DE2500927A1

DE2500927A1 - Einrichtung zum handhaben radioaktiver kernbrennelemente bei transportvorgaengen

Info

Publication number: DE2500927A1
Application number: DE19752500927
Authority: DE
Inventors: Walter E Desmarchais; Leonard P Hornak; John M Shallenberger
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-01-11
Publication date: 1975-08-07
Also published as: ES434481A1; FR2260169B1; GB1456804A; SE405903B; IT1031268B; CH589914A5; BE825153A; US4081086A; FR2260169A1; BR7500611A; JPS50109390A

Description

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ing. K. HOLZEB AFGSBU]RG ίΚ- WELSKK- STRASS* M TKLBPOH, *1»7S

W.718

Augsburg; den 8. Januar 1975

Westinghouse Electric Corporation, Westinghouse Building, Gateway Center, Pittsburgh, Allegheny County, Pennsylvania 15222, V.St.A.

Einrichtung zum Handhaben radioaktiver Kernbrennelemente bei

Transportvorgangen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Handhaben radioaktiver Kerribrennelemente bei trockenen, d.h. nicht unter Wasser stattfindenden Transportvorgängen, mit einem das betreffende Brennelement während des Transportvorgangs aufnehmenden Abschirmbehälter.

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Bei den heutigen kommerziellen Kernkraftwerken ist es erforderlich, den Reaktorkern in bestimmten Zeitabständen zu ersetzen, gewöhnlich etwa einmal jährlich. Dabei werden die verstrahlten Brennelemente aus dem in einem Reaktorbehälter befindlichen Reaktorkern herausgenommen und, nachdem sie über einen geeigneten Zeitraum hinweg in einer Grube für verbrauchten Kernbrennstoff gespeichert worden sind, aus dieser Grube in einen Transportbehälter transportiert. Da dieser Behälter außerdem als Strahlungsschild dient, kann er vollständig sicher und ohne Notwendigkeit besonderer Strahlenschutzeinrichtungen gehandhabt werden. Der den verstrahlten Kernbrennstoff enthaltende Transportbehälter wird verschlossen und auf einen Lastwagen geladen, mit welchem er dann abtransportiert wird. Es ist zu bemerken, daß das verstrahlte Brenneleme-nt während dieser Transportvorgänge zu jeder Zeit abgeschirmt ist. Die mit dem Herausnehmen des Brennelements aus dem Reaktorkern und dem Transport in den Transportbehälter verbundenen Arbeitsgänge finden sämtliche unter Wasser statt, welches als Strahlungsschild dient. Danach dient der Transportbehälter selbst als Strahlungsschild.

Bisher machte der Austausch der verbrauchten Brennelemente durch neue Brennelemente die oben erwähnten Strahlenschutzmaßnahmen gewöhnlich nicht erforderlich.

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Der Grund lag darin, daß neue Brennelemente, wie sie beispielsweise in Siedewasserreaktoren oder Druckwasserreaktoren verwendet werden, angereichertes Uranoxyd enthalten, welches nicht radioaktiv ist. Aus diesem Grunde wurden bisher neue Brennelemente durch Lastwagen- oder Eisenbahntransport zum Reaktor gebracht, dort mittels eines Kranes abgeladen und in eine Vorratsgrube für neuen.Brennstoff gebracht, ohne daß sie während dieser Vorgänge abgeschirmt wurden.

Mit der zunehmenden Verfügbarkeit von spaltbarem Plutonium 239, welches als Nebenprodukt in wassermoderierten Kernreaktoren erzeugt wird, und aufgrund der wirtschaftlichen Vorteile der Verwendung dieses Kernbrennstoffes ist es sicher, daß neue Brennelemente beträchtliche Mengen von rezirkuliertem Plutonium 239 enthalten. Da dieses Material in seinem "natürlichen Zustand" stark radioaktiv ist, sind die bekannten Techniken zur Handhabung neuer Brennelemente nicht mehr zufriedenstellend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,.eine Einrichtung zur Handhabung von Plutonium 239 enthaltenden neuen Brennelementen zu schaffen, bei welcher die Brennelemente in geeigneter Weise zum Schutz des Personals vor

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der äußerst gefährlichen Radioaktivität abgeschirmt sind.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Einrichtung zum Handhaben radioaktiver Kernbrennelemente bei trockenen Transportvorgängen gemäß der Erfindung durch auf dem Abschirmbehälter angeordnete Vorrichtungen zum Ergreifen und Anheben des Brennelements in Längsrichtung in den Abschirmbehälter hinein gekennzeichnet.

