DE2822397A1 - Lagermodul fuer kernbrennstoff-baueinheiten - Google Patents
Lagermodul fuer kernbrennstoff-baueinheitenInfo
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Description
2822337
GENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Roaa
Schenectady, N.Y., U.S.A.
Schenectady, N.Y., U.S.A.
Lagermodul für Kernbrennstoff-Baueinheiten
In bekannten Arten von Kernreaktoren umfasst der Reaktorkern eine Vielzahl einzeln bewegbarer Brennstoff-Baueinheiten, die
sich in einer Anordnung befinden, die eine sich selbst aufer
recht,haltende Kernspaltungsreaktion ermöglicht. Jede dieser entfernbaren Brennstoff-Baueinheiten umfasst typiscnerweise eine Anordnung langgestreckter, mit einer Umnüllung versehener Brennstoffelemente oder -stäbe, die ein geeignetes Brennstoffmaterial enthalten, wie Uranoxyd oder Plutoniumoxyd oder beide, das im Abstand zwischen einer oberen und einer unteren iialteplatte getragen ist. Ein typisches Beispiel für eine solche Brennstoff-Baueinheit ist in der US-PS 3 689 358 gezeigt. Ein Beispiel für ein Brennstoffelement oder einen Brennstoffstab ist in der US-PS 3 378 45& gezeigt.
recht,haltende Kernspaltungsreaktion ermöglicht. Jede dieser entfernbaren Brennstoff-Baueinheiten umfasst typiscnerweise eine Anordnung langgestreckter, mit einer Umnüllung versehener Brennstoffelemente oder -stäbe, die ein geeignetes Brennstoffmaterial enthalten, wie Uranoxyd oder Plutoniumoxyd oder beide, das im Abstand zwischen einer oberen und einer unteren iialteplatte getragen ist. Ein typisches Beispiel für eine solche Brennstoff-Baueinheit ist in der US-PS 3 689 358 gezeigt. Ein Beispiel für ein Brennstoffelement oder einen Brennstoffstab ist in der US-PS 3 378 45& gezeigt.
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Zusätzliche Information hinsichtlich Kernenergie-Reaktoren kann z.B. in dem Buch "Nuclear Power Engineering" von
M.M. ßl-vifakil, McGraw-iiill Book Company, Inc., 1962, gefunden
werden.
Um ihren Betrieb aufrecht zu erhalten, werden Kernreaktoren üblicherweise periodisch neu mit Brennstoff versehen. Das
heisst, der Reaktor wird periodisch abgeschaltet und ein Teil der Brennstoff-Baueinheiten aus dem Kern herausgenommen und
durch frische Brennstoff-Baueinheiten ersetzt. Die bestrahlten bzw. verbrauchten Brennstoff-Baueinneiten aus dem Kern müssen
für eine unbegrenzte lange Zeit gelagert werden, um einen Abfall der Radioaktivität und eine Abgabe von vtfärme zu gestatten,
bis sie für eine Aufarbeitung oder andere Verwertung benutzt werden können.
Es ist bekannt, solche verbrauchten Brennstoff-Baueinheiten
in einer ausreichenden Tiefe in einem wassergefüllten Lagerbecken anzuordnen, das eine Strahlungsabschirmung ergibt, wobei
das Wasser auch als Kühlmittel wirkt. In der Vergangenneit sind Brennstoff-Baueinheiten im weiten Abstand voneinander
im Becken angeordnet worden, um die Möglichkeit einer kritischen Anordnung zu vermeiden. Die dabei erhaltenen geringen
Dichten an Brennstoff-Baueinheiten und geringen Lagerkapazitäten haben sich als für die derzeitigen Lager__notwendigkeiten
unzureichend erwiesen.
Es sind verschiedene Lagerregale und -geräte vorgeschlagen worden, um den beträchtlichen Abstand zwischen den Brennstoff-Baueinheiten
in einem Lagerbecken zu verringern. In der US-PS 4 010 375 ist ein Regal für die Lagerung verbrauchter
Kernbrennstoff-Baueinheiten offenbart. Das Regal bzw. Gerüst oder Gestell besteht aus einer Anordnung von Lagerzellen, die
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die Brennstoff-Baueinheiten enthalten, und zwischen den Zellen sind Giftboxen angeordnet, die aus wassergefüllten Hüllen bestehen,
deren i/iände ein Neutronen-absorbierendes Material enthalten.
