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Gasgekühlter Kernreaktor mit einem Wärmeaustauscher zur
Erzeugung von Wasserdampf
Ein grosser Teil der bekannten Kernreaktoren zur Energieerzeugung arbeitet so, dass in einem Sekundärkreislauf irgendein Stoff, z. B. Wasser, verdampft und mit diesem Dampf die Erzeugung der elektrischen Energie vorgenommen wird. Als Wärmequelle dient dabei der Kernreaktor mit einem wärmeübertragenden Stoff, wie z. B. schweres Wasser oder Kohlensäure. Weiterhin ist bekannt, dass ein Edelgas wie Helium, Neon oder ein Gemisch von Edelgasen als Kühlmedium für den Reaktor verwendet werden kann.
Die Verwendung von Edelgasen hat dabei noch den Vorteil, dass sie sich in der Regel nicht aktivieren und sich die Verunreinigung durch Spaltprodukte in einem Filter entfernen lässt.
Es sind Kernreaktoren (heterogener oder homogener Bauart) bekannt, bei denen Edelgas oder ein Edelgasgemisch als Kühlgas Anwendung findet und bei denen ein Wärmeaustauscher unmittelbar über dem Reaktorherz angeordnet ist. In diesem Wärmetauscher befindet sich Wasser, das durch den Wärmeaustausch mit dem sich im Rekator aufheizenden Edelgas (Edelgasgemisch) verdampft und überhitzt wird. Bei einer solchen Anordnung besteht die Gefahr, dass infolge eines Rohrreissers oder auf andere Weise Wasser in das Reaktorherz gelangt und dort verdampft. Infolge des Verdampfens des einströmenden Wassers wird der Druck in dem Kernreaktor unzulässig hoch, dies würde eine Gefährdung des Kernreaktors darstellen.
Bei den bisherigen Kernreaktorenwurde im Falle eines unzulässigen Druckanstieges im Reaktorherz das Kühlmedium entweder abgeblasen oder in einem Sammelbehälter (Contaiment-Vessel) aufgefangen. Ein Abblasen des Kühlgases ist aber immer mit einer Gefährdung der Umgebung verbunden. Das Abblasen des verunreinigten Kühlmediums in einen Sammelbehälter stellt auch nur eine unbefriedigende Massnahme dar, da das Kühlmedium von dort aus über eine Entseuchung und über Filter geleitet werden muss, um schliesslich in einem weiteren Gefäss gelagert zu werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem gasgekühlten Kernreaktor, insbesondere einem solchen mit Edelgaskühlung, bei Anordnen eines Wärmetauschers zur Erzeugung von Wasserdampf diesen Nachteil zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird der das Reaktorherz enthaltende Raum von dem den Wärmetauscher aufnehmenden Raum durch eine den Durchtritt des Kühlgases ermöglichende, als Reflektor wirkende Zwischenwand in bekannter Weise abgetrennt und erfindungsgemäss mit einer bei Überdruck sich selbst einschaltenden Sicherheitseinrichtung verbunden.
Während die Trennwand zweckmässig zur Vermeidung eines unmittelbaren Durchschlagen der etwa entstehenden Druckwellen mit im Winkel verlaufenden Bohrungen versehen ist, besteht gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Sicherheitseinrichtung aus einem Kühler und einem Sam-
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enthaltenden Raum verbunden sind.
Dabei kann der Kühler als Mischkühler, vorzugsweise mit Wasserkühlung, ausgebildet sein, wobei das Kühlwasser für den Mischkühler durch einen Kältekreislauf vorgekühlt sein kann.
Als Sammelbehälter der Sicherheitseinrichtung lässt sich dabei eine geeignet dimensionierte, elasti-
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sche Kunststoffblase benutzen.
