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Einrichtung zur Überwachung der baulichen Kontinuität eines
Kontrollstabes für einen Kernreaktor
Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für einen Kontrollstab, insbesondere ein System zur Überwachung der Integrität oder baulichen Kontinuität eines Kontrollstabes, der in einem Kernreaktor verwendet wird.
Ein Kernreaktor kann auf einem gewählten Leistungspegel betrieben werden, indem man die Neutro- nenerzeugung in dem Reaktorkern steuert. Allgemein werden zur Steuerung der Neutronenerzeugung dem
Reaktor zugeordnete Hilfseinrichtungen verwendet. Beispielsweise kann die Neutronenerzeugung durch die
Absorption von Neutronen durch einen oder mehrere Kontrollstäbe gesteuert werden, die int uhrungshülsen, die im Reaktorkern vorgesehen sind, wahlweise angeordnet sind. Diese Kontrollstäbe sind so eingerichtet, dass sie wahlweise in den Kern hinein oder aus ihm herausgezogen werden können, wenn die Reaktivität und damit der Leistungspegel des Reaktors vorübergehend erhöht oder herabgesetzt werden soll.
Die üb- lichen Kernreaktoren sind mit einem Antrieb für die Kontrollstäbe versehen, mit dem diese Bewegung der
Kontrollstäbe relativ zu dem im Betrieb befindlichen Reaktorkern bewirkt werden kann.
Bei der Konstruktion von Kontrollstäben für Kernreaktoren und den Antrieben zur Steuerung der Be- wegung dieser Stäbe werden normalerweise alle nur möglichen Vorsichtsmassregeln ergriffen. Es kann je- doch vorkommen, dass ein Kontrollstab bricht und ein Teil desselben in seiner Führungshülse in dem im
Betrieb befindlichen Reaktorkern festgehalten wird. Wenn durch das Herausziehen von Kontrollstäben, von denen einer gebrochen ist, ein bestimmter, gewählter Leistungspegel eingestellt wurde und ein Teil des gebrochenen Stabes in dem Reaktorkern verbleibt, besteht die Gefahr, dass der in der Führungshülse ver- bliebene Teil des gebrochenen Kontrollstabes sich später lösen und aus dem Bereich des Kerns herausfallen kann.
Dies kann natürlich zu einem plötzlichen Ansteigen des Leistungspegels des Reaktors und damit un- ter gewissen Umständen zu einem schwerwiegenden Unfall führen.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Einrichtung zur Überwachung von Kontrollstäben, die einen Bruch oder eine Unterbrechung der baulichen Kontinuität eines in dem Kern eines Kernreaktors be- findlichen Kontrollstabes anzeigt.
Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Einrichtung zur Überwachung von Kontrollstäben, die auf einen Bruch eines in einem Kernreaktor befindlichen Kontrollstabes anspricht und entweder den
Reaktor sofort ausser Betrieb setzt oder eine ungewöhnliche Veränderung des Leistungspegels, die durch den Bruch verursacht werden könnte, verhindert. Ein weiterer Zweck besteht in der Schaffung einer Einrichtung, die auf einen Bruch des Kontrollstabes oder eine Trennung des Kontrollstabes von seinem Antrieb anspricht, indem sie andere Einrichtungen betätigt und den Leistungspegel des Reaktors auf einen gefahr- losen Wert herabsetzt.
Dieses Ziel wird durch eine Einrichtung zur Überwachung der baulichen Kontinuität eines Kontroll- stabes für einen Kernreaktor erreicht, welche gemäss der Erfindung gekennzeichnet ist durch ein Paar von- einander isolierter elektrischer Leiter, die sich längs des Kontrollstabes erstrecken und an diesem befe- stigt sind, wobei diese Leiter an einem Ende miteinander verbunden sind und dass an die andern Enden der Leiter eine Stromquelle und eine auf eine elektrische Unterbrechung ansprechende Signaleinrichtung angeschlossen ist.
Weitere Zwecke und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung an Hand der Zeichnungen hervor. In diesen zeigt Fig. 1 im vertikalen Querschnitt einen Kontrollstab und
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einander verbunden, so dass sie einen durchgehenden Leitweg bilden, der von der elektrischen Strom- quelle durch den Stecker 42 und den einen Leiter bis zum oberen Ende des Kontrollstabes 10 und dann durch den andern Leiter zurück zu dem Stecker 42 führt.
Gemäss Fig. 1 ist das Kabel 40 an der Mutter 34 befestigt und ferner an mehreren Stellen der Länge I der Schubstange und des Kontrollstabes 10 mit geeigneten Mitteln, beispielsweise Kabelklemmen 56 fest- geklemmt. Eine Bewegung des Kontrollstabes 10 und damit jenes Teiles des Leiters, der oberhalb des an der Mutter 34 befestigten Teiles des Leiters angeordnet ist, gegenüber jenem, der über den Verbinder 42 mit der Stromquelle verbunden ist, wird durch eine Relativbewegung der Windungen der Wendel 46 er- möglicht. Das Kabel 40 besteht vorzugsweise aus elastischem Material, so dass die Wendel in ihren ur- sprünglichen Zustand zurückkehrt.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Kabels 40 in der erfindungsgemässen Kontrollstabüberwachungs- einrichtung. In Fig. 3 ist ein Teil der Wendel gezeigt. Ein derartiges Kabel besitzt zwei im Abstand von- einander angeordnete Drähte 58 und 60 aus einem hitze-und strahlungsbeständigen Material, beispiels- weise Aluminium.
