[0001] Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein in einem Transport- und/oder Lagerbehälter
befindlicher herausnehmbarer Einsatzkorb mit Schächten für radioaktives Material,
insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren.
[0002] Bei Transport- und/oder Lagerbehältern ist normalerweise ein Einsatzkorb erforderlich,
um gleichzeitig mehrere abgebrannte Brennelemente aus Kernreaktoren während des Transports
oder auch während der Lagerung in einem vorgegebenen Abstand zueinander in dem Behälter
unterzubringen. Deshalb sind die jeweiligen notwendigen Brennelementpositionen als
entsprechende Schächte ausgebildet, in die die Brennelemente eingebracht werden. Der
Schachtquerschnitt richtet sich in Form und Abmessung nach den einzubringenden Brennelementtypen.
Außerdem müssen die Brennelemente mühelos fernbedient herein- und herausgebracht werden
können. Der Einsatzkorb muß ausreichend stabil sein, damit er den mechanischen und
thermischen Belastungen während des Transports standhält. Er muß außerdem so konstruiert
sein, daß die zu befördernden Brennelemente während des Transports und der Handhabung
nicht beschädigt werden.
[0003] Solche Einsatzkörbe sind normalerweise als reines Stahlgestell oder als massiver
Block aus Nichteisenmetall ausgeführt. Die Schächte der massiven Blöcke sind maschinell
hergestellt. Sie sind gegebenenfalls mit Stahl ausgekleidet.
[0004] Stahlgestelle sind als Einsatzkörbe geeignet, wenn sich in dem Transport- und/oder
Lagerbehälter eine entsprechende Flüssigkeit befindet, die die von den Brennelementen
erzeugte Restwärme an die Behälterwand ab leitet. Die Stahlgestelle können aus Borstahl
bestehen, wobei Bor als Neutronenabsorber dient.
[0005] Die mit Schächten versehenen massiven Nichteisen-. konstruktionen eignen sich als
Einsatzkörbe, da sie die erzeugte Restwärme infolge guter Wärmeleitung ohne Hilfsmedium
an die Behälterwand abzuleiten vermögen. Sie bestehen vorzugsweise aus Aluminium oder
Kupfer bzw. deren Legierungen. Diesen Legierungen kann ebenfalls Bor oder Kadmium
als Neutronenabsorber zugegeben werden.
[0006] Die bisherigen bekannten Einsatzkörbe haben eine Reihe von Nachteilen. Sie weisen
ein hohes Gewicht auf, da sie wegen der erforderlichen Wärmeleitfähigkeit überwiegend
metallisch aufgebaut sind. Teilweise ist, insbesondere bei speziellen Stahlgestellen,
eine beim Unfall nachteilige Wasserkühlung erforderlich. Die Neutronenabschirmung
erfolgt nur zu einem geringen Teil durch die Körbe, die Hauptabschirmwirkung wird
durch einen besonderen Neutronenschutz am Abschirmtransport- bzw. Lagerbehälter sichergestellt.
Bei Unfällen, z.B. auch Feuer, kann dieser Neutronenschutz am Abschirmbehälter jedoch
zerstört werden.
[0007] Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen in einem Transport- und/oder
Lagerbehälter befindlichen herausnehmbaren Einsatzkorb mit Schächten für radioaktives
Material, insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen aus Kernreaktoren
zu schaffen, der ein geringes Gewicht, eine wirksame Neutronenabschirmung und eine
ausreichende Wärmeleitfähigkeit aufweist sowie als eigenständiger Zwischen- bzw. Endlagerbehälter
verwendbar ist.
[0008] Die Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Matrix des Einsatzkorbes
überwiegend aus Graphit besteht.
[0009] Die Erfindung ist in den schematischen Abbildungen I bis V beispielhaft erläutert,
wobei Abbildung I eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Einsatzkorbes und Abbildung
II die entsprechende Draufsicht darstellen. Abbildung III zeigt den Aufbau des Einsatzkorbes
aus erfindungsgemäßen Bausteinen, mit und ohne Metallscheiben, Abbildung IV die topfförmige
Ausgestaltung der Metallscheiben sowie eine Zugankeranordnung, und Abbildung V Kühlkanäle
im Einsatzkorb.
[0010] In einem Abschirmbehälter (1) mit einem Abschirmdeckel (2) und einem Außendeckel
(3) befindet sich ein herausnehmbarer Einsatzkorb (4), der Schächte (6) zur Aufnahme
von radioaktivem Material, insbesondere zur Aufnahme von abgebrannten Brennelementen
enthält. Die Matrix (5) des Einsatzkorbes (4) besteht aus Graphit, einem leichten
und unter normalen Bedingungen schwer-brennbarem Material mit guten Wärmeleitungseigenschaften
und hervorragenden Neutronenmoderierungsqualitäten. Der Graphit der Graphitmatrix
(5) ist vorzugsweise verdichtet, beispielsweise durch Pressen oder andere bekannte
Verfahren, und anschließend gegebenenfalls durch Drehen, Fräsen und Bohren bearbeitet.
Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, daß die Schächte (6) und/oder
die äußere Oberfläche des
Einsatzkorbes (4) metallische neutronenabsorbierende Auskleidungen (7, 10) aufweisen.
