DE2501728C2

DE2501728C2 - Einrichtung zum Prüfen und Reparieren von radioaktiven Kernbrennelementen

Info

Publication number: DE2501728C2
Application number: DE2501728A
Authority: DE
Inventors: Walter E. Monroeville Pa. Desmarchais; Leonard P. Irwin Pa. Hornak; John M. Pittsburgh Pa. Shallenberger
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1974-02-06
Filing date: 1975-01-17
Publication date: 1984-01-26
Also published as: BR7500752A; JPS50109394A; SE417383B; DE2501728A1; US3914613A; FR2260170B1; GB1491943A; ES434480A1; FR2260170A1; CH591143A5; BE825152A; SE7501347L; IT1031267B

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen und Reparieren von radioaktiven Kernbrennelementen, mit einem rohrförmigen Abschirmbehälter zur Aufnahme und Abschirmung des Brennelements während der Prüf- und Reparaturarbeiten, mit einer Besichtigungsvorrichtung zum Untersuchen des Brennelements und fmit einer Zugangsvorrichtung zur Zugänglichmachung des Brennelements.

Bei den heutigen kommerziellen Kernkraftwerken ist -es erforderlich, den Reaktorkern in bestimmten »Zeitabständen zu ersetzen, gewöhnlich etwa einmal jährlich. Dazu müssen die verbrauchten Brennelemente aus dem in einem Reaktorbehälter angeordneten Reaktorkern herausgenommen und nach einer geeigneten Speicherperiode in einer Grube für verbrauchten Brennstoff von dieser Grube in einen Transportbehälter gebracht werden. Gewöhnlich ist der Transportbehälter so ausgebildet, daß er außerdem als Strahlungsschild dient, so daß er vom Personal unmittelbar und ohne besondere Strahlenschutzmaßnahmen gehandhabt werden Kinn.

Das hinsetzen der neuen Brennelemente erfordert gewöhnlich keine Strahlenschutzmaßnahmen, da neue Brennelemente, wie sie beispielsweise in Siedewasserreaktoren oder Druckwasserreaktoren benützt werden, angereichertes Uranoxyd enthalten, welches nur gering ist.

Mit zunehmender Verfügbarkeit von spaltbarem Plutonium 239, welches als Nebenprodukt in wasser-

lu moderierten Reaktoren erzeugt wird, und wegen de besonderen wirtschaftlichen Vorteile der Verwendung dieses Kernbrennstoffes weisen auch neue Brennelemente beträchtliche Mengen von rezirkulieriem spaltbaren Plutonium auf. Da dieses Material jedoch

\', radioaktiv ist, sind die bekannten Handhabungstechniken für neue Brennelemente nicht mehr brauchbar. Das bedeutet, daß alle Handhabungsvorgänge, wie beispielsweise Transport, Prüfung, Sichtung und Ausführung kleinerer Reparaturen in der Reaktoranlage bei

20 ?geeigneter Abschirmung des Brennelements durchgeführt werden müssen, um das Betriebspersonal vor der sehr gefährlichen Radioaktivität zu schützen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine fgeeignete Einrichtung für die Sichtung, Prüfung und Reparatur von radioaktiven Brennelementen durch das Betriebspersonal zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung der eingangs dargelegten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Besichtigungsvorrichtung und die Zugangsvorrichtung um die Längsachse des Abschirmbehälters drehbar auf dem Abschirmbehälter angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Abschirmbehälter eine Abschirmhülse auf, die aus einer Innenbüchse und einer Außenbüchse besteht, wobei der zwischen diesen beiden Büchsen gebildete Ringraum mit strahlenabschirmendem Material, wie beispielsweise Wasser oder Erdöl, gefüllt ist. Die Länge des Abschirmbehälters ist etwas größer als die doppelte Länge eines Brennelements, welches geprüft oder repariert werden soll.

Die Abschirmung verringert die radioaktive Strahlung so stark, daß unmittelbar außerhalb der Abschirmhülse eine so geringe Strahlung vorhanden ist. daß der direkte Zugang durch das Betriebspersonal möglich ist.

