageous manner, the material used in the manufacture position of the absorber component poured into the receiving space sen, so that an optimal distribution of the material in the up close room is achieved. In the production this is called Base material silicate liquefied by the supply of heat. The Silicate used for melting can, for example be powdery. The powdered silicate can be a novelty tron absorbent element are added before the Si then together with the neutron absorbing Element is melted.

Alternativ kann das Neutronen absorbierende Element auch dem schmelzflüssigen Silikat zugegeben werden. Das Tragelement mit seinem Aufnahmeraum kann daher als eine sogenannte ver lierbare Form zur Formgebung des Werkstoffes verstanden wer den, die nach der Formgebung eine Stütz- und Schutzfunktion für den Werkstoff übernimmt. Die verlierbare Form wird nur einmal zur Formgebung benutzt. Der Aufnahmeraum bildet mit dem Werkstoff eine Einheit. Alternativ kann es auch zweck dienlich sein, den fertig geformten Werkstoff in den Aufnah meraum einzulegen.Alternatively, the neutron absorbing element can also be used molten silicate can be added. The support element with its recording space can therefore as a so-called ver understandable shape for shaping the material who understood those that have a support and protection function after shaping takes over for the material. The losing form will only used once for shaping. The recording room forms part of the material one unit. Alternatively, it can also be used be useful, the finished molded material in the receptacle to insert any room.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Tragelement ein Sicherungselement für den Werkstoff auf. Das Sicherungs element (auch als Verankerungs- oder Befestigungselement be zeichnet) verhindert, daß der Werkstoff aus seiner vorgegebe nen Lage verrutscht. Zudem wird die Handhabung erleichtert, da der Werkstoff zusammen mit dem Tragelement aufgrund des Sicherungselements eine Baueinheit bildet. Als Sicherungsele ment können beispielsweise einfache Klammern oder Laschen dienen, die den Werkstoff von außen in einer vorgegebenen Po sition halten.In an advantageous embodiment, the support element a securing element for the material. The backup element (also as an anchoring or fastening element records) prevents the material from its given position. Handling is also made easier since the material together with the support element due to the Securing element forms a structural unit. As a safety element For example, simple brackets or tabs can be used serve the material from the outside in a given bottom hold sition.

Alternativ oder zusätzlich ist das Sicherungselement vorteil hafterweise bereits im Aufnahmeraum angeordnet, beispiels weise in Form eines Widerhakens, bevor der Werkstoff in den Aufnahmeraum eingegossen wird. Diese Widerhaken sind bei spielsweise verdrillte Blechstreifen, die aus dem Boden des Aufnahmeraums teilweise ausgestanzt und in den Aufnahmeraum hinein gebogen werden. Aufnahmeraum und Sicherungselemente bilden also eine Baueinheit. Ebenso kann ein separates Draht geflecht in den Aufnahmeraum eingelegt und mit diesem verbun den werden.Alternatively or additionally, the securing element is advantageous already arranged in the recording room, for example in the form of a barb before the material in the Recording room is poured. These barbs are at for example twisted sheet metal strips that come from the bottom of the Recording area partially punched out and in the recording room be bent into it. Recording room and security elements thus form a structural unit. A separate wire can also be used braid inserted into the recording space and connected to it that will.

Die auf ein Brennelement-Lagergestell gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Brennelement-Lagergestell mit einem Absorberbauteil mit einem Neutronen absorbierenden Werkstoff, bei dem zumindest ein Neutronen absorbierendes Element in einer glasartigen Struktur eingebunden ist. Bevor zugt weist das Brennelement-Lagergestell Lagerschächte mit Absorberbauteilen auf, wobei die Lagerschächte schachbrettar tig angeordnet und über kreuzförmige Verbindungselemente mit einander verbunden sind.The task aimed at a fuel assembly rack solved according to the invention by a fuel assembly storage rack with an absorber component with a neutron absorbing Material in which at least one neutron absorbing Element is embedded in a glass-like structure. Before the fuel assembly storage rack has storage shafts Absorber components on, with the storage shafts checkerboard arranged and with cross-shaped connecting elements are connected.