Die Erfindung· macht von einer Abschirmhülse mit integrierten Greif- und Hub einrichtungen Gebrauch. Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weist die Abschirmhülse eine Innenbüchse und eine Außenbüchse·auf, wobei der zwischen den beiden Büchsen gebildete Ringraum mit strahlenabschirmendem Material wie beispielsweise Wasser oder Erdöl gefüllt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist der außerhalb der Abschirmhülse herrschende Strahlungspegel so niedrig, daß ein direkter Zugang durch das Personal möglich ist.

Als Hubvorrichtung dient ein üblicher Getriebemotor in Verbindung mit einer Seilwinde, an welcher ein Drahtseil

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befestigt ist. Am freien Ende des Drahtseils ist eine Greifvorrichtung angeordnet. Diese Greifvorrichtung ist so ausgebildet, daß sie innerhalb des hohlen Teils der Abschirmhülse arbeiten kann. Die Abschirrrihülse kann mit einem oder mehreren verschließbaren Zugangsöffnungen versehen sein, um einen direkten Zugang zur Greifvorrichtung oder zum Brennelement zu ermöglichen.

Zum Gebrauch wird die Abschirmhülse unmittelbar über ein Brennelement gebracht, welches im Luftraum eines Brennstoffhandhabungsgebäudes transportiert werden soll. Unter Benutzung der Zugangs öffnung in der Abschirmhülse wird eine Verbindung zwischen der Greifvorrichtung und dem Brennelement hergestellt. Sodann wird der Getriebemotor eingeschaltet, welcher die Seilwinde in Drehung versetzt und das Brennelement in die Abschirmhülse hinein anhebt. Danach wird das Brennelement mittels eines Sicherungsbolzens mit der Abschirmhülse verzapft, so daß das Brennelement absolut sicher innerhalb der Abschirmhülse gehalten wird. Die Abschirmhülse kann dann an einen Kran angehängt werden und die gesamte Anordnung kann trockenj also nicht unter Wasser, vollständig sicher an den gewünschten Ort transportiert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird

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nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 im Grundriß ein Brennstoff

handhabungsgebäude eines Kernkraftwerks , in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung Anwendung finden kann,

Fig. 2 . eine Schnittansicht des in

Fig. 1 dargestellten Gebäudes in der Ebene II-II, und

Fig. 3 im Schnitt eine bevorzugte

.Aus führ ungs form der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Die in den Fig, I und 2 abgebildete Gebäude anordnung ist für viele mögliche Gebäudeanordnungen typisch, welche für den Brennstofftranport in der Reaktoranlage vorgesehen sind. Die Brennstofftransportvorgänge fallen in zwei breite Kategorien. Die erste Kategorie umfaßt den Transport neuer Brennelemente von Eisenbahnwaggons oder Lastwagen zu innerhalb eines Brennstoffhandhabungsgebäudes befindlichen Lagerstellen. Die zweite breite Kategorie umfaßt den Transport

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von gebrauchten oder verbrauchten Brennelementen von einem Lagerbereich für verbrauchten Brennstoff auf einen Lastwagen oder einen Eisenbahnwaggon, Obwohl sich die vorliegende Beschreibung hauptsächlich auf die erstere Kategorie, also den Transport von neuen Brennelementen bezieht, beschränkt sich die Erfindung nicht hierauf. Für den Fachmann ergeben sich ohne weiteres die erforderlichen Abwandlungen der hier beschriebenen Einrichtung, um die Erfindung auch für den Transport verbrauchter radioaktiver Brennelemente anwenden zu können.

