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Vorrichtung für die Leistungsregelung eines Kernreaktors
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Leistung eines Kernreaktors durch ein Einwirken auf die Reaktivität im Kernbereich bzw. der Spaltzone des Reaktors.
Es ist bekannt, dass die Leistungsregelung eines Kernreaktors im allgemeinen mit Hilfe von Regelelementen erfolgt, die ein hohes Absorptionsvermögen gegenüber Neutronen aufweisen, und die man mehr oder weniger tief in den Kern- oder aktiven Teil des Reaktors einführt. Meist haben diese Regelelemente die Form starrer, zylindrischer Stäbe, die in für ihre Aufnahme bestimmten Kanälen längsverschoben werden können. Die Längsabmessungen dieser Stäbe, die sich vollständig ausserhalb des Kernbereiches des Reaktors befinden können, sind infolgedessen von der gleichen Grössenanordnung wie die Abmessungen des Reaktorkernes.
Wenn die Regelstäbe und/oder ihre Betätigungsmechanismen aus der biologischen Schutzummantelung des Reaktorkernes herausragen, muss man für sie eine besondere Strahlungsabschirmung vorsehen, und das Vorhandensein dieser langen Stäbe kann ausserdem die Bewegungen sowie das Arbeiten der Beschickungsmaschine des Reaktors erheblich stören. Aus diesem Grunde ist es oft zwingend, dass die Stäbe und ihre Antriebsmechanismen diejenige Fläche des Reaktors, von der aus die Beschickung erfolgt, vollständig freilassen ; man ist also genötigt, die Dicke des biologischen Schutzmantels oder den Abstand zwischen diesem Mantel und dem Reaktorkern wesentlich zu vergrö- ssern.
Es sind bereits mehrere Lösungen vorgeschlagen worden, um diese unerwünscht grossen Abmessungen zu verringern und die oben erwähnten Massnahmen bezüglich der Ausbildung der Schutzummantelung zu vermeiden ; so hat man teleskopartig ineinanderschiebbare Regelstäbe, gelenkig zusammenfaltbare Stäbe oder kettenartig zusammenhängende Platten als Regelorgane vorgeschlagen, die man auf Rollen aufwickeln kann ; auch andere Lösungen mit kettenartigen Regelorganen sind genannt worden.
Diese Vorschläge bringen zwar einen Vorteil hinsichtlich der Längsabmessungen der Stäbe : leider stellt sich meistens der Nachteil heraus, dass die Querabmessungen gross werden (was manchmal auch sehr störend wirkt), oder die Betätigungsmechanismen kompliziert sein müssen : schliesslich sind auch noch Nachteile hinsichtlich der Wirksamkeit derartiger Anordnungen vorhanden, weil oft die absorbierend wirkenden Flächen der Organe zu klein sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regelvorrichtung zum Regeln der Reaktorleistung zu schaffen, welche es gestattet, die oben erwähnten Nachteile zu beseitigen, da sie geringe Abmessungen aufweist und in sehr einfacher Weise sowie preiswert herstellbar ist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung, die ein Neutronen absorbierendes Element in Form zumindest einer zusammenlegbaren Metallkette aufweist sowie Mittel zum Bewegen dieses Elementes innerhalb eines vertikalen,
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"zusammengelegten" La-In seiner zusammengelegten Lage im Inneren eines Behälters befindet, der in der Verlängerung des Ka- nals angeordnet ist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das absorbierende Element aus einer Kette mit ineinandergreifenden ringförmigen Gliedern besteht und im Behälter ungeordnet abge- legt ist.
Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist das absorbierende Element mehrere Ketten auf, die dicht nebeneinander angeordnet und mit je einem ihrer Enden mit einem Kupplungsorgan verbunden sind, das seinerseits am Ende eines Hubseiles befestigt ist. Nach einer weiteren bevorzugten Aus- führungsform der Erfindung ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass die Mittel zur Bewegung des absorbierenden Elementes in zumindest einem herausnehmbaren Stopfen sitzen, welcher einen senkrechten, in Linie mit dem Kanal befindlichen Durchbruch in der Abschirmung verschliesst. Zweckmässigerweise ist dabei die einzelne Kette über ein Kettenrad geführt, das über dem Behälter angeordnet ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen werden nun zwei die Erfindung in keiner Weise einschränkende Ausführungsbeispiele der Leistungsregelvorrichtung für einen Kernreaktor näher beschrieben, die je einer der beiden bereits oben erwähnten Ausführungsformen der Erfindung entsprechen. Die Ausführungsanordnungen, die zusammen mit diesen Beispielen beschrieben und erläutert werden, sind insbesondere bei einem Reaktor mit vertikaler Achse und mit festem Moderator (Graphit) anwendbar, der durch ein Gas unter Überdruck (Kohlensäure) gekühlt wird und dessen Spaltzone oder Reaktorkern sowie Beschickungseinrichtungen für die Brennstoffauswechslung innerhalb eines einzigen dichten Betonmantels untergebracht,
aber durch eine waagrechte Schutzwand zur Absorption von Strahlungen getrennt sind (die Beschickungsvorrichtung befindet sich in einem vom Reaktorkern durch die waagrechte Schutzwand getrennten Beschickungsraum).
Es dürfte jedoch klar sein, dass die Erfindung auch bei andern Reaktortypen anwendbar ist, insbesondere bei Reaktortypen mit flüssigem Moderator und/oder Kühlmedium, mit einem metallischen Reaktorbehälter, üblichen Beschickungseinrichtungen usw.
In den Zeichnungen zeigen die Fig. la, lb. und Ic jeweils schematisch im axialen Längsschnitt drei übereinanderliegende Abschnitte einer gemäss der Erfindung ausgeführten Regelvorrichtung : Fig. 2 im Längsschnitt längs der Schnittlinie A-A der folgenden Fig. 3 ein Greifersystem zum Kuppeln von absor- bierenden Ketten mit ihrem Hubseil ; Fig. 3 einen Schnitt längs der Schnittlinie B-B der Fig. 2 : Fig. 4 eine abgewickelte Darstellung einer Steuerkurvengruppe, wie sie beim Kuppelsystem nach Fig. 2 Verwendung findet ; Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Regelvorrichtung ; Fig. 6 eine Einzelheit der Vorrichtung gemäss Fig. 5 und Fig. 7 eine andere Einzelheit der Fig. 5 in wesentlich grösserem Massstab.
Die in den Fig. 1a, 1b und 1c dargestellte erste Ausführungsform der Regelvorrichtung ist im Reaktor in folgender Weise angeordnet :
Der in Fig. la dargestellte obere Teil, der im wesentlichen den Betätigungsmechanismus der Vorrichtung und seinen Schutzmantel umfasst, befindet sich vollständig innerhalb einer Trennwand-Platte zwischen dem Bereich des Reaktorkernes und dem Beschickungsraum ; diese beiden Räume sind durch die Bezugszeichen 8 und 6 bezeichnet.
Der in Fig. lb dargestellte zentrale Teil, der im wesentlichen eine Moderatorsäule 58 zeigt, durch die ein axialer Kanal hindurchführt, der die absorbierenden Ketten aufnehmen kann, erstreckt sich über die gesamte Höhe des Reaktorkernbereiches bzw. der Spaltzone des Reaktors.
Der in Fig. 1c dargestellte untere Teil, der hauptsächlich einen Aufnahmebehälter 84 aufweist, der die absorbierenden Ketten zur Gänze oder zumindest zu einem grossen Teil aufnehmen kann, und der unterhalb einer Trag- oder Bodenplatte 74 angeordnet ist, welche den Kernteil des Reaktors trägt.
Der obere Teil der Vorrichtung ist in einem zylindrischen vertikalen Durchbruch 2 untergebracht, der durch die Trennwandplatte 4 zwischen dem Kernteil 6 des Reaktors und dem Beschickungsraum von einer bis zur andern Seite hindurchführt ; dieser obere Teil setzt sich aus drei zylindrischen Stopfen 10, 12 und 14 zusammen, die ein wenig unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Aussendurchmesser aufweisen und übereinander in den Durchbruch 2 eingefügt werden, wobei sie sich jeweils auf Innenschulter 16, 18 und 20 der Innenwand des Durchbruches 2 abstützen. Diese Stopfen bestehen ganz allgemein aus einer Metallhülle, in die ein Beton-Stopfenkörper eingegossen ist.