Ein derart aufgebautes Brennelement-Lagergestell erlaubt eine äußerst kompakte Lagerung von Brennelementen und wird auch als Brennelement-Kompaktlager bezeichnet. Ein Brennelement- Kompaktlager ermöglicht, beispielsweise in einem bereits be stehenden Brennelement-Lagerbecken, eine größere Anzahl von Brennelementen als mit herkömmlichen Brennelement-Lagerge stellen zu lagern, wodurch die Kosten für die Lagerung gerin ger sind.Such a fuel assembly storage rack allows one extremely compact storage of fuel assemblies and will referred to as fuel assembly compact storage. A fuel element Compact storage enables, for example in an already be standing fuel pool, a larger number of Fuel assemblies than with conventional fuel assemblies places to store, which lowers the cost of storage are.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird zwischen einer Wand des Lagerschachts und dem Tragelement, das bevorzugt einen Aufnahmeraum mit einer wannenförmigen Vertiefung aufweist, der Neutronen absorbierende Werkstoff angeordnet. Der Werk stoff ist demnach in einer Art Sandwich-Struktur zwischen der Wand des Lagerschachts und dem Tragelement angeordnet. Da durch wird die empfindliche Oberfläche des Werkstoffs sicher vor mechanischen Beschädigungen geschützt, beispielsweise beim Bestücken des Lagerschachts mit einem Brennelement.In an advantageous embodiment, between a wall of the storage shaft and the support element, which preferably one Has a receiving space with a trough-shaped depression, arranged the neutron absorbing material. The work So fabric is in a kind of sandwich structure between the Wall of the shaft and the support element arranged. There this makes the sensitive surface of the material safe protected from mechanical damage, for example when loading the storage shaft with a fuel element.

Die auf den Neutronen absorbierenden Werkstoff bezogene Auf gabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Neutronen absor bierenden Werkstoff, bei dem ein Neutronen absorbierendes Element in einer amorphen glasartigen Struktur eingebunden ist. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise ein Bor-Sili katglas mit einem Bor-Gehalt von etwa 10-20 Gew.-%, insbeson dere von 14 Gew.-%.The material related to the neutron absorbing material Gift is solved according to the invention by a neutron absorber material in which a neutron absorbing Element integrated in an amorphous glass-like structure is. Such a material is, for example, a boron sili Katglas with a boron content of about 10-20 wt .-%, in particular 14% by weight.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Neutronen absorbie renden Werkstoffes können den zugehörigen Unteransprüchen entnommen werden. Die oben angegebenen Vorteile bezüglich des Absorberbauteils gelten sinngemäß auch für das Lagergestell und für den Werkstoff.Further advantageous refinements of neutron absorption material can have the associated subclaims be removed. The advantages stated above regarding the Absorber component also apply mutatis mutandis to the storage rack and for the material.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung, wei tere Vorteile und Details anhand der Zeichnung näher erläu tert. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention, white tere advantages and details with reference to the drawing tert. Show it:

Fig. 1 eine räumliche Ansicht von miteinander ver bundenen, schematisch dargestellten Absorber bauteilen, Fig. 1 is a perspective view of another ver-bound, shown schematically absorber components,

Fig. 2 und Fig. 3 jeweils einen Lagerschacht in einer schemati schen Darstellung, Fig. 2 and Fig. 3 are each a bearing shaft in a schemati rule representation,

Fig. 4 einen Schnitt durch ein Tragelement Fig. 4 shows a section through a support element

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Lagerschacht und Fig. 5 is a plan view of a storage shaft and

Fig. 6 eine ausschnittsweise Draufsicht auf ein Brennelement-Kompaktlagergestell. Fig. 6 is a partial plan view of a fuel assembly compact storage rack.