Neue Brennelemente mit re zirkulier tem Plutonium, die stark radioaktiv sind, können entweder durch Eisenbahn oder Lastwagen in ein Brennstoffhandhabungsgebäude 10 gebracht werden. Das Entladen des Fahrzeugs erfolgt an einer Entladestelle 11, Typischerweise befinden sich neue Brennelemente in Transportbehältern, welche als Strahlungsschild dienen und das Freiwerden der sehr gefährlichen Radioaktivität während des Transports verhindern. Die Transportbehälter 12 werden von dem Transportfahrzeug mittels eines Laufkranes abgeladen, der in geeigneter Weise auf einer Schiene 16 in dem Gebäude 10 verfahrbar ist. Die Transporgtbehälter werden dann auf einer Lagerfläche 13 abgestellt.

Die Brennelemente 20 werden gemäß Fig. 2 zusammen

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mit einem Teil des Transportbehälters vertikal gestellt. Der vertikal gestellte Teil des Transportbehälters dient während dieser Phase als Strahlungsschild, Das Brenn- ' element wird dann mittels einer an dem Laufkran 15 hängenden Brennstoffhandhabungseinrichtung 21 hochgezogen und an eine Lagerstelle 14 für neuen Brennstoff gebracht. Diese Lagerstelle 14 kann aus Beton hergestellt sein und zur Herstellung einer geeigneten Strahlenabschirmung mit Wasser gefüllt sein. Bis hierher laufen alle Brennstoffhandhabungs- und -transportvorgänge trocken, d.h. nicht unter Wasser ab. Die Strahlenabschirmung erfolgt dabei durch den Transportbehälter 12, die Brennstoffhandhabungseinrichtung 21 und die Lagerstelle 14,

Der neue Plutoniumbrennstoff wird danach von der .Speicherstelle 14 für neuen Brennstoff zu einer Prüfstation und anschließend in Vorbereitung zur Neubeschickung eines nicht dargestellten Reaktorkerns, der in einem Reaktorgebäude 19 untergebracht ist, in einen Brennstofferneuerungskanal 18 befördert. Während des Transports des Brennstoffs von der Lagerstelle 14 in den Brennstofferneuerungskanal und an der Prüfstation ist der Strahlungsschild durch die Brennstoffhandhabungseinrichtung 21 gebildet. Ebenso wie die vorhergehenden Transportvorgänge im Brennstoffhandhabungsgebäude 10 laufen auch diese Vorgänge trocken ab, was den direkten Zugang durch das Reaktorpersonal ohne

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Gefahr vor radioaktiver Strahlung ermöglicht.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, steht eine Lagerstelle für verbrauchten Brennstoff mit dem Brennstofferneuerungskanal 18 in Verbindung. Ferner ist neben der Entladestelle 11 ein Lagerplatz 31 für Transportbehälter für verbrauchten Brennstoff vorgesehen. Die Brennstoffhandhab ungseinrichtung 21 nach der Erfindung kann also leicht auch für die Transportvorgänge mit dem ebenfalls stark radioaktiven verbrauchten Brennstoff eingesetzt werden.

Einzelheiten einer bevorzugten Ausführungsform der Brennstoffhandhabungseinrichtung 21 für den Transport von neuen Brennelementen mit rezirkuliertem Plutonium sind in Fig. 3 dargestellt. Eine innere Büchse 22 ist durch einen Ringraum 24 von einer äußeren Büchse 23 getrennt. Die beiden Stirnseiten des Ringraumes 24 sind jeweils von einer Stirnplatte 25 verschlossen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die Büchsen 22 und 23 als auch die Stirnplatten 25 aus etwa 25 mm starkem rostfreiem Stahlblech hergestellt. Der Ringraum 24 ist mit einem strahlenabschirmenden Material wie beispielsweise Wasser, Mineralöl, Polyäthylen oder dgl. gefüllt. Die Abmessung des Ringraumes 24 ist vorzugsweise so bemessen, daß sich

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ein einer Wasserschicht von I50 mm Dicke entsprechender Strahlungsschirm ergibt. Die Büchsen und der gefüllte Ringraum vermindern zusammen den Strahlungspegel von etwa 400 mR/h im Inneren der Büchse 22 auf einen Pegel von etwa 2,5 mR/h außerhalb der Büchse 23. Der erstgenannte Strahlungspegel stellt den maximalen Strahlungswert von rezirkuliertem Plutonium 239 dar, aus welchem die Brennelemente hergestellt sind. Der äußere Strahlungspegel von 2,5 mR/h stellt einen annehmbaren Wert dar, der den unmittelbaren Zugang durch Reaktorpersonal ohne Strahlengefahr ermöglicht.

