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Kontrollstäbe und Anordnung von solchen für Kernreaktoren
Es ist bekannt, zur Kontrolle des Neutronenflusses hinsichtlich dessen Einstellung und Regelung bei Kernreaktoren Stäbe zu verwenden, welche einen homogen verteilten Neutronen absorbierenden Stoff, beispielsweise Bor, Cadmium u. a., enthalten und von einer Seite her in axialer Richtung in die Spaltzone eines axialsymmetrisch gebauten Kernreaktors eingeführt weiden. Durch das Einführen solcher Stäbe erleidet die Neutronenflussverteilung im Reaktor eine merkbare Deformation. Die Deformation in radialer Erstreckung des Reaktors ist am stärksten, wenn die Stäbe beim frischen Reaktor tief eingeschoben sind. Durch geeignete Verteilung der Kontrollstäbe über dem Querschnitt des Reaktors kann man die radiale Flussdeformation in gewissen Grenzen beeinflussen.
Die in axialer Richtung des Reaktors auftretende Abweichung von einer symmetrischen Verteilung des Neutronenflusses ist durch das einseitige Einfahren bei der bekannten Kontrollstabanordnung bedingt. Diese Deformation ist bei tief eingefahrenen Stäben gering und erreicht bei mittlererLage derStabenden ein Maximum. Vom Standpunkt der Energieerzeugung aus ist die unsymmetrische Flussdeformation unerwünscht und beeinträchtigt die besonderen Massnahmen zur Homogenisierung des Flusses (flattening), die vorgenommen werden, um gleichmässigen Abbrand und Verteilung der Wärmequellendichten zu erzielen.
Es ist ferner bekannt, beispielsweise aus der brit. Patentschrift Nr. 790, 064, Kontrollstäbe in einem Kernreaktor der mit pulverförmigem Spaltstoff betrieben wird, in radialer Richtung beweglich vorzusehen u. zw. in radialsymmetrischer Verteilung, wobei annähernd gegenüber liegende Stäbe bei der Regelung gegensinnig bewegt werden. Eine Beeinflussung der axialen Neutronenflussverteilung im Sinn einer Vergleichmässigung findet bei dieser Anordnung jedoch nicht statt.
Die nachteiligen Wirkungen der axialen Flussdeformationen können vermindert werden, wenn erfin- dungsgemäss jeweils 2 der in Richtung der Reaktorlängsachse paarweise symmetrisch geführten Kontrollstäbe einander derart zugeordnet sind, dass der gegenseitige Abstand der Achsen der beiden zugeordneten Stäbe so gering als möglich ist, das heisst, der Durchmesser der Stäbe bei rundem Querschnitt derselben in jeder Lage nur um ein geringes Mass übersteigt, und dass sich die beiden einander zugeordneten Stäbe innerhalb des Verstellbereiches der Kontrolleinrichtung stets symmetrisch zu einer in Reaktormitte senkrecht zur Reaktorlängsachse gelegten Normalebene befinden.
Vorzugsweise können die Stäbe dabei ausserdem erfindungsgemäss mit inhomogen verteiltem Absorbermaterial versehen sein.
Diese Verteilung des Absorbermaterials ist dabei zweckmässig so, dass der Gehalt an wirksamem Absorptionsstoff in beiden einander zugeordneten Stäben von den gegen das Innere des Reaktors zugelegenen Enden zu den Enden hin, an welchen üblicherweise die Bewegungseinrichtung angreift, zunimmt.
Die Regulierbewegung der beiden zugeordneten Kontrollstäbe erfolgt erfindungsgemäss derart, dass ihre gegenseitige Lage in jeder Stellung der Regeleinrichtung zur Reaktormitte symmetrisch ist. Durch diese Massnahme wird zunächst erreicht, dass sich auch die axiale Flussdeformation symmetrisch zur Reaktormitte ausbildet.
Die variable Verteilung des Absorptionsstoffes mit nach aussen hin zunehmender Anhäufung führt ausserdem bei eingefahrenenStäben zu einer Flussverteilung, die von der ungestörten nur wenig abweicht.
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sorptionsstoffes kann, abgesehen von dem erreichbaren günstigen Einfluss auf die Flussdeformation auch dazu angewendet werden, die Absorptionswirkung innerhalb gewisser Grenzen nach einer beliebigen Funktion in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe verlaufen zu lassen und so dem Reaktor bei einfachgehaltenem Antriebsmechanismus bestimmte Leistungsprogramme aufzuerlegen.