In der Fig. 1 sind vier plattenförmige Absorberbauteile 3 aus dem Neutronen absorbierenden Werkstoff dargestellt, die einen Teil eines räumlichen dreidimensionalen Absorptionssy stems 4 bilden. Die vier Absorberbauteile 3 sind dabei derart miteinander kreuzweise verschränkt, daß sie einen Lager schacht 6 mit einer rechteckigen Grundfläche, beispielsweise zur Aufnahme eines Brennelementes, bilden. Durch dieses kreuzweise Ineinandergreifen der Absorberbauteile 3 werden die Seiten des Absorberschachtes 6 jeweils von verschiedenen Absorberbauteilen 3 gebildet. Ein einzelnes Absorberbauteil 3 kann daher gleichzeitig mehrere Lagerschächte 6 jeweils an einer Seite begrenzen.In Fig. 1, four plate-shaped absorber components 3 are shown from the neutron absorbing material, which form part of a spatial three-dimensional Absorptionssy stems 4 . The four absorber components 3 are cross-wise intertwined so that they form a bearing shaft 6 with a rectangular base, for example for receiving a fuel assembly. Through this crosswise interlocking of the absorber components 3 , the sides of the absorber shaft 6 are each formed by different absorber components 3 . A single absorber component 3 can therefore simultaneously limit a plurality of storage shafts 6 on one side.

Die Absorberbauteile 3 sind in nicht näher dargestellter Weise in regelmäßigen Abständen über einen Teilbereich ihrer Länge im Kreuzungsbereich mit Schlitzen versehen, die es er lauben zwei Absorberbauteile 3 miteinander zu verschränken, so daß sie durch ein gegenseitiges Ineinandergreifen an den Schlitzen einen Teil des stabilen Absorptionssystems 4 bil den.The absorber components 3 are provided in a manner not shown at regular intervals over a portion of their length in the intersection area with slots that he allow two absorber components 3 to interlock with each other so that they interlock with one another at the slots to form part of the stable absorption system 4 form.

Jedes Absorberbauteil 3 ist bevorzugt ein Bor-Silikatglas mit einem Bor-Anteil von etwa 14 Gew.-%. Mit dem aus den platten förmigen Absorberbauteilen 3 gebildeten Absorptionssystem 4 ist somit eine sehr hohe Neutronenabsorptionsfähigkeit er reicht.Each absorber component 3 is preferably a boron-silicate glass with a boron content of approximately 14% by weight. With the absorption system 4 formed from the plate-shaped absorber components 3 , a very high neutron absorption capacity is thus sufficient.

Gemäß der Fig. 2 umfaßt ein Absorberbauteil 3 ein schacht förmiges Tragelement 8, auf das Neutronen absorbierende plat tenförmige Formteile 2 aufgebracht sind. Das Absorberbau teil 3 bildet damit zugleich einen Lagerschacht 6. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Absorberbauteil 3 daher im Ge gensatz zu den plattenförmigen Absorberbauteilen 3 gemäß der Fig. 1 bereits eine dreidimensionale räumliche Ausgestaltung auf. Auf das Tragelement 8 sind an den vier Außenseiten die Formteile 2 aufgebracht. Das Tragelement 8 ist beispiels weise, wie in der Fig. 2 gezeigt, als Traggerüst oder Trag gitter ausgeführt, wodurch Gewichts- und Materialeinsparungen gegenüber einem aus Vollmaterial bestehenden Tragelement 8 erzielt werden. Ein solches Traggitter besteht im wesentli chen aus einer Anzahl miteinander verbundener Streben 10. An statt des Traggitters können als Tragelement 8 beispielsweise aber auch zu einem Schacht geformte oder miteinander ver schränkte Bleche verwendet werden.According to the Fig. 2 3 comprises an absorber component is a shaft-shaped support member 8, are applied to the neutron absorbing plat tenförmige mold parts 2. The absorber construction part 3 thus also forms a storage shaft 6. In this exemplary embodiment, the absorber component 3 therefore has a three-dimensional spatial configuration in contrast to the plate-shaped absorber components 3 according to FIG. 1. The molded parts 2 are applied to the support element 8 on the four outer sides. The support element 8 is, for example, as shown in FIG. 2, designed as a support structure or support grid, whereby weight and material savings compared to a support element 8 made of solid material can be achieved. Such a supporting grid consists essentially of a number of interconnected struts 10. Instead of the supporting grid, however, for example, sheets formed into a shaft or interlaced with one another can also be used as the supporting element 8 .