Der Stopfen 10 hat an seinem oberen Teil eine Ausnehmung 22, die den eigentlichen Betätigungsmechanismus aufnimmt ; dieser Mechanismus besteht aus einer Seilwinde 24, auf die sich ein Stahlseil 26 aufwindet, das zur Handhabung des absorbierenden Elementes bestimmt ist.
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Die Winde 24 wird von einem (nicht in der Figur dargestellten) Elektromotor angetrieben, der ebenfalls in der Ausnehmung 22 untergebracht ist ; die Speisung dieses Motors kann über Kontakte, wie 28 und 30, erfolgen, die jeweils an dem Rand des oberen Umfangsteile des Stopfens 10 einerseits und in der inneren Wandfläche des Durchbruches 2 anderseits angeordnet sind.
Der selbsttätige Kontakt zwischen diesen Kontakten stellt sich beim Einsetzen des Stopfens 10 her und man kann ihn dadurch sicher erzielen, dass man an der äusseren Oberfläche des Stopfens ein System von geneigten
Führungsflächen (in der Figur nicht sichtbar) vorsieht ; diese Führungsflächen arbeiten mit festen Vorsprüngen, wie 32, zusammen, die an der inneren Wandfläche des Durchbruches 2 sitzen und dem Stopfen bei seinem Einsetzen die für die Herstellung der Kontaktverbindung notwendige Winkelstellung aufzwingen.
Der volle Teil 34 des Stopfens 10, der unterhalb des die Winde aufnehmenden Raumes liegt, enthält in Richtung seiner Achse einen Durchlass von kleinem Durchmesser 36, durch den das Stahlseil 26 frei hindurchlaufen kann. Die Seilwinde 24 ist so angeordnet und ausgelegt, dass das ablaufende Trum des Hubseiles sich stets genau senkrecht über dem Durchlass 36 befindet. Der Stopfen 10 enthält weiterhin an seinem unteren Teil eine zylindrische Ausnehmung 28, die koaxial zu dem engen Durchlass 36 ist, und die in bestimmten Fällen zur Aufnahme eines Handhabungsorgans dient, dessen Einzelheiten weiter unten erläutert werden.
Der Stopfen 12 hat einfach einen mehrfach gebogenen Durchtrittskanal 40 von gleichem Querschnitt wie die Aufnahme 38 ; die Enden dieses Durchlasskanals sind auf die Achse des Stopfens ausgerichtet, so dass das Handhabungsorgan, was oben erwähnt wurde, durch diesen Stopfen hindurchgeleitet werden kann.
Der Stopfen 14 ist-abgesehen von seinem etwas kleineren Aussendurchmesser - gleich dem Stopfen 12 ausgeführt und hat ebenfalls einen mehrfach abgebogenen Durchlasskanal 42.
Die Durchlasskanäle 40 und 42 sind gebogen ausgeführt, damit sie durch ihre Biegungen das Vorhandensein langer geradliniger Durchtrittswege vermeiden, welche hohe Leckstrahlungen in Richtung auf den Beschickungsraum möglich machen würden ; diese Kanäle sind jedoch derart gekrümmt, dass das Hubseil 26 frei in der Achse des Durchbruches 2 durch die Stopfen hindurchgehen kann, ganz unabhängig davon, in welcher jeweiligen Winkellage diese Stopfen 12 und 14 in den Durchbruch eingesetzt sind.
Die Stopfen 10, 12 und 14 haben jeweils an ihrem oberen Ende innere Ausnehmungen, die mit inneren Ringnuten 44, 46 und 48 versehen sind, die dazu dienen, die Handhabung der Stopfen durch eine geeignete Greifvorrichtung zu gestatten, die von einer nicht dargestellten Beschickungsmaschine aus betätigt werden kann.