Die Giftboxen wirken als Neutronenfallen, und die Lagerzellen und Giftboxen sind in einer solchen Weise angeordnet
, dass sich jede Giftbox unmittelbar benachbart mindestens einer Lagerzelle befindet und dass die benachbarten Lagerzellen
auf mindestens einer Seite jeder Zelle mit einer solchen Giftbox in Kontakt stehen.
In der US-PS 3 859 333 ist ein Lagergerät für Brennstoff-Baueinheiten
beschrieben, das ein Stützgitter mit einem im wesentlichen quadratischen Gitter und einer Vielzahl von Rohren
im wesentlichen quadratischen Querschnittes umfasst, wobei jedes Rohr ein Brennstoffelement enthalten kann. Halteelemente
sind vorgesehen, um die Rohre mit Bezug auf das Gitter in Position zu halten. Die Wandungen jedes Rohres sind mit Neutronen
absorbierendem Material überzogen. Jedes der rialteelemente ist so angeordnet, dass es die Wandungen benachbarter
Rohre im Abstand voneinander hält, um einen Spalt dazwischen zu schaffen. Dieser Spalt enthält eine Schicht von
Neutronen absorbierendem Material.
In der US-PS 4 006 362 sind weiter Komponenten zur Verwendung
in Lagergerüsten und -geräten beschrieben. So ein allgemein rohrförmiger Umhüllungsring rechteckigen Querschnittes mit
flachen Seitenwänden, die durch innere und äußere Rohre rechteckförmigen
Querschnittes gebildet sind, wobei die Rohre im Abstand voneinander stehen, um einen im wesentlichen gleichförmigen
Raum dazwischen zu schaffen. Ein Aluminium/Borcarbid-Sandwich
ist in den Räumen an den vier Seiten des Umhüllungsringes angeordnet und füllt diese Räume im wesentlichen. Die inneren
und äusseren Rohre und die Sandwichstrukturen sind durch sich nach aussen erstreckende Vorsprünge oder Vertiefungen, die in
den Umhüllungswandungen gebildet sind, miteinander verriegelt.
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In der DT-OS 2 604 863 ist ein Gerät zum sicheren und gleichzeitig
raumsparenden Lagern einer Vielzahl von spaltbaren Massen beschrieben, bei dem jeae Masse von der benacnbarten
Masse durch ein Neutronen absorbierendes Schild, einen mit einer moderierenden Substanz gefüllten Zwischenraum und ein
weiteres Neutronen absorbierendes Schild getrennt ist. Das Gerät ist dadurch gekennzeichnet, dass alle eine Masse umgebenden
Schilde miteinander durch Abstandshalter verbunden sind, die eine vorbestirnmte minimale Neutronen moderierende
Distanz bestimmen.
Es ist jedoch immer noch Bedarf an einem Lagergerüst für die Lagerung von Kernbrennstoff-Baueinheiten, das billig konstruiert
werden kann, aus einer möglichst geringen Zahl von Komponenten zusammengesetzt und leicht hergestellt ist, mit
dem die Lagerungsdichte maximiert werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lagermodul für Kernbrennstoff-Baueinheiten zu schaffen, mit
dem die Zahl der Baueinheiten, aie in einem gegebenen Raum gelagert werden kann, maximiert und das für die Herstellung
des Lagermoduls benutzte Material minimiert wird.
Das Lagermodul oder -gerüst der vorliegenden Erfindung um-
. so fasst eine Anordnung von Lagerrohren, die jeweilsi/ab gemess en
sind, dass sie eine Lagerzelle für eine einzelne Brennstoff-Baueinheit ergeben. Die Rohre sind in einem Schachbrettmuster
angeordnet, wobei benachbarte Rohre entlang ihrer Kanten miteinander verbunden sind, so dass die äusseren Wände von je
vier benachbarten Rohren die Innenwände weiterer oder Zwischenlagerzellen bilden, ohne dass an jeder Brennstoff-Baueinheit-Lagerzellenposition
ein Rohr vorhanden sein muss. Auf diese Weise wird für eine gegebene Anzahl von Lagerrohren
etwa die doppelte Anzahl an Lagerzellen geschaffen.