Für den Reaktor mit einem Edelgas oder einem Edelgasgemisch als Kühlmittel ergibt sich danach folgender einfacher und nicht aufwendiger Sicherheitskreislauf, der in Fig. 1 vereinfacht und im Schema dargestellt ist. Über dem Reaktorherz2 ist, nur durch eine Trennwand 12 getrennt, ein Wärmeaustauscher 1 eingebaut. Die Trennwand 12 ist aus einem neutronenreflektierenden Material wie z. B. Graphit aufgebaut und besitzt in ihrer Fläche eine Anzahl von im Winkel verlaufenden Kanälen zum Durchlassen des Kühlgases. Somit hat die Trennwand neben der Funktion als Reflektor und Abschirmung für den Wärmetanscher noch die eines Wärmeschutzes, wobei die Funktion als Reflektor durchaus als bekannt anzusehen ist.
Ausserdem bildet sich eine weitere Schutzvorrichtung für den Wärmetauscher, da sie durch geeignete Gestaltung der Bohrungen eine Strähnenbildung am Wärmetauschereintritt verhindert und infolge ihrer hohen Wärmekapazität einen Schutz gegen zu hohe Wärmebelastung (infolge Strahlung) bei Überhitzung des Reaktorherzens bildet. Sie kann weiterhin während des Betriebes durch einen abgezweigten Teil des Kühlgases gektihlt werden. Tritt nun ein Schaden in dem Wärmetauscher 1 auf, durch den Wasser in das Reaktorherz eintritt und dort verdampft, so steigt der Druck in dem Reaktorherz an. Solange der Druck das zulässige Mass nicht überschreitet, geht das Kühlgas nach wie vor über die Ventile 3 und 4 zur Entseuchungsanlage 5 und von dort aus, von den mitgerissenen Spaltprodukten gereinigt, wieder in den Reaktor.
Erreicht der Druck jedoch einen, vorher genau definierten, höchstzulässigen Wert, so platzt die eingebaute Reissscheibe 6 und gibt den Weg zu dem Gaskühler 7 frei. (An Stelle der Reissscheibe kann auch ein druckgesteuertes Ventil verwendet werden. Weiterhin ist es möglich, wenn auch nicht erforderlich, durch eine Steuerleitung 14 das Ventil 4 zu schliessen.) Sodann strömt das Kühlgas in den Gaskühler 7 ein. Dieser GaskUhler ist ein oben offener Mischkühler bekannter Bauart, bei dem das Wasser noch weiter gekühlt werden kann. Dieser MischkUhler hat folgende Funktionen : 1. Verringerung des Volumens des Dampfes als natürliche Folge der Kühlung,
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Niederschlagen des Wassers, also eine Kondensatorwirkung und
3. da das Gas-Dampfgemischdurchdas im Mischlühlerbefindliche Wasser hindurchgeht, eine Filterwirkung bezüglich der mitgerissenen Spaltprodukte.
Der MischkUhler verlässt dann das vom Wasser und den Spaltprodukten weitgehendst befreite zurückgewonnene Edelgas (Edelgasgemisch), um entweder in einen Sammler 8 (z. B. Kunststoffblase) aufgefangen zu werden oder aber um wieder unmittelbar mittels Gebläse 15 über das Einlassventil 9 in den Reaktor geführt zu werden. Das Kühlmedium des Mischkühlers (z. B. Wasser) wird um den Anteil Wasser vermehrt, der aus dem Dampf-Gasgemisch gewonnen wird und kann dann entweder in einem Kreislauf über Filter zurückgewonnen werden oder aber unter Beachtung aller Sicherheitsmassnahmen, entsprechend verdünnt z. B. aus der Anlage entfernt werden.
Erfindungsgemäss ist neben oder an Stelle der Sammel-Kunststoffblase noch eineweitere Gassammel- und-speichermöglichkeit vorgesehen, die in Fig. 2 schematisch dargestellt ist.
