SE441875B - Anordning for lagring av vermeavgivande radioaktiva material - Google Patents

Description

001343-6 2 den olägenheten, att stor kylvattenförbrukning uppträder, att miljöbelastning åstadkommes genom kyltornet samt reningen av vattnet liksom mellan- och slutbehandling av de radio- aktiva avfallen är dyrbara.

Vidare erfordras omfattande tätningsåtgärder och sålunda säkerhetsåtgärder för vattenbehållarna, eftersom vattnet genom icke helt undvikbara otätheter i bränsleelementkaps- lingen blir radioaktivt förorenat samt vidare den oundvikliga radiolysen av behållarvattnet måste behärskas.

Vidare kommer vid störningstillfällen, som kan medföra för- lust av kylmediet, icke någon tillräcklig värmebortförsel att erhållas, varför omfångsrika nödkylningssystem erfordras.

Man har därför även föreslagit att införa radioaktiva avfall i s.k. torrlager, i vilka man såsom kylmedel använder en gas, företrädesvis luft, som bortför värmet från i lagringsställ vilande lagringsgods genom tvângskylning med exempelvis ventilatorer via värmeväxlare eller direkt till omgivningen.

Härvid är det en olägenhet att vid störningar, dvs. bortfall av kylsystemet resp. kylaggregatet, någon tillräcklig värme- bortföring icke säkerställas, vilket kan medföra otillåtna temperaturhöjningar och frigöring av radioaktiva skadliga ämnen.

Av dessa skäl har torrlager utvecklats, i vilka värmet bort- föres genom naturlig konvektion. Dessa system är i sig säkra, eftersom de på grund av den naturliga konvektionen icke krä- ver några aktiva komponenter eller driftsaggregat för upprätt- hållande av kylfunktionen. Sålunda är en anordning känd (tyska offentliggörandeskriften 27 30 729), i vilken värmet från de aktiva avfallen bortföres genom naturlig konvektion i en sluten cell till värmeväxlarväggar och i ett yttre kyl- system likaledes genom naturlig konvektion avges till omgiv- ningen (indirekt kylning).

I den tyska offentliggörandeskriften 27 ll 405 anges en anord- 8001343-6 3 ning, i vilken värmet från de i behållare inneslutna aktiva avfallen bortföres genom naturlig konvektion direkt till om- givningsluften (direkt kylning). I båda anordningarna anord- nas det inneslutna lagringsgodset i betonghus i vertikala schakt, genom vilka kylmedlet luft strömmar uppåt på grund av uppvärmningen av det lagrade godset och sålunda värmet bort- föres.

Den vertikala lagringen av självupphettande radioaktiva av- fall, som framför allt betingas av de till buds stående transport- och lagringsanordningarna, har den olägenheten, att i den övre delen av schaktet väsentligt högre temperaturer uppträder än nedtill. Dessutom kommer vid flerfaldig belägg- ning av de enskilda schakten de nyinlagrade och särskilt rikligt värmeavgivande behållarna normalt att lagras upptill i schakten, där de sämre kylningsbetingelserna råder. Vid indirekt kylning har man vanligen ett avsevärt missförhållan- de mellan primär värmeväxlaryta (summan av ytan av det lag- rade godset i schakten) och sekundär värmeväxlaryta (verksam yta av väggarna). Man erhåller härigenom en förhållandevis hög temperaturnivå hos lagringsgodset. Vidare erfordras vid vertikal lagring förhållandevis stora till- och frånlufts- schakt samt -öppningar, som av säkerhetstekniska skäl måste utformas säkra gentemot sabotage, störtande flygplan och jordbävningar.

Till grund för föreliggande uppfinning ligger sålunda upp- giften att åstadkomma en anordning för lagring av självupp- hettande radioaktiva material, i synnerhet bestrâlade bränsle- element, som eventuellt är inneslutna i behållare, med vilken en säker kylning även vid uppträdande av störningar, i möj- ligaste mån likformig temperaturfördelning längs de behållare, som innehåller de radioaktiva materialen, och framför allt en säker anordning för till- och frånluftsöppningar med i möjligaste mån små tvärsektioner uppnås. Härvid skall anord- ningen väsentligen bestå av ett betonghus med till- och från- luftsschakt för naturlig konvektion av kylmedlet och med horisontellt anordnade upptagningsschakt för behållarna. 001343-6 4 Denna uppgift löses enligt uppfinningen genom att upptagnings: schakten är utformade såsom rör, som är försedda med distans- organ samt att rörens ytterytor är anordnade att omströmmas av kylmedel. ' Företrädesvis ordnar man ett flertal lagringsställ över och/eller bredvid varandra i betonghuset. Såsom upptagnings- positioner i lagringsställen kan exempelvis öppna eller slut- na schakt användas, som icke erbjuder något eller endast ringa motstånd mot oförhindrat tillträde av kylmedel.