Gemäß der Fig. 3 umfaßt das Absorberbauteil 3 ebenfalls Tragelemente 8 mit Neutronen absorbierenden Formteilen 2. Das Absorberbauteil 3 bildet dabei wiederum einen Lagerschacht 6. Die Tragelemente 8 sind als Führungsschienen ausgestaltet. Der Lagerschacht 6 weist insbesondere vier Tragelemente 8 auf, die bevorzugt als L-förmige Führungsschienen ausgestal tet sind. Die Tragelemente 8 bilden die vier Ecken des Lager schachtes 6. Die vier Seiten des Lagerschachtes 6 werden durch vier plattenförmige Formteile 2 gebildet. According to FIG. 3, the absorber component 3 likewise comprises support elements 8 with molded parts absorbing neutrons 2. The absorber component 3 in turn forms a storage shaft 6. The support elements 8 are designed as guide rails. The storage shaft 6 has in particular four support elements 8 , which are preferably configured as L-shaped guide rails. The support elements 8 form the four corners of the storage shaft 6. The four sides of the storage shaft 6 are formed by four plate-shaped parts 2 .

In der Fig. 3 ist in den Formteilen 2 schematisch ein Stütz gewebe 9 eingezeichnet. Die Formteile 2 werden jeweils an ih ren Endseiten von einem Tragelement 8 gestützt bzw. geführt. Für die Formteile 2 bedarf es bei dieser Ausgestaltung keiner weiteren Befestigungsmechanismen. Ein Absorberbauteil 3 mit solchen L-förmigen Tragelementen 8 bietet den Vorteil, daß auf eine einfache Weise die Formteile 2 in diese Führungs schienen eingefügt werden können. Der einfache Aufbau mit Führungsschienen erlaubt den Einsatz von Platten als Form teile 2, die herstellungstechnisch sehr einfach zu erhalten, und damit kostengünstig sind. Anstelle der L-förmigen Füh rungsschienen können je nach Anforderung und Bedarf bei spielsweise auch U-förmige oder kreuzförmige Führungsschienen verwendet werden.In Fig. 3, a support fabric 9 is shown schematically in the moldings 2 . The molded parts 2 are each supported or guided on their end faces by a support element 8 . With this configuration, no further fastening mechanisms are required for the molded parts 2 . An absorber component 3 with such L-shaped support elements 8 offers the advantage that the molded parts 2 can be inserted into this guide in a simple manner. The simple structure with guide rails allows the use of plates as molded parts 2 , which are very easy to obtain from a manufacturing point of view and are therefore inexpensive. Instead of the L-shaped guide rails, depending on requirements and needs, for example, U-shaped or cross-shaped guide rails can also be used.

Gemäß der Fig. 4 weist das Tragelement 8 einen Aufnahme raum 11 auf, der als eine wannenförmige Vertiefung ausgestal tet ist. Das Tragelement 8 weist an seinem oberen Rand der wannenförmigen Vertiefung eine Lasche 12 auf. Die Lasche 12 kann beispielsweise für Befestigungszwecke verwendet werden.According to FIG. 4, the support element 8 has a receiving space 11 which is tet ausgestal as a trough-shaped depression. The support element 8 has a tab 12 on its upper edge of the trough-shaped depression. The tab 12 can be used for fastening purposes, for example.

Das Tragelement 8 ist bevorzugt aus Blech geformt. In den Aufnahmeraum 11 ist ein Formteil 2 aus dem Neutronen absor bierenden Werkstoff eingebracht. Das Formteil 2 schließt mit dem Tragelement 8 bevorzugt plan ab, d. h. das Formteil 2 bil det mit den Laschen 12 des Tragelements 8 eine durchgehende ebene Fläche. Tragelement 8 und Formteil 2 bilden zusammen ein Absorberbauteil 3. The support element 8 is preferably formed from sheet metal. In the receiving space 11 , a molded part 2 is introduced from the neutron absorbing material. The molded part 2 closes with the support element 8 preferably flat, ie the molded part 2 bil det with the tabs 12 of the support element 8 a continuous flat surface. Support element 8 and molded part 2 together form an absorber component 3.