Die lichte Weite der inneren Büchse .22 und die Länge der Anordnung 21 entspricht der maximalen Länge und Dicke eines mittels der Einrichtung zu handhabenden Brennelements. Wenn ein solches Brennelement beispielsweise eine Länge von 400 cm hat, sollte die Länge der Handhabungseinrichtung 21 eine Länge von etwa 450 cm haben. Bei einer Dicke von etwa 21 cm sollte die lichte Weite der inneren Büchse 22 etwa 30 cm betragen.

Ein elektrischer Getriebemotor 30 geeigneter Leistung ist mit einer Seilwinde 31 gekuppelt und auf der oberen Stirnplatte 25 montiert, so daß das Seil 32 der Seilwinde

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innerhalb der inneren Büchse 22 beweglich ist. Am freien Ende des Seils 32 ist eine Greifvorrichtung 33 angeordnete Bei dieser Anordnung kann jede beliebige Konstruktion von Brennelement-Greifwerk zeuge η Anwendung finden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Aus'führungsform der Greifvorrichtung 33 sind vier schwenkbare Greif arme vorgesehen, welche in eine öffnung eines Brennelements eingreifen können. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann man sich die Arbeitsweise der Greifvorrichtung 33 leicht vorstellen. Eine Drehung eines Betätigungselements bewirkt ein Auswärtsschwenken der Greif arme, die infolgedessen in der öffnung des Brenn- ■ elements verriegelt werden. Um das Einsetzen eines Verlängerungsstückes 3¹J für das Betätigungselement zu ermöglichen, ist nahe dem unteren Ende der Handhabungseinrichtung 25 eine öffnung 35 vorgesehen. Zum Verschluß der öffnung 35, wenn das Verlängerungsteil ~5k nicht benützt wird, ist ein Stopfen 36 vorgesehen. Der Stopfen 36 ist so konstruiert, daß er die gleiche Abschirmfähigkeit wie die übrige Handhabungseinrichtung 21 besitzt. Der Stopfen 36 kann beispielsweise aus einem Stahlgehäuse und einem Kern bestehen, der mit Polyäthylen, Wasser oder Mineralöl gefüllt ist.

Das Anhaben und Absenken der Greifvorrichtung ist mittels eines Bedienungs ge rates 37 steuerbar, mit welchem

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der Ge triebe mot or 30 und mit der damit gekuppelten Seilwinde 31 betätigbar ist. Im oberen Ende der inneren Büchse 22 ist ein Endschalter 38 vorgesehen. Berührt ein angehobenes Brennelement diesen Endschalter 38, wird der Getriebemotor 30 unabhängig von der Stellung des Bedienungsgeräts 37 automatisch angehalten, um ein Anschlagen des oberen Endes des Brennelements an die Seilwinde 31 zu verhindern. Ein Sicherheitsbolzen 38 dient der Verriegelung eines angehobenen Brennelements in der Handhabungseinrichtung 21, so daß dieses Brennelement absolut sicher gehalten wird.

Die Brennstoffhandhabungseinrichtung 21 kann an einem Kran aufgehängt werden, beispielsweise an dem in Fig. 2 dargestellten Laufkran 15. Die Aufhängevorrichtung besteht aus einem Y-förmigen Lastverteiler 40 und drei an seinen Enden angeordneten, gelenkig mit ihm und der Einrichtung verbundenen Tragstangen 41 mit Gabelköpfen. Eine Lastmeßdose 42 ist zwischen dem Kranhaken und dem Tragseil angeordnet und zeigt an, ob die Handhabungseinrichtung vom Kran getragen wird.