Die der Prüfung und Reparatur der Brennelemente dienenden Vorrichtungen sind vorzugsweise in einer in Längenmitte des Abschirmbehälters vorgesehenen drehbaren Manschette angeordnet. Diese Manschette besteht ebenfalls aus einer Innenbüchse und einer Außenbüchse und der dazwischen liegende Ringraum ist mit strahlenabschirmendem Material ausgefüllt. Diese Manschette weist jedoch eine Prüföffnung, eine Zugangsöffnung und eine Instrumentenöffnung auf.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wer-'den nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den Grundriß eines Brennstoffhandhabungsgebäudes einer Kernkraftwerksanlage, in welchem die erfindungsgemäße Einrichtung anwendbar ist,

Fig.2 einen Vertikalschnitt durch das in Fig. 1 dargestellte Gebäude entlang der Ebene H-Ii,

Fig.3 eine bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung nach der Erfindung, und
Fig.4 einen Querschnitt der Einrichtung entsprechend der Ebene IV-IV der Fig. 3, jedoch mit einer anderen Anordnung der Besichtigungs- und Zugangsöffnungen.

Die in den F i g. 1 und 2 abgebildete Gebäudeanord-

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nung ist typisch für eine Vielzahl möglicher Anwendungen, in denen Transportabläufe von Brennelementen in der Reaktoranlage stattfinden können.

Neue, rezirkuliertes Plutonium enthaltende Brennelemente, die stark radioaktiv sind, könnew entweder durch Eisenbahn- oder Lastwagentransport in das Brennstoffhandhabungsgebäude 10 gebracht werden. Das Entladen der Fahrzeuge erfolgt an einer Entladestelle 11. Typischerweise befinden sich die neuen Brennelemente in Transportbehältern, welche während des Transports als Strahlenabschirmung dienen. Die Transportbehälter 12 werden mittels eines Deckenlaufkranes 15 von den Transportfahrzeug^ abgeladen. Der Deckenlaufkran 15 ist auf Schienen 16 im Brennstoffhandhabungsgebäude verfahrbai. Die Transportbehälter werden dann auf einer dafür vorgesehenen Lagerfläche 13 gelagert.

Zum Herausnehmen des neuen Brennelements 20 aus einem Transportbehälter wird das Brennelement zusammen mit einem Teil des Transportbehälters in der in F i g. 2 dargestellten Weise hochkant gestellt. Obwohl , dies nicht wesentlich ist, bildet der hochkant stehende Teil des Transportbehälters vorzugsweise während dieser Phase des Transports eine Strahlenabschirmung. Das Brennelement 20 wird dann in eine abgeschirmte Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 hinein hochgezogen. Diese Handhabungsvorrichtung 21 hängt an dem Laufkran 15 und wird dann zu einem Lagerplatz 14 auf neuen Brennstoff befördert. Der Lagerplatz 14 für den neuen Brennstoff kann aus Beton hergestellt und zur Strahlenabschirmung mit Wasser gefüllt sein. Es muß hervorgehoben werden, daß bis zu diesem Punkt alle Handhabungs- und Transportvorgänge mit dem Brennstoff trocknen, d.h. nicht unter Wasser ablaufen. Trotzdem ist ständig eine Strahlenabschirmung vorhanden, um die Anwesenheit des Reaktorpersonals zu ermöglichen.

' Das neue, lezirkuliertes Plutonium enthaltende 'Brennelement wird dann von dem Lagerplatz 14 für neuen Brennstoff zu einer Prüf- und Reparaturstation 17 gebracht und anschließend in einen Brennstoffbeschikkungskanal zur Wiederbeschickung des Reaktorkerns eines nicht dargestellten Kernreaktors transportiert, der in einem Reaktorgebäude 19 untergebracht ist Während des Brennstofftransports von dem Lagerplatz 14 zum Beschickungskanal 18 bildet die Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 die Strahlenabschirmung. An der Prüfstation 17 wird die Strahlenabschirmung durch eine von der Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 und einer Einrichtung 25 zum Prüfen und Reparieren der Brennelemente gebildeten Anordnung hergestellt. Ebenso wie die vorhergehenden Transportvorgänge im Brennstoffhandhabungsgebäude 10 laufen auch diese Vorgänge trocken ab, wobei ein direkter Zugang durch das Reaktorpersonal ohne Gefahr vor radioaktiver Strahlung möglich ist.