In Fig. 4 sind verschiedene Sicherungselemente dargestellt, die das Formteil 2 aus dem Neutronen absorbierenden Werkstoff im Aufnahmeraum 11 halten. In der linken Bildhälfte der Fig. 4 ist als Sicherungselement ein Drahtgeflecht 14a skizziert. Das Drahtgeflecht 14a ist beispielsweise an Befestigungspunk ten 16, z. B. durch Schweißpunkte, mit dem Boden 18 des Trag elements 8 fest verbunden. In FIG. 4, various securing elements are shown which hold the mold part 2 from the neutron-absorbing material in the receiving space 11. In the left half of FIG. 4, a wire mesh 14 a is outlined as a securing element. The wire mesh 14 a is, for example, at mounting points 16 th, z. B. by welding spots, firmly connected to the bottom 18 of the support element 8 .

In der rechten Bildhälfte der Fig. 4 sind als Sicherungsele mente Dorne 14b oder Widerhaken skizziert. Diese werden bei spielsweise aus dem Boden 18 zunächst teilweise ausgestanzt und dann aufgebogen. Zur Verbesserung der Haftung des Werk stoffs im Aufnahmeraum 11 sind die Dorne 14b vorteilhafter weise verdrillt. Die Dorne 14b erstrecken sich demnach etwa schraubenförmig in den Aufnahmeraum 11. Die beiden Befesti gungs- oder Sicherungselemente, nämlich das Drahtgeflecht 14a und die Dorne 14b, sind bevorzugt fest mit dem Tragelement 8 verbunden. Sie werden bei der Herstellung des Absorberbau teils 3 an dem Tragelement 8 angebracht, bevor der Neutronen absorbierende Werkstoff in Form einer schmelzflüssigen Sili katmasse in den Aufnahmeraum 11 eingegossen wird. Die Schmelze füllt dabei alle Hohlräume im Aufnahmeraum 11 aus, wodurch ein intensiver Kontakt zwischen den Sicherungselemen ten und dem nach Erkalten glasartigen Formteil 2 hergestellt ist.In the right half of FIG. 4, mandrels 14 b or barbs are outlined as securing elements. For example, these are first partially punched out of the base 18 and then bent up. To improve the adhesion of the material in the receiving space 11 , the mandrels 14 b are advantageously twisted. The spikes 14 b therefore extend approximately helically into the receiving space 11. The two fastening or securing elements, namely the wire mesh 14 a and the spikes 14 b, are preferably firmly connected to the support element 8 . They are attached in part 3 to the support element 8 in the manufacture of the absorber construction before the neutron absorbing material is poured into the receiving space 11 in the form of a molten silicon mass. The melt fills all cavities in the receiving space 11 , whereby an intensive contact between the Sicherheitselemen th and the glass-like molded part 2 is made after cooling.

In der rechten Bildhälfte der Fig. 4 ist als weiteres Siche rungselement eine Klemme 14c dargestellt, die an der La sche 12 des Tragelements 8 angeordnet ist und sich über die Lasche 12 hinaus in Richtung des Aufnahmeraums 11 erstreckt. Die Klemme 14c sichert das Formteil 2 zusätzlich von außen. Die Klemme 14c ist beispielsweise ein biegbares Blech oder sie ist auf der Lasche 12 verschiebbar oder drehbar angeord net. Die Sicherungselemente 14a, 14b, 14c können jeweils für sich genommen oder in Kombination miteinander verwendet wer den.In the right half of FIG. 4 as a further hedging element, a clamp 14 c is shown, which is arranged on the plate 12 of the support element 8 and extends beyond the tab 12 in the direction of the receiving space 11 . The clamp 14 c also secures the molded part 2 from the outside. The clamp 14 c is, for example, a bendable sheet metal or it is displaceable or rotatably arranged on the tab 12 . The securing elements 14 a, 14 b, 14 c can each be taken individually or used in combination with one another.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 besteht das Form teil 2 aus einem Verbundwerkstoff. Im vorliegenden Beispiel weist der Verbundwerkstoff in seinem Inneren neben dem Neu tronen absorbierenden Werkstoff kleine und möglichst homogen verteilte Fasern 20 auf. Die Fasern 20 sind bevorzugt aus an organischem Material. Durch die Fasern 20 werden insbesondere die mechanischen Eigenschaften des an sich sehr spröden glas artigen Werkstoffs besonders positiv beeinflußt. Die Verwen dung eines Verbundwerkstoffs beschränkt sich nicht auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 4. Ein Formteil 2 aus Verbund werkstoff kann selbstverständlich auch für die vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden.According to the embodiment of FIG. 4, the molded part 2 consists of a composite material. In the present example, in addition to the neutron absorbing material, the composite material has small fibers 20 that are distributed as homogeneously as possible. The fibers 20 are preferably made of organic material. The fibers 20 in particular have a particularly positive influence on the mechanical properties of the very brittle glass-like material. The use of a composite is not limited to the embodiment of FIG. 4. A molded part 2 made of composite can of course also be used for the embodiments described above.