Der Reaktor 2, der in bekannter Weise aufgebaut ist, wird durch die bereits beschriebene Trennwand 12 mit d" ; : n ebenfalls bereits beschriebenen Bohrungen 13 nach oben hin abgeschlossen. Über dieser Trennwand befindet sich derWärmetauscherl. Die Abschirmung 16, 18 um den Reaktor 2 sei in bekannter Weise so aufgebaut, dass in dem Zwischenraum 17 gerade die Toleranzdosis herrscht. Hiebei ist unter der Toleranzdosis die Aktivität verstanden, in der sich das Reaktorpersonal, ohne Schäden zu erleiden, für etwa 3 - 5 Stunden aufhalten kann. Durch diese Wahl der Aktivität ist erreicht, dass, falls es unbedingt erforderlich ist, der Raum eine bestimmte Zeit begangen werden kann, und weiterhin, dass der Aufwand für die Abschirmung minimal bleibt.
In dem Raum 17 ist der in Fig. 1 dargestellte Kreislauf untergebracht, wobei erfindungsgemäss auch mehrere Kuiler eingebaut sein können. Um den Raum 17 ist ein weiterer biologischer Schild 19 aufgebaut, der so dimensioniert ist, dass das Reaktorgebäude als strahlensicher anzusehen ist. Der Raum 17 kann ausserdem der Entseuchungsanlage angeschlossen werden. Somit erfüllt der Raum 17 gleichzeitig folgende Funktionen :
1. Aktivitätsgefälle zwischen den beiden biologischen Schilden 16, 18,
2. Raum 17 für den Einbau des Sicherheitskreislaufes,
3. Sammelbehälter für das Edelgas (Edelgasgemisch) für den bereits beschriebenen Reinigungs- und Sammelvorgang.
Der Raum 17 kann, nachdem er als Sammel- bzw. Auffangbehälter gedient hat, in bekannter Weise gereinigt werden.
Durch die Erfindung ergeben sich also folgende Vorteile :
1. Der Sicherheitskreislauf mit den Mischkühlern tritt bei einem unzulässig hohen Druckanstieg im
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Reaktor durch den Einbau der Reissscheiben sofort in Tätigkeit.
2. Durch die Mischkühler wird eine Volumenverminderung des Dampf-Gasgemisches erreicht, ausserdem eine Trennung des Wassers (infolge Kondensation des Dampfes) von dem Edelgas und schliesslich noch eine Reinigung des Edelgases von mitgerissenen Spaltprodukten.
3. Durch geeignete Wahl der Grösse des Raumes 17 entfällt ein besonderes Sammelgefäss mit der dazugehörigen Abschirmung. Der Raum 17 kann ausserdem sogar als Abklinggefäss dienen, so dass keine Verunreinigungen abgeblasen werden müssen.
4. Die zur Abschirmung des Reaktors erforderliche Hülle 19 bildet gleichzeitig die Abschirmung des Raumes 17 und kann trotzdem, da der Raum 17 ein ktivitätsgefälle bildet, schwächer ausgebildet werden, als es ohne den Raum 17 erforderlich wäre.
5. Alle für den Sicherheitskreislauf erforderlichen Teile sind vom konventionellen Kraftwerksbau bzw. von der Chemie-Technik her bekannt und somit hinreichend erprobt.
Die Erfindung stellt somit durch die sinnvolle Anwendung bekannter Bauelemente eine wesentliche Vereinfachung des Sicherheitskreislaufes dar, sowohl im Aufwand als auch in der Ausgestaltung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gasgekühlter Reaktor mit einem oberhalb des Reaktorherzens angeordneten Wärmetauscher zur Erzeugung von Wasserdampf, bei welchem der das Reaktorherz enthaltende Raum von dem den Wärmetauscher aufnehmenden Raum durch eine den Durchtritt des KUhlgases ermöglichende, als Reflektor wirkende Zwischenwand getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der das Reaktorherz (2) enthaltende Raum (10) mit einer bei Überdruck sich selbst einschaltenden Sicherheitseinrichtung (6, 7,8) verbunden ist.