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Jedes Lagerrohr schliesst einen Grundteil ein, der eine Kühlmittelströmung
vertikal durch die Lagerzellen gestattet und die Brennstoff-Baueinheit in dem Rohr abstützt. Diese Grundteile
stützen auch die nalteplatten für die Brennstoff-Baueinheiten, die in den Zwischenlagerzellen angeordnet sind, ab.
Um sicherzustellen, dass die gelagerten Brennstoff-Baueinheiten unterkritisch bleiben, weisen die Wandungen jedes Rohres
eine Schient aus Neutronen absorbierendem Material auf.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 eine Draufsicht auf ein Lagermodul gemäss der vorliegenden
Erfindung, wobei ein Teil weggeschnitten ist, um die Lagerschienen zu veranschaulichen,
Figur 2 eine isometrische Teilansicht des Lagermoduls, die auch eine Ausfünrungsform einer Modul-Stützbasis
zeigt,
Figur 3 einen teilweise weggeschnittenen Aufriss von zwei
benachbarten Lagerrohren,
Figuren ^A und 4B isometrische Ansichten der Grundteile der
Lagerrohre j
Figuren 5A und 5B isometrische Ansichten von Ausfünrungsformen
der Stützplatten für die Brennstoff-Baueinheiten,
Figur 6 eine Seitenansicht einer Modul-Stützbasisanordnung und
Figur 7 eine Seitenansicht einerjanderen Modul-Stützbasisanordnung.
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In den Figuren 1 und 2 ist ein Lagermodul 20 gezeigt, der eine
Anordnung von Lagerrohren 22 allgemein rechteckförmigen, z.B.
quadratischen, Querschnittes umfasst. Die Rohre 22 sind in einem Schachbrettmuster angeordnet, wobei die aneinander
stossenden Kanten miteinander, z.B. durch Schweissen und vorzugsweise verstärkt durch Winkel 24 verbunden sind. Die Rohre
22 schaffen so eine Vielzahl von Lagerzellen 26 für die Brennstoff-Baueinheiten, während die Räume zwischen je vier
benachbarten Rohren 22 eine Vielzanl von Zwiscnenlagerzellen 26' bilden, wobei die Spalte zwischen benachbarten peripheren
Rohren 22 durch Verschlussplatten 26 überbrückt sind, um die peripneren Zwischenlagerzellen abzuschliessen. Ein Paar im
Abstand angeordneter langgestreckter vertikal orientierter Beilagescheiben 29 kann an der inneren Oberfläche der Verschlussplatte
28 befestigt werden, um die wirksame Querabmessung der peripheren Zwischenlagerzellen zu verringern und
so diese hinsichtlich ihrer Grosse etwa gleich den anderen Lagerzellen zu machen.
Die Anordnung von Rohren 22 ist an einem System von Grundschienen befestigt, das, wie in den Figuren 1 und 2 veranschaulicht,
eine periphere Schiene 30 und Querschienen 30' und 30'' umfasst.
Die Lagerrohre 22 sind in Figur 3 mehr im einzelnen gezeigt. Danach umfassen sie einen zusammengesetzten oder Sandwichteil
32, der von einer Innenwand J>k und einer Ausse_nwand
gebildet ist, zwischen denen eine Schicht 37 aus Neutronen absorbierendem Material enthalten ist, wie eine Borcarbid/
Aluminium-Matrix. Um mechanische Stabilität und Starrheit zu vermitteln, sind die Sanawichteile 32 vorzugsweise mit einer
Vielzahl vertikal im Abstand voneinander angeordneter nach aussen deformierter Teile oder Vertiefungen 38 ausgebildet.
Weitere Einzelheiten hinsichtlich der Konstruktion und des
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Verfahrens zum Herstellen solcher Verbundröhre ist in der
US-PS 4 006 362 enthalten.