Gemäß Fig. 5 sind vier Absorberbauteile 3, die mit dem zu Fig. 4 beschriebenen Absorberbauteil 3 vergleichbar sind, an den vier Seitenflächen eines Lagerschachts 6 mit einer qua dratischen Grundfläche angeordnet. Die Absorberbauteile 3 sind dabei derart angeordnet, daß sich der Neutronen absor bierende Werkstoff zwischen dem Tragelement 8 und der Wand 24 des Lagerschachts 6 befindet. Das Absorberbauteil 3 kann hierbei auf einer Außenwand oder Innenwand des Lager schachts 6 angebracht werden. Das Formteil 2 ist daher auf der einen Seite von dem Tragelement 8 und auf der anderen Seite von der Wand 24 vor Beschädigungen geschützt.Referring to FIG. 5, four absorber components 3, which are similar to that described to Fig. 4 absorber member 3 disposed at the four side surfaces of a storage rack 6 with a qua dratischen base. The absorber components 3 are arranged such that the neutron absorbing material is between the support member 8 and the wall 24 of the shaft 6 . The absorber component 3 can be attached to an outer wall or inner wall of the shaft 6 . The molded part 2 is therefore protected on one side by the support element 8 and on the other side by the wall 24 from damage.

Die Laschen 12 des Tragelements 8 dienen bevorzugt zur Befe stigung des Absorberbauteils 3 an den Lagerschacht 6. Die Be festigung kann beispielsweise durch mechanische Befestigungs mittel oder durch Schweißen erfolgen. Die Absorberbauteile 3 sind in ihrer Flächenausbreitung bevorzugt derart bemessen, daß sie die Seitenflächen des Lagerschachts 6 möglichst voll ständig bedecken, um eine hohe Neutronenabsorption zu erzie len.The tabs 12 of the support member 8 are preferably used for fastening the absorber component 3 to the storage shaft 6. The fastening can be carried out, for example, by mechanical fastening means or by welding. The absorber components 3 are preferably dimensioned in their area spread such that they cover the side surfaces of the storage shaft 6 as fully as possible in order to achieve a high neutron absorption.

Gemäß der Fig. 6 bilden Lagerschächte 6 mit Absorberbautei len 3, die bevorzugt aus Bor-Silikatglas bestehen, ein Lager gestell 26 eines Brennelement-Kompaktlagers. Die Lager schächte 6, von denen in der Fig. 6 drei zu sehen sind, sind jeweils diagonal einander gegenüberliegend angeordnet, so daß sich ein schachbrettartiges Muster ergibt. Die Lager schächte 6 sind an ihren Ecken über kreuzförmige Verbindungs elemente 28 miteinander verbunden, so daß ein stabiles Lager gestell 26 gebildet ist. According to FIG. 6 form storage shafts 6 with Absorberbautei len 3, which preferably consist of borosilicate glass, a storage rack 26 of a fuel assembly compact bearing. The bearing shafts 6 , three of which can be seen in FIG. 6, are each arranged diagonally opposite one another, so that a checkerboard-like pattern results. The bearing shafts 6 are connected at their corners via cross-shaped connecting elements 28 so that a stable bearing frame 26 is formed.