Die Leiter 58 und 60 sind von einem Isoliermedium 62 umgeben und in ihm eingebettet. Dieses Me- dium besteht aus einem Material, das der Strahlung und den hohen Temperaturen in dem Reaktor ge- wachsen ist. Beispielsweise ist ein keramisches Material, wie Magnesiumoxyd. geeignet. Das Isolierme- dium 62 ist seinerseits von einem Rohr 64 aus elastischem Material. wie rostfreiem Stahl, umschlossen, das zur Verwendung in einem Inertgas bei hohen Temperaturen geeignet ist.
Eine andere Ausbildung des Kabels ist in Fig. 4 dargestellt, die ebenfalls einen Teil der Wendel zeigt. Hier sind wieder zwei Leiter 66 und 68 vorgesehen, die einzeln mit keramischem Material 70 iso- liert und von je einem Rohr 72 aus rostfreiem Stahl umschlossen sind. Zur Bildung des Kabels 40 sind die
Rohre 72 in geeigneten Abständen auf geeignete Weise beispielsweise durch Hartlöten, miteinander ver- bunden.
Bei der Ausbildung eines Kontrollstabes und einer Schubstange, die mit der vorstehend beschriebenen, bevorzugten Ausführungsform der Überwachungseinrichtung versehen sind, hat das Kabel 40 vom Ende des
Kontrollstabes 10 bis zur Öffnung 48 in der Mutter 34 eine solche Länge, dass es ohne zu reissen eine nor- male Wärmedehnung des Kontrollstabes 10 und der Schubstange 38 zulässt. Die Länge des Kabels 46 ist je- doch derart, dass beim Auftreten einer Unterbrechung in dem Kontrollstab 10 selbst oder in der Schub-
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relativ zu dem gebrochenen Stück zum Zerreissen des Kabels 40 führt.
Die Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung zwecks Anzeige einer Unterbrechung in der Kontinuität eines Kontrollstabes 10 ist nachstehend erläutert. Im normalen Betrieb eines Kernreaktors sind eine oder mehrere Kontrollstäbe so in bezug auf den Reaktorkern angeordnet, dass ein gewählter Leistungspegel erreicht und aufrechterhalten werden kann. Bei Betätigung der Antriebseinrichtung 30 wird der Leitspindel 32 eine Drehbewegung erteilt, die in eine Axialbewegung der Mutter 34 umgewandelt wird, so dass der Schubstange 38 eine vertikale Bewegung erteilt wird. Infolgedessen wird der Kontrollstab 10 gesenkt, wobei der obere Teil des Kabels 40 gegenüber dem in der Öffnung 48 der Mutter 34 befestigten in derselben Stellung bleibt.
Der wendelförmig gewickelte untere Teil 46 des Kabels 40 zieht sich zusammen, wenn der KontrollstablO zu dem Kontrollstabantrieb 23 hin bewegt wird. Wenn ein Bruch in dem Kontrollstab 10 oder in der Schubstange 38 auftritt, reisst das Kabel 40, wenn der unterhalb der Bruchstelle befindliche Teil des Kontrollstabes bzw. der Schubstange relativ zu dem oberhalb der Bruchstelle befindlichen bewegt wird. Ein Reissen des Kabels führt zur Erzeugung eines Signals, das die Unterbrechung des Stromkreises anzeigt und zur Anzeige einer Fehlfunktion an den Steuerkreis 44 abgegeben wird.
In einer Ausführungsform eines Steuerkreises, der zusammen mit einem Überwachungssystem verwendet werden kann, sind eine nicht gezeigt elektrische Stromquelle und die Spule eines nicht gezeigten Relais mit dem Kabel 40 in Reihe geschaltet. Die Kontakte des Relais sind so angeordnet, dass beim Ausschalten des Relais die Ausserbetriebsetzung des Reaktors oder eine andere Korrekturfunktion eingeleitet wird. Ferner kann in dem Steuerkreis ein nicht gezeigtes Erdschlussanzeigerelais vorgesehen sein, das anzeigt, wenn in der Isolierung des Kabels 40 ein Fehler vorhanden ist, der einen Kurzschluss über die metallischen Teile der Anordnung bewirkt. Ein derartiger Kurzschluss würde die Anzeige einer Unterbrechung des Kontrollstabes oberhalb eines derartigen Fehlers verhindern.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass eine Überwachungseinrichtung geschaffen wurde, mit der die bauliche Kontinuität von Kontrollstäben oder andern Elementen, die wahlweise in dem Kern eines Kernreaktors angeordnet sind, ständig überwacht werden kann.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind verschiedene Abänderungen der vorstehend beschriebenen Einrichtung möglich.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Überwachung der baulichen Kontinuität eines Kontrollstabes für einen Kernreaktor, gekennzeichnet durch ein paar voneinander isolierter elektrischer Leiter, die sich längs des Kontrollstabes erstrecken und an diesem befestigt sind, wobei diese Leiter an einem Ende miteinander verbunden sind, und dass an die andern Enden der Leiter eine Stromquelle und eine auf eine elektrische Unterbrechung ansprechende Signaleinrichtung angeschlossen ist.