Anordningen enligt uppfinningen har den fördelen att bättre kylning av lagringsgodset erhålles, eftersom denna vid hori- sontell resp. även ringa mot vågrätt riktning lutad lagring blir väsentligt effektivare än vid vertikal lagring. Lag- ringsgodset träffas utefter hela sin längd av kylmedel av samma temperatur och en temperaturfördelning uppträder endast längs omkretsen av de behållare, som innehåller de radioak- tiva materialen.

Anordningen enligt uppfinningen är användbar såväl för direkt som även för indirekt kylning vid naturlig konvektion. Före- trädesvis är härvid upptagningspositionerna i lagringsstället utformade såsom rör och försedda med avståndshâllare, i vilka behållarna kan anordnas. Vid denna utföringsform arbetar man med indirekt kylning, varvid kylmedlet bortför den av det inre kylkretsloppet på rörytan överförda värmemängden. Härvid är den sekundära värmeväxlarytan (rörytan) större än den värmeavgivande ytan hos lagringsgodset (behållarytan), så att även vid indirekt kylning god värmebortföring uppnås med den fördelen att säkrare inneslutning av de radioaktiva materialen erhålles även vid läckage genom fullständig separering av det inre kylsystemet från det yttre genom användning av slutna rör såsom upptagningspositioner i lagringsställen.

Färskt lagringsgods med den högsta värmefrigöringshastigheten kan i anordningen enligt uppfinningen ständigt lagras under optimala kylningsbetingelser, dvs. i en i kylmedelsströmmen 8001343-6 s nedtill liggande upptagningsposition i lagringsstället, så att det träffas av ännu icke uppvärmd luft.

Det är fördelaktigt att dessutom anordna kylflänsar, strål- ningssköldar och/eller ledplâtar på lagringsställen för att förbättra värmeövergângen från lagringsgodset till kylmedlet.

Vidare är det fördelaktigt att behållarna med lagringsgodset kan hanteras horisontellt, vilket minskar fallrisken för behâllarna resp. minskar den eventuella fallverkan, eftersom den större mantelytan hos behållarna härvid belastas och icke gavelytan, såsom är fallet vid vertikal hantering i vertikala schakt.

De på grund av den naturliga konvektionen erforderliga till- och frånluftsöppningarna måste utformas säkra gentemot sabotage, störtande flygplan och jordbävningar. Jämfört med anordningar med vertikal lagring av det radioaktiva mate- rialet kan vid horisontell lagring dessa öppningar utformas i överraskande grad mindre, eftersom i dessa anordningar bättre värmeövergång erhålles och lägre temperaturnivå inställer sig.

Detta förhållande medför den stora fördelen, att ringa åt- gärder erfordras för dessa öppningars säkerhet resp. säker- heten gentemot sabotage, störtande flygplan och jordbävningar kan höjas ytterligare.

Eftersom vid horisontell lagring något tomrum ovanför lag- ringsställen för beskickningsanordningar icke erfordras, kan husen göras kompaktare och lägre, vilket likaledes höjer säkerheten gentemot yttre inverkan.

På figurerna l-3 visas schematiskt exempel på utföringsformer av anordningar enligt uppfinningen.

Figur 1 visar en anordning enligt uppfinningen i längdsektion.

Betonghuset l är försett med tillufts- 2 och frånluftsschakt 3, som för kylmedlet direkt till lagringsställen 4 i det inre av betonghuset 1. Lagringsställen 4 har horisontella upp- 8001343-6 6 tagningspositioner 5, som även kan vara utformade svagt lutande och som innehåller behållarna 6 med de radioaktiva materialen. De i detta fall såsom schakt utformade upptag- ningspositionerna 5 i lagringsstället 4 är på den ena sidan tätt anslutna till väggen hos betonghuset l resp. till till- luftsschaktet 2 samt på den andra sidan öppna mot beskick- ningsrummet 7. Beskickningsrummet 7 kan härvid utformas helt åtskilt från lagringsställen 4 och kylzonen, i synnerhet vid direkt kylning göras fullständigt avskilt. Kylluften suges genom tilluftsöppningen 8 och tilluftsschaktet 2 in i en för- delningskammare 9 under lagringsstället 4, varifrån luften genom upptagningspositionen 5 stryker och härvid upphettas genom konvektion och till följd av den naturliga uppdriften i betonghuset l lämnar detta genom avluftsschaktet 3. Det företrädesvis i behållaren 6 inneslutna lagringsgodset införes från beskickningsrummet 7 genom motsvarande beskickningsanord- ningar till upptagningspositionerna 5.