Bei dem Lagergestell 26 bestehen zwischen den Lagerschäch ten 6 jeweils Zwischenschächte 30, die die gleiche Größe wie die Lagerschächte 6 aufweisen. Durch diese Anordnung können sowohl in den Lagerschächten 6 als auch in den Zwischen schächten 30 Brennelemente eingelagert werden. Die schach brettartige Anordnung von Lagerschächten 6 mit dazwischenlie genden Zwischenschächten 30 gewährleistet beispielsweise eine kompakte Lagerung von abgebrannten Brennelementen einer Kern kraftanlage in einem Brennelement-Lagerbecken in einer Sie dewasser- oder Druckwasser-Reaktoranlage.In the storage rack 26 exist between the storage shafts 6 th 6 each intermediate shafts 30 which have the same size as the storage shafts 6 . With this arrangement, 30 fuel elements can be stored both in the storage shafts 6 and in the intermediate shafts. The chess board-like arrangement of storage shafts 6 with intervening intermediate shafts 30 ensures, for example, a compact storage of spent fuel elements of a nuclear power plant in a fuel storage pool in a dewater or pressurized water reactor system.

Selbstverständlich sind die jeweiligen Merkmale der verschie denen Ausführungsformen untereinander oder auch mit Merkmalen aus dem Stand der Technik wahlweise kombinierbar, ohne daß der Grundgedanke der vorliegenden Idee verlassen wird. We sentlich hierfür ist, daß zur Neutronenabsorption ein Werk stoff mit einer amorphen Struktur, in den ein Neutronen ab sorbierendes Element eingebunden ist, verwendet wird.Of course, the respective characteristics of the different those embodiments with each other or with features can be optionally combined from the prior art without the basic idea of the present idea is abandoned. We Significant for this is that a work on neutron absorption material with an amorphous structure in which a neutron is released sorbent element is used.

Claims

1. absorber component ( 3 ) with a neutron absorbing material, in which at least one neutron absorbing element is integrated in a glass-like structure.

2. Absorber component according to claim 1, in which the vitreous Structure is a silicate glass.

3. Absorber component according to one of claims 1 or 2, in which the neutron absorbing element is boron.

4. Absorber component according to claim 3, in which the material about 10-20% by weight boron, in particular 14% by weight boron.

5. absorber component according to one of the preceding claims, where the material is a combination of neutrons absorbed elements.

6. Absorber component according to one of the preceding claims, in which the material inside has a supporting fabric ( 9 ), in particular a special wire fabric, and / or in which the material is constructed as a composite material.

7. Absorber component according to one of the preceding claims, in which the material is held by a support element ( 8 ).

8. absorber component according to claim 7, wherein the Tragele element ( 8 ) has a receiving space ( 11 ) into which the material is introduced.

9. absorber component according to claim 8, wherein the material is poured into the receiving space ( 11 ).

10. absorber component according to claim 8, wherein the material is inserted into the receiving space ( 11 ).

11. Absorber component according to one of claims 7 to 10, wherein the support element ( 8 ) has a securing element ( 14 a, 14 b, 14 c) for the material.

12. The absorber component according to one of claims 8 to 11, wherein the receiving space ( 11 ) is a trough-shaped depression.

13. fuel assembly storage rack ( 12 ) with an absorber construction part ( 3 ) according to any one of the preceding claims.

14. Fuel assembly storage rack according to claim 8 with storage wells ( 6 ) having an absorber component ( 3 ), the storage wells ( 6 ) arranged like a chessboard and connected to one another via cross-shaped connecting elements.

15. Fuel assembly storage rack according to claim 13 or 14 with a storage shaft ( 6 ) and a support element ( 8 ), wherein between a wall ( 24 ) of the storage shaft ( 6 ) and the Tragele element ( 8 ) a neutron absorbing material is arranged.

16. Neutron absorbing material, in which a neutron absorbent element in a glass-like structure is bound.

17. Neutron absorbing material according to claim 16, whose glass-like structure is a silicate glass.

18. Neutron absorbing material according to one of the claims che 16 or 17, in which the neutron absorbing element Is boron.

19. Neutron absorbing material according to one of the claims che 16 to 18, the other neutron absorbing elements having.

20. Neutron absorbing material according to one of claims 16 to 19, which has a supporting fabric ( 9 ) inside.