Gemäß Fig. ί steht ein Speicherbereich 30 für verbrauchten Brennstoff mit dem Beschickungskanal 18 in Verbindung. Außerdem ist neben der Entladestelle 11 eine Lagerfläche 3i für Transportbehälter für verbrauchten Brennstoff angeordnet. Diese Lagerfläche 31 und ein Behälterbeladungsplatz befinden sich in nächster Nähe zur Prüfstation 17. Die Einrichtung 25 zur Prüfung und Reparatur von Brennelementen ist also leicht auch für die Prüfung und die Reparatur von verbrauchten stark radioaktiven Brennelementen anwendbar.

Einzelheiten von bevorzugten Ausführungsformen der Prüf- und Reparatureinrichtung 25 für neue, rezirkuliertes Plutonium enthaltende Brennelemente sind in den Fig.3 und 4 dargestellt. Aus Fig.3 geht hervor, daß die Einrichtung 25 grundsätzlich zwei Hauptteile enthält, nämlich eine Abschirmhülse 35, die -, einen Teil des Abschirmbehälters bildet, und eine drehbare Manschette 36. Die Abschirrnhülse 35 ragi durch einen Fußboden 37 hindurch und hat beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Länge, die etwa gleich der maximalen Länge eines zu um ersuchenden

,,, Brennelements ist. Die drehbare Manschette 36 ist mit Hilfe eines Lagen 29 auf dem oberen Ende der Abschirmhülse 35 gelagert. In der Manschette sind eine Besichtigungsöffnung 38 und eine Zugangsöffrtung 39 gebildet. Die Höhe dieser öffnungen über dein

ι j Fußboden entspricht im wesentlichen der Schulterhöhe einer auf dem Fußboden 37 stehenden Person. Da manche Brennelemente für Kernkraftwerke 3,60 m lang oder langer sind, ragt die Abschirmhülse J5 weiter unter

;,, als über die Oberfläche des Fußbodens 37,

I Damit das Betriebspersonal während der gesamten Prüf- oder Reparaturarbeiten an einem Brennelement vollständig vor radioaktiver Strahlung abgeschirmt ist, muß ein Teil der drehbaren Manschette 36 so weit nach oben ragen, daß das gesamte Brennelement auch dann abgeschirmt ist, wenn nur der unterste Teil davon sich in Höhe der Besichtigungsöffnung und der Zugangsöffnung befindet. Das kann dadurch erreicht werden, daß ganz einfach eine weitere, nicht dargestellte Abschirmhülse auf das obere Ende der Manschette 36 aufgesetzt wird, die ähnlich der Abschirmhülse 35 ausgebildet ist und die so den Abschirmbehälter vervollständigt. Eine elegantere Lösung stellt die in Fig.3 dargestellte Anordnung dar. Der Teil des Abschirmbehälters oberhalb der drehbaren Manschette 36 ist durch die Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 gebildet. Grundsätzlich weist die Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 eine Abschirmhülse, deren Länge etwa derjenigen eines Brennelements entspricht, und dieser Abschirmhülse zugeordnete Vorrichtungen zum Ergreifen und Anheben eines Brennelements auf. Indem also entweder eine weitere Abschirmhülse oder eine Breiinstoffhandhabungsvorrichtung 21 auf das obere Ende der Manschette 36 aufgesetzt worden ist, wird ein Abschirmbehälter gebildet, bei welcher die gesamte Länge eines Brennelements durch das Reaktorpersonal untersucht und repariert werden kann, während das Personal stets vor der schädlichen radioaktiven Strahlung geschützt ist. Außerdem ermöglicht die drehbare Manschette 36 eine allseitige Besichtigung und Zugänglichkeit des

so Brennelements. Wird die weitere Absdiirmhülse verwendet, so ist ein Kran notwendig, mit welchem das Brennelement innerhalb der Einrichtung 25 heb- und senkbar ist.
Die Abschirmhülse 35 weist eine Innenbüchse 40 und eine Außenbüchse 41 auf, welche durch einen Ringraum 42 voneinander getrennt sind. Die Stirnseiten des Ringraumes sind geeigneterweise jeweils durch eine Stirnplatte 43 verschlossen. Das obere Lnde der Abschirmhülst 35 ist etwa nach Art einer Stufenbohrung ausgebildet, so daß es das komplementär ausgebildete Ende der drehbaren Manschette 36 aufnehmen kann und eine radiale Führung für dasselbe bildet. Zur Befestigung der Abschirmhülse 35 am Fußboden 37, beispielsweise durch Schrauben, sind fest mit der Außenbüchse 41 verbundene Winkeieisen 44 vorgesehen. Der Ringraum 42 zwischen den beiden Büchsen ist mit strahlenabschirmendem Material, beispielsweise Wasser, Erdöl, Polyäthylen oder dgl.