Lagringsställen 4 resp. upptagningsschakten 5 är i allmänhet tillverkade av material med god värmeledningsförmâga, före- trädesvis stål. Upptagningspositionerna 5 kan ha godtycklig tvärsektionsform men är företrädesvis runda och anpassade till behâllarna 6 för lagringsgodset samt förbättrar på detta sätt värmeövergângen från lagringsgodset till kylmedlet.

För fixering av lagringsgodset i horisontell riktning kan lock vara anordnade vid den sida av upptagningsschakten 5, som är vänd mot beskickningsrummet 7, varvid dessa lock även förhindrar att den uppvärmda kylluften strömmar ut ur schakten in i beskickningsrummet och ger oönskade temperaturhöjningar i detta.

Såsom radioaktivt lagringsgods ifrågakommer exempelvis av- fall, gaser i tryckflaskor, HTR-bränsleelement i kapslingar eller lättvattenreaktor-bränsleelement i hylsor eller kaps- lingar. Lagring av bränsleelement kan vid indirekt kylning även genomföras utan speciell omslutning i en egen behållare. 7 Figur 2 visar en sektion genom ett lagringsställ med en enskild upptagningsposition i längd- och tvärsektion vid direkt kylning. Det i en behållare ll inneslutna lagrings- godset förefinnes i ett lagringsställ bestående av med varandra förenade segment 12, som är försedda med stödorgan 13, på vilka behållarna ll vilar och fixeras. I axiell rikt- ning fasthålles behållarna ll med stötdämparorgan 14 av väggen 15 hos betonghuset och ett spärrorgan 16, som med skruvar eller snabblås är löstagbart förenade med lagrings- ställsegmenten 12 och stödorganen 13. Lagringsställsegmenten 12 och stödorganen är härvid utformade på sådant sätt, att de endast erbjuder ringa grad av motstånd mot den uppåt- strömmande kylluften. Vid överytan av lagringsgodset in- ställes en temperatur, som inuti lagringsstället stiger nedi- från och uppåt. Vid högre yttemperatur bortstrålas en märk- bar del av värmemängden till omgivningen. Det är därför för- delaktigt att anordna strömningsgynnande utformade strål- ningsskärmar 17 runt lagringsgodset. Stödorganen 13 kan även utformas såsom flänsar och på detta sätt förbättra värme- övergången.

Figur 3 visar en sektion genom ett lagringsställ med ett enskilt upptagningsschakt vid indirekt kylning i längd- och tvärsektion.

Det i en behållare 21 inneslutna lagringsgodset förefinnes i ett rör 22 med cylindrisk tvärsektion. Dessa rör 22 är med icke visade fästorgan förenade till ett lagringsställ. Be- hållaren 21 fixeras i röret 22 med distansorgan 23 i radiell riktning och med stötdämpare 24 samt ett lock 25 och schakt- bottnen resp. husväggen 26 i axiell riktning. Den i lag- ringsgodset frigjorda värmemängden avges först genom strål- ning och intern konvektion till väggen av röret 22 och från denna genom kylluften till omgivningen. Den till förfogande stående värmeväxlarytan (röret) för värmeövergången till det sekundära kylsystemet är större än den värmeavgivande ytan (behållaren), varigenom lagringsgodstemperaturen utan ytter- ligare konstruktiva åtgärder kan hållas förhållandevis låg. 8001345-6 8 Det är fördelaktigt att vid den indirekta kylningen lagrings- godset fullständigt avskiljes från det yttre kylsystemet av rörväggen, vilket säkerställer säker inneslutning av de radioaktiva ämnena även vid läckage från behållaren. För förbättring av värmebortledningen kan rören 22 dessutom för- ses med kylflänsar, strålningssköldar och/eller ledplåtar.

Claims (2)

9 8001343-6 PATENTKRAV

1. Anordning för lagring av värmeavgivande radioaktiva material, som är inneslutna i behållare, med ett betonghus med till- och frånluftschakt för naturlig konvektion av ett kyl- medel samt med lagringsställen med horisontellt anordnade upp- tagningsschakt för behållarna, k ä n n e t e c k n a d därav, att upptagningsschakten är utformade såsom rör (5), som är försedda med distansorgan (23), samt att rörens (5) ytterytor är anordnade att omströmmas av kylmedlet.

2. ' Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att kylflänsar och/eller ledplåtar är anordnade vid rören (5).