Bei einem typischen Betriebs ab lauf der Handhabungseinrichtung 21 wird diese mittels des Kranes unmittelbar über ein zu transportierendes Brennelement gebracht. Die

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Einrichtung 21 wird soweit abgesenkt, daß das Greifwerkzeug 33 in die dafür vorgesehene öffnung des Brennelements eingreift. Sodann wird der Stopfen 36 herausgenommen und das Verlange rungs teil 34 für das Betätigungselement durch die öffnung 35 eingesetzt und die Greifvorrichtung 33 wird mit dem Brennelement verriegelt, Sodann wird der Getriebemotor 30 mittels der Bedienungseinrichtung 37 eingeschaltet, wodurch die Seilwinde 31 in Drehiong versetzt wird und das Brennelement anhebt. Das Brennelement wird dann vollständig in die innere Büchse hinein hochgezogen, bis es den Endschalter 38 berührt und dadurch der Getriebemotor 30 abgeschaltet wird. Sodann wird der Sicherheitsbolzen 38 eingeschoben, der verhindert, daß das Brennelement in dem unwahrscheinlichen Fall eines Versagens der Greifvorrichtung 33 oder der Seilwinde 3i oder eines anderen Seilbruches herausfällt. Das vollständig abgeschirmte Brennelement kann nunmehr innerhalb des Brennstoffhandhabungsgebäudes .10 transportiert werden.

Es muß hervorgehoben werden, daß das radioaktive Brennelement während des Transports von einem Transportbehälter zu der Lagerstelle 14 für neuen Brennstoff oder von dieser Lagerstelle zu der Prüfstation 17 und von da aus in den Brennstofferneuerungskanal 18 kontinuierlich abgeschirmt

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ist. Beispielswelse ist aus Fig. 2 ersichtlich, daß beim Anheben des Brennelements aus dem Transportbehälter 12 heraus in die abgeschirmte Han dh ab ungs einrichtung 21 hinein hochgezogen wird. Die Erfindung ermöglicht daher den trockenen Transport von radioaktiven Brennelementen bei Aufrechterhaltung einer Strahlenabschirmung, so daß der direkte Zugang durch das Betriebspersonal möglich ist.

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Claims

Patentansprüche

( 1.'Einrichtung zum Handhaben radioaktiver Kernbrennelemente bei trockenen, d.h. nicht unter Wasser stattfindenden Transportvorgängen, mit einem das betreffende Brennelement während des TransportVorgangs aufnehmenden Abschirmbehälter, gekennzeichnet durch auf dem Abschirmbehälter (21) angeordnete Vorrichtungen (29, 30, 31) zum Ergreifen und Anheben des Brennelements in Längsrichtung in den Abschirmbehälter hinein.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Abschirmbehälter (21) eine etwa zylindrische Innenbüchse (22), eine davon einen Abstand aufweisenden, ebenfalls etwa zylindrische Außenbüchse (23) und in dem zwischen diesen beiden Büchsen gebildeten Ringraum (24) ein strahlenabschirmendes Material aufweist.
3. Einrichtung-nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmbehälter (21) eine quer durch seine Wandung hindurch verlaufende Öffnung (35) aufweist und daß diese öffnung mittels eines Stopfens (36) verschließbar ist, welcher einen Strahlungsschild zur Verhinderung des Austritts von Strahlung durch diese Öffnung enthält.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Greif- und Hub vorrichtungen (29 bis 33) einen Motor (30), eine damit mechanisch gekuppelte Winde (31), ein an dieser Winde befestigtes Seil (32) und ein am freien Ende dieses Seils befestigtes Greifwerkzeug (33) zum Ergreifen eines Brennelements aufweisen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Greifwerkzeug (33) ein Rahmen und eine Vielzahl von daran schwenkbar befestigten Haken aufweist, welch letztere dem Ergreifen eines Brennelements dienen.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen Bolzen (38) zum Verriegeln des Brennelements mit dem Abschirmbehälter (21) aufweist, welcher in einer Öffnung des Abschirmbehälters angeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Anheben derselben, welche eine am Abschirmbehälter (21) montierte Tragstangen anordnung (41) und eine daran montierte Lastmeßdose zur Feststellung des von der Tragstangenanordnung getragenen· Gewichts aufweisen.

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