gefüllt. Der Ringraum 42 ist vorzugsweise so bemessen, daß die Dicke des Strahlungsschildes einer 15 cm dicken Schicht Wasser entspricht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Büchsen 41 und 40 aus 25 mm dickem rostfreiem Stahlblech hergestellt. Die Kombination der jeweils 25 mm dicken Büchsen und der einer 15 cm dicken Wasserschicht entsprechenden Abschirmschicht verringert die Dosisleistung von etwa 400 mR/h innerhalb der Abschirmhülse 35 auf einen Wert von etwa 2,5 mR/h an der Außenseite der Hülse 35. Die Dosisleistung von 2,5 mR/h stellt einen annehmbaren Wert dar, der einen direkten Zugang des Reaktorpersonals ohne Strahlenschäden ermöglicht.

Ebenso wie die Länge der Abschirmhülse 35 entspricht auch die lichte Weite der Innenbüchse der entsprechenden maximalen Abmessung eines zu untersuchenden Brennelements. Beispielsweise sollte die Länge der Abschirmhülse 35 bei einer möglichen Brennelementlänge von etwa 4 m ungefähr 4,50 m betragen; und bei einer Dicke eines Brennelements von etwa 21 cm sollte die lichte Weite der Innenbüchse 40 etwa 30 cm betragen.

Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die drehbare Manschette 36 mit drei öffnungen versehen, nämlich einer Besichtigungsöffnung 38, einer Zugangsöffnung 39 und einer Instrumentenöffnung 45. Es brauchen nicht alle Öffnungen der drehbaren Manschette 36 auf der gleichen Höhe zu liegen.

Die Manschette 36 weist eine Innenbüchse 46, eine Außenbüchse 47 und einen dazwischen befindlichen Ringraum 48 auf. Die Innenbüchse 46 und die Außenbüchse 47 können wiederum aus jeweils 25 mm dicken rostfreiem Stahlblech hergestellt sein und der Ringraum 48 kann mit einem geeigneten strahlenabschirmenden Werkstoff ausgefüllt sein, der einer 15 cm dicken Wasserschicht äquivalent ist.

Du Zugangsöffni¹·;; 39 ermöglicht es dem Reaktorpersonal, durch die drehbare Manschette 36 hindurchzufassen und das darin befindliche Brennelement zürn Zwecke kleinerer Reparaturen zu berühren. Um dies zu erleichtern, ist die öffnung 50 in der Außenbüchse 47 größer als die Öffnung 49 in der innenbüchse 46, wobei diese beiden Öffnungen so groß wie praktisch möglich gewählt sind. Wird die Zugangsöffnung 39 nicht benützt, so wird sie von einem Stopfen 51 verschlossen, der einen Durchtritt der radioaktiven Strahlung durch diese Öffnung verhindert. Der .Stopfen 51 besteht aus einem rostfreien Stahlgehäuse, welches mit strahlenabschirmendem Material ausgefüllt ist.

Die Besichtigungsöffnung 38 ermöglicht das unmittelbare Betrachten des zu untersuchenden Brennelements.

Diese öffnung ist mit einem Fenster 53 verschlossen, welches der Strahlenabschirmung dient, jedoch durchsichtig ist. Das Fenster 53 kann ebenso wie übliche in heißen Zellen verwendete Fenster ausgebildet sein und eine innere und eine äußere Bleiglasscheibe aufweisen, deren Zwischenraum mit Mineralöl ausgefüllt ist. Eine größere Vielseitigkeit wird erreicht, wenn das Fenster 53 aus der drehbaren Manschette 36 herausnehmbar ausgebildet ist. Normalerweise sollte jedoch ein Brennelement durch das in die Besichtigungsöffnung 38 eingesetzte Fenster 53 hindurch untersucht werden. Auf diese Weise empfängt das Reaktorpersonal nur eine minimale Strahlendosis im Vergleich zu einer unmittelbaren Betrachtung des Brennelements, welche nur dann vorgenommen werden sollte, wenn es unbedingt notwendig ist. Die Größe der Besichtigungsöffnung 38 wirH ebenfalls so groß wie praktisch möglich gewählt unter Berücksichtigung der Abmessungen der Manschette 36.