Diese Auskleidungen können Rohre mit entsprechenden Querschnittsprofilen (23, 24)
sein bzw. ein Korbbehälter (10), der mit einer Abdeckung (21) versehen ist. Die Abdeckung
(21) enthält öffnungen (25), durch die das radioaktive Material in die Schächte (6)
eingeführt werden kann. Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) ist mit einem Deckel
(11) verschlossen. Die Verwendung von Borstahl als Auskleidung (7) der Schächte (6),
des Korbbehälters (10) und der Abdeckung (21) ist besonders günstig, ebenso das Hinzumischen
von Borkarbid zum Matrixgraphit (5). Dadurch werden der n-Einfang verbessert und die
Kritikalitätssicherheit vergrößert. Vorteilhafterweise ist die Graphitmatrix (5) aus
entsprechend geformten Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) aufgebaut, wobei sich eine scheibenförmige
Bausteinform (8) als besonders günstig herausgestellt hat.
[0011] Zur Stabilisierung und zur weiteren Verbesserung-der Wärmeleitfähigkeit ist es besonders
vorteilhaft, zwischen die Graphitscheiben (8) Metallscheiben (9) anzuordnen. Dabei
können die Metallscheiben (9) ebenfalls aus neutronenabsorbierendem Material gefertigt
werden. Eine besonders vorteilhafte Abwandlung ist die Ausgestaltung der Metallscheiben
(9) als Topfform (12), in der die graphitischen Bausteine (8, 14, 15, 16, 22) allseitig
geschützt sind.
[0012] In besonderen Fällen kann auf den Korbbehälter (10) verzichtet werden. Dann besteht
der Einsatzkorb (4) aus einer kräftigen Bodenplatte (26), auf der die Auskleidungen
(7) für die Schächte (6) befestigt sind, z.B. als Rohre angeschweißt oder geschraubt,
aus den graphitischen Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) und aus den Metallscheiben (9),
alles durch Zuganker (19) und Befestigungselemente (20) miteinander verbunden.
[0013] Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) ist hervorragend geeignet, für sich allein als
Lagerkorb in Zwischen- und Endlagern zur Aufbewahrung radioaktiver Stoffe verwendet
zu werden. Dabei ist es besonders vorteilhaft, durch das graphitische Matrixmaterial
(5) Kühlkanäle (17), vorzugsweise mit neutronenabsorbierenden Metallrohren (18) ausgekleidet,
zu führen. Wird der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) auf eine entsprechende Unterkonstruktion
in einem luftgekühlten Zwischenlager gestellt, so streicht die Kühlluft auf Grund
der sich einstellenden Thermik durch die Kühlkanäle (17) und führt die durch den radioaktiven
Zerfall entstehende Abwärme ab.
[0014] Der
Einsatzkorb (4) besitzt fallweise an den Zugankern (19), am Korbbehälter (10) und am
Korbdeckel (11) Einrichtungen, wie Haken oder ösen, zum Hantieren mittels Kran oder
ähnlichen Hebe- vorrichtungen.
[0015] Gegebenenfalls kann der Spalt (13) zwischen dem erfindungsgemäßen Korb (4) und dem
Abschirmbehälter (1) mit Graphit- oder Metallpulver ausgefüllt werden, ebenso das
verbleibende.Restvolumen in den durch die radioaktiven Brennelemente besetzten Schächten
(6).
[0016] Der erfindungsgemäße Einsatzkorb (4) hat ferner den Vorteil, daß er schnell aufbaubar
ist, z.B. durch Auffädeln gelochter Graphit-Scheiben (8) und Metallscheiben (9) auf
die Auskleidungsrohre (23, 24) der Schächte (6) bzw. auch auf die Rohre (18) der Kühlkanäle
(17) und gegebenenfalls auf den Zuganker (20).
[0017] Weiterhin bewirken die beschriebenen Ausgestaltungen des Einsatzkorbes (4) entweder
mit dem Korbbehälter (10) oder mit den als Topfform (12) geformten Metallscheiben
(9), daß auch bei einem Unfall kein Graphit-Matrixmaterial ohne weiteres verlorengeht.
[0018] Für die Graphit-Matrix (5) kann billiger Graphit mit Verunreinigungen verwendet werden.
Der Verunreinigungsgehalt verbessert sogar noch die neutronenabsorbierenden Eigenschaften
des Einsatzkorbes.
1. In einem Transport- und/oder Lagerbehälter befindlicher herausnehmbarer Einsatzkorb
mit Schächten für radioaktives Material, insbesondere zur Aufnahme abgebrannter Brennelemente
aus Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix (5) des Einsatzkorbes (4)
überwiegend aus Graphit besteht.
2. Einsatzkorb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schächte (6) und/oder
die äußeren Einsatzkorboberflächen neutronenabsorbierende metallische Auskleidungen
(7, 10) aufweisen.
3. Einsatzkorb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn- zeichnet, daß die metallischen
Auskleidungen (7, 10) aus Borstahl bestehen.
4. Einsatzkorb nach Anspruch:1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Graphit der
Matrix (5) neutronenabsorbierendes Material hinzugemischt ist.
5. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das der Graphitmatrix
(5) zuzumischende neutronenabsorbierende Material Borkarbid ist.
6. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitmatrix
(5) aus mehreren Bausteinen (8, 14, 15, 16, 22) besteht.
7. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bausteine aus Scheiben
(8) bestehen.
8. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den
Scheiben (8) Metallscheiben (9) befinden.
9. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheiben
(9) als Topfform (12) ausgestaltet sind.
10. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Bodenplatte
(21) mit an ihr befestigten metallischen Auskleidungen (7), graphitischen Bausteinen
(8, 14, 15, 16, 22) und Metallscheiben (9) besteht, die durch Zuganker (19) und Befestigungselemente
(20) verbunden sind.
11. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphit-Matrix
(5) Kühlkanäle (17) enthält.
12. Einsatzkorb nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlkanäle
(17) mit einer metallischen Auskleidung (18) versehen sind.