Jedes Lagerrohr 22 schliesst einen Grundteil einer von zwei verschiedenen Arten ein, einen langen Grundteil 40 oder einen
kurzen Grundteil 40', wie in den Figuren 3, 4A und 4B gezeigt. Diese Grundteile sind vorzugsweise Gusskörper und sie
werden mit der Aussenwand 36 der Rohre z.B. durch Schweissen
verbunden. Jeder Grundteil 40 oder 40f schliesst eine Stützplatte
42 ein, die eine zentrale Öffnung 43 einer solchen Grosse aufweist, dass sie das Nasenstück einer Brennstoff-Baueinheit
aufnehmen kann, wodurch diese in dem Lagerrohr abgestützt ist. Um die Kühlmittelströmung durch das Lagerrohr zu
fördern, kann eine Vielzahl von Löchern 44 vorgesehen sein.
Die langen Grundteile 40 sind an die Lagerrohre 22 angepasst, die oberhalb der Grundschienen 30, 301 und 30'' (s. Figur 2)
angeordnet und an diesen befestigt sind. Um die Kühlmittelströmung durch die Lagerrohre zu gewährleisten, sind die
langen Grundteile 40 mit relativ grossen Seitenöffnungen oder Löchern 46 ausgebildet. Die kurzen Grundteile 40' sind an
die Lagerrohre 22 angepasst, die nicht über den Grundschienen angeordnet sind.
Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Räume zwischen den Grundteilen 40 um die Peripherie des Moduls herum mit unteren Verschlussplatten
47 abgeschlossen.
Jedes der Grundteile 40 bzw. 40' ist mit sich nach aussen erstreckenden
Lippen 48 ausgebildet. An diesen Lippen 48 sind, z.B. durch Schweissen, Stützplatten 50 oder 50* in den Zwischenlagerzellen
26' angebracht. Die Stützplatten 50 und 50', wie sie in den Figuren 5A und 5B gezeigt sind, sind mit abge-
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schnittenen Ecken ausgebildet, um die Künlmittelströmung durch
die Zwischenlagerzellen zu fördern,und sie weisen eine abgeschrägte
Zentralöffnung 43' auf, die hinsichtlich ihrer Grosse so ausgebildet ist, dass sie das Nasenstück einer Brennstoff-Baueinheit
aufnehmen kann, wodurch diese in den Zwischenlagerzellen abgestützt sind. Ein solches Nasenstück 51 ist in Figur
3 durch die gestrichelten Linien veranschaulicht, Wie in Figur 1 ersichtlich, wird die Stützplatte 50' in den peripheren
Zwischenlagerzellen eingesetzt, während die Platte 50 in den anderen Zwischenlagerzellen benutzt wird.
Um die Rohre 22 vor einer möglichen Beschädigung beim Einführen und Entfernen der Brennstoff-Baueinheiten zu schützen,
sind die oberen Enden der Rohre 22 mit allgemein U-förmigen Schutzführungen 52 versehen, die am oberen Ende der Aussenwand
36 des Rohres 22 befestigt sind.
Um die Kühlmittelströmung unter dem Modul 20 und dann durch dessen Lagerzellen nach oben zu gestatten, muss der Modul
oberhalb des Bodens des Kühlmittelbeckens abgestützt werden. Hierfür sind verschiedene Ausführungsformen von Stützbasen
möglich, die ausser von anderen Dingen von seismischen Betrachtungen abhängen. Wie in Figur 6 veranschaulicht, ist das
Modul 20 in ein Kühlmittelbecken 54, z.B. mit Wasser als Kühlmittel,
eingetaucht, wobei das Becken durch die Seitenwände 56 und einen Boden 5& gebildet und mit einer Auskleidung 59
aus rostfreiem Stahl versehen ist. Der Modul 20 ist oberhalb des Bodens 5δ durch eine Anordnung von Balken abgestützt, die
Vertikal^pfosten 60 (die mit den Schienen 30, 30' und 30" verbunden
sind),Horizontalträger 62 und Stützbalken 64 einschliesst.
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Eine andere Version einer Modulstützbasis ist in Figur 2 gezeigt, wo der Modul 20 auf einer Reihe von Trägern^rie Doppel-T-Träger
66 abgestützt ist. In den Seitenwänden der Doppel-T-Träger können die Löcher 68 gebildet sein, um die Kühlmittelzirkulation
zu fördern.