Die Instrumentenöffnung 45 ergänzt die Besichtigungsöffnung 38. In die Instrumentenöffnung 45 kann in der in Fig.4 dargestellten Weist beispielsweise ein optisches Instrument 52 eingesetzt sein. Da solche optische Instrumente im allgemeinen über eine eigene Lichtsquelle verfügen, ist eine Betrachtung des beleuchteten Brennelements möglich. Die Instrumentenöffnung 45 ermöglicht auch in Verbindung mit der Besichtigungsöffnung 38 das gleichzeitige Betrachten der Vorderseite und der Rückseite eines Brennelements. Mittels eines geeigneten, in die Instrumentenöffnung 45 eingesetzten Instruments ist eine vergrößerte Betrachtung einer bestimmten Stelle eines Brennelements möglich. Die tangentiale oder umgelenkte Betrachtung eines Brennelements durch die Instrumentenöffnung 45 hindurch beseitigt die Gefahr der Aufnahme radioaktiver Strahlung durch das Prüfpersonal. Die Größe und Form der Instrumentenöffnung 45 ist entsprechend den damit zusammen zu verwendenden Instrumenten gewählt. Solange kein Instrument verwendet wird, kann die Instrumentenöffnung 45 mit einem nicht dargestellten Stopfen verschlossen sein.

Wird die Brennstoffprüf- und Reparatureinrichtuug in Verbindung mit einer Brennstcffhandhabungsvorrichtung 21 (F i g. 3) verwendet, so ist die Anwendung eines Führungskörpers 55 vorteilhaft. Der Führungskörper 55 ist fest auf dem Oberteil der drehbaren Manschette 36 befestigt. Die durch den Führungskörper 55 führende öffnung ist über einen Teil ihrer axialen Länge konisch ausgebildet, um das Einführen der Brennstoffhandhabungsvorrichtung 21 beim Zusammensetzen mit der Prüf- und Reparaturvorrichtung 25 zu erleichtern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

V.i Patentansprüche:

1. Einrichtung ?um Prülen und Reparieren von radioaktiven Kernbrennelemenien, mit einem rohrförmigen Abschirmbehälter zur Aufnahme und Abschirmung des Brennelements während der Prüf- und Reparaturarbeiten, mit einer Besichtigungsvorrichiung /ur Untersuchung des Brennelements und mit einer Zugangsvorrichtung zur Zugänglichmachung des Brennelements, dadurch gekennzeichnet, daß die Besichtigungsvorrichtung (38) und die Zugangsvorrichtung (39) um die Längsachse des Abschirmbehälters drehbar auf dem Abschirmbehälter angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung durch einen Fußboden (37) hindurch ragt und daß die Besichtigung-.vorrichfing (38) und die Zugangsvorrichtung (39) im wesentlichen in der Längenmitte des Abschirmbehälters und im wesentlichen in Schulterhöhe einer Person über dem Fußboden (37) angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmbehälter eine im wesentlichen zylindrische Innenbüchse (40), eine ebenfalls im wesentlichen zylindrische Außenbüchse

(41) und in dem dazwischen gebildeten Ringraum

(42) strahlenabschirmendes Material enthält, daß die Länge des Abschirmbehälters etwa zweimal so groß wie die Länge der Brennelemente (20) ist und daß die Besichtigungsvorrichtung (38) und die Zugangsvorrichtung (39) in einer drehbar im Abschirmbehälter gelagerten zylindrischen Manschette (36) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einer in der zylindrischen Manschette (36) vorgesehenen öffnung (49) ein optisches Instrument (52) mit eingebauter Beleuchtungseinrichtung angeordnet ist und daß diese Öffnung tangential zur Wandung der Manschette verläuft.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugangsvorrichtung (39) eine in der zylindrischen Manschette (36) gebildete Öffnung (49, 50) ist, welche mittels eines strahlungsabschirmenden Stopfens (51) verschließbar ist.