Fig. l der beiliegenden Zeichnungen stellt schematisch Ausführung und Anordnung eines Ausführungsbeispieles von bekannten Kontrollstäben und deren Anordnung für Kernreaktoren oar, Fig. 2 den Verlauf der unter Einwirkung eines derartigen Kontrollstabes in einer Destimmten Lage vorhanden-. n Neutronen- flussverteilung. Fig. 3 und 5 zeigen schematisch das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Kon- trollstabanordnung in zwei verschiedenen Lagen der Stäbe zum Reaktor, Fig. 4 und 6 die analog zu Fig. 2 aufzufassenden Flussverteilungen in Zuordnung zu den Fig. 3 und 5.
In Fig. 1 ist 3 ein mit Aufhängeeinrichtung 4 versehener Kontrollstab bekannter Bauart für Kernreaktoren. Der Stab ist in einer zugeordneten Öffnung 2 des aktiven Reaktorteiles mittels einer, etwa durch Seilzug 5 angedeuteten Vorrichtung in axialer Richtung der Reaktorerstreckung beweglich. 1 verbildlicht in Fig. 1 jenen Bereich des aktiven Reaktorvolumens, der dem Kontroll, tab 3 wirkungsmässig zugeordnet ist. Der Kontrollstab ist zum Teil, d. i. bis zur Linie 11, 11'in den Reaktor eingeführt. In Fig. 2 stellen die von der Grundlinie 6, 6'aus gemessenen Ordinaten der strichlierten Kurve 7, 8, 9 die axiale Neutronenflussverteilung längs der Erstreckung des aktiven Reaktorbereiches entsprechend Fig. l in irgend einem Massstab dar, wenn kein Kontrollstab eingeführt ist.
Diese Ursprungskurve ist zur Reaktormitte symmetrisch. Die Kurve 10, 12, 13 repräsentiert die Flussverteilung bei bis zur Linie 11, 11'vorgeschobenem Kontrollstab. Die Deformation dieser Kurve gegenüber der symmetrischen Ursprungskurve ist erkennbar.
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sind jedoch statt eines einzigen Kontrollstabes nunmehr zwei in jeder Regelstellung symmetrisch zur Mitte 21, 21'des Reaktors stehende Kontrollstäbe 14, 15 bzw. 14,'15' vorhanden. Durch die vom Aufhängeende gegen das Stabende zu schmäler werdende Schwärzung 15 ist der gegen das Stabende zu erfindunggemäss abnehmende Gehalt an Absorptionsstoff verbildlicht. Bei der in Fig. 3 zu sehenden Stellung ist der Stab 14,15 mit seinem Ende bei 16 angelangt der auf der andern Seite des Reaktors befindliche Stab 14,'15'bei 16'.
Die Endlagen 16 und 16'sind symmetrisch zur Reaktormitte 21, 21'. Die Entfernungen der Stabaufhängungen von Reaktormitte sind infolge der gleichen geometrischen Gestalt der beiden einander zugeordneten Stäbe ebenfalls gleich. In der Darstellung Fig. 4 der Flussverteilung ist die jetzt symmetrische Verteilung des Neutronenflusses 17,18, 17' über der Achse 6, aufgetragen, ebenso auch vergleichsweise die gestrichelte Kurve 7, 8, 9 der Fig. 2, welche den ungestörten Flussverlauf wiedergibt.
In Fig. 5 sind die erfindungsgemäss vorgesehenen und beschaffenen Kont. ollstabe beide vollständig in dem Aktivteil des Reaktors eingesenkt. Die Flussreduktion ist bei symmetrischer Verteilung entsprechend Kurve 19,20, 19'der Fig. 6 am grössten. Die Mittenabstände der Stabaufhängungen sind wiederum gleich und symmetrisch zur Reaktormitte 21, 21'gelegen.
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stäbe sind erfindungsgemäss durch eine nicht dargestellte Einrichtung an sich bekannter Art so gekuppelt, dass die gegenläufig symmetrische Lage der Stäbe im ganzen Verstellbereicr gesichert ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kontrollstäbe und Anordnung von solchen für Kernreaktoren, zur Einstellung und Regelung des Neutronenflusses, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Kontrollstäbe einander derart zugeordnet sind, dass der gegenseitige Abstand der Achsen der beiden einander zugeordneten Kontrollstäbe den wirklichen oder ideellen Durchmesser jedes Stabes in jeder Lage nur um ein geringes Mass übersteigt und sich die beiden einander zugeordneten Stäbe innerhalb des Verstellbereiches der Kontrolleinrichtung stets symmetrisch zu einer inReaktormitte senkrecht zur Reaktorlängsachse gelegten Normalebene befinden.