Eine weitere Ausführungsform einer Modulstützanordnung ist in
Figur 7 gezeigt, die eine Reihe von Füssen 70, die z.B. aus kurzen Rohrabschnitten gebildet sind, umfasst, die an ihren
oberen Enden an den Schienen 30 befestigt und an ihren unteren Enden mit Kappenplatten 72 versehen sind, die die Kontaktoberflächen
zum Abstützen des Moduls auf dem Beckenboden liefern.
In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemässen
Moduls ist dieser eine quadratische Anordnung von IJ χ 13 Lagerzellen
und liefert so Raum für die Lagerung von I69 Brennstoff-Baueinheiten.
Die für die Konstruktion der Komponenten des Moduls ausgewählten Materialien sollten für die Umgebung
angemessen sein. Im allgemeinen ist rostfreier Stahl ein bevorzugtes Material wegen seiner Beständigkeit gegenüber Korrosion
und Strahlungschäden.
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Leerseite
Claims (10)
- Patentansprücheti.J Lagermodul zum Lagern von Kernbrennstoffeinheiten in einem Flüssigkeitsbecken, gekennzei chnet durch die Kombination folgender Merkmale:eine Reine von Rohren allgemein rechteckförmigen Querschnittes, die in einem Schachbrettmuster angeordnet sind und an der Peripherie der Reihe Spalte zwischen den Rohren lassen,benachbarte Rohre sind entlang ihrer benachbarten Ecken miteinander verbunden,jedes der Rohre weist einen Grundteil auf, der das Hindurchströmen von Flüssigkeit gestattet und die Brennstoffeinheit darin stützt,jedes der Rohre weist einen zusammengesetzten Teil auf, der an dem Grundteil befestigt und sich von dort nach oben erstreckt und eine Schicht aus Neutronen absorbierendem Material einschliesst, die sandwichartig zwischen Innen- und Aussenwänden angeordnet ist,es sind Stützplatten für die Brennstoffeinheiten in Räumen angeordnet, die nicht durch die Rohre ausgefüllt werden und diese Stützplatten werden durch die Grundteile benachbarter Rohre gehalten undVerschlussplatten sind zwischen peripheren Rohren befestigt, um die genannten Spalte zu überspannen.909839/Ot
- 2. Lagermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Ronre einen im allgemeinen quadratischen Querschnitt aufweisen.
- 3. Lagermodul nach Anspruch 1, dadurcn gekennzeichnet , dass das Modul in dem Becken auf einer Stützbasis gehalten ist, welche die Zirkulation der Flüssigkeit unter dem Modul gestattet.
- k. Lagermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , dass er gegen seitliche Bewegung in dem Becken nur durch Reibung zwischen der atützbasis und dem Boden des Beckens gesichert ist.
- 5. Lagermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j dass die Innen- und Aussenwand des Verbundteiles aus rostfreiem Stahl bestehen und dass das Neutronen absorbierende Material eine Borcarbid/ Aluminium-Matrix, die mit Aluminium überzogen ist, umfasst.
- 6. Lagermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Rohre durch dazwischen geschweisste Winkelteile miteinander verbunden sind.
- 7. Lagermodul nach Ansprucn 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Grundteil jedes Rohres und die Stützplatten zwischen den Rohren mit einer zentralen öffnung ausgebildet sind, um das Nasenstück der Brennstoffeinheit aufzunehmen.
- 8. Lagermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Rohre an ihren909839/0624oberen Enden an allgemein U-förmige Schutzführungen angepasst sind.
- 9. Lagermodul nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet j dass er weiter eine Vielzahl von Schienen einschliesst, die unter vorbestimmten Rohren verlaufen, dass der Grundteil dieser vorbestimmten Rohre verlängert und an den Schienen befestigt und mit öffnungen ausgebildet ist, um das riindurchf Hessen des Kühlmittels durch die Rohre zu gestatten.
- 10. Lagermodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet j dass er eine Stützeinrichtung einschliesst, die an den Schienen befestigt ist.9 0£ " 3 9 / 0 f. 24
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782822397 Ceased DE2822397A1 (de) | 1978-03-13 | 1978-05-23 | Lagermodul fuer kernbrennstoff-baueinheiten |
Country Status (3)
| Country | Link |
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