Der Stopfen 14 ragt ein wenig über die untere Fläche der Trennwandplatte 4 nach unten heraus und dringt mit seinem Ende in ein Führungsrohr 50 ein, dessen oberer Teil an der metallischen Tragkonstruktion 52 der Trennwandplatte mit Hilfe eines Flansches 53 befestigt ist, und dessen unterer Teil sich in eine Bohrung des äusseren oder Endblockes 56 einer Moderatorsäule 58 ein- fügt (Fig. lb). Die Säule 58 enthält einen zentralen Kanal 60, in dem Hülsen, wie 62, übereinander gleichachsig angeordnet sind, welche einen engeren Kanal 64 begrenzen, dessen Durchmesser wesentlich kleiner ist als der des Kanals 60.
Ein vollkommen glatter und stufenloser Übergang zwischen dem Kanal 64 und dem Kanal 42, die beide genau gleichen Querschnitt haben, ist mittels einer ersten Buchse 66, die gleichzeitig mit dem Block 56 und dem Führungsrohr 50 zusammenwirkt, und einer zweiten Buchse 68 erzielt, die sich auf die erste abstützt und in das Führungsrohr 50 bis zum unteren Teil des Stopfens 14 hineinragt. Die zweite Buchse 68 sowie das Führungsrohr 50 weisen seitliche Fenster, wie 70 und 72, auf, um das Eintreten des Kühlungsgases in den Kanal 64 zu gestatten, wenn beispielsweise der Umlauf dieses Gases in dem Kanal die Richtung von oben nach unten hat.
Die Moderatorsäule 58 ruht mit ihrem unteren Ende (Fig. Ic) auf der Tragplatte oder Sohle 74, die den gesamten Moderatoraufbau trägt. Diese Sohle 74 enthält ein Loch 76 von gleichem Durchmesser, wie ihn der Kanal 60 aufweist und dieser Kanal verlängert sich unterhalb der Sohle in einem zylindrischen Gehäuse 78, das einen waagrechten Boden 80 hat. Dieses Gehäuse 78, das mit seinem oberen Rand über einen Flansch 82 an der Sohle 74 festgelegt ist, nimmt einen zylindrischen Behälter 84 von gleichem äusserem Durchmesser wie die Hülsen 62 auf, der auf dem Boden 80 des Gehäuses 78 ruht. Die im unteren Teil der Säule 58 sitzende Hülse 86 stützt sich auf eine Anschlagfläche 88 des Behälters 84 ab.
Das absorbierende Regelelement, das bei der in den Fig. la-lac dargestellten Regelvorrichtung ver-
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wendet wird, ist in Fig. lb schematisch dargestellt, wobei nur seine äusseren Umrisse strichpunktiert angedeutet wurden. Es ist mit 90 bezeichnet und hat die Form von mehreren einander gleichen Ketten 92, wie sie als Hebezeugketten verwendet werden ; diese Ketten sind nebeneinander angeordnet und mit jeweils einem ihrer Enden an einem Kopfstück 94 festgelegt. Das Kopfstück 94 hängt seinerseits am Ende des Hubseiles 26 unter Vermittlung eines Greiforgans 96.
Die Verwendung eines absorbierenden Elementes einer derartigen Form macht es möglich, bei gleichen Abmessungen des Reaktorkernteiles eine höhere Neutronen-Absorptionskapazität in dem Element unterzubringen, als dies bei üblichen zylindrischen Stäben möglich ist. Unter Berücksichtigung dieser Vergrösserung der Absorptionskapazität ist es in gewissen Fällen möglich, die Ketten aus einem Material herzustellen, dessen spezifischer Neutronen-Einfangquerschnitt nicht sehr gross ist, und das sich gegenüber den Neutronen wie ein"graues"Material verhält, beispielsweise aus nicht oxydierendem Stahl oder aus Stahl mit einem geringen Borgehalt.
In derjenigen Lage des absorbierenden Elements, wie es in Fig. 1b dargestellt ist, ergibt sich eine maximale"Antireaktivität"oder ein maximaler"Neutroneneinfang"innerhalb des Reaktorkernes durch das Element 90, da sich dieses im wesentlichen über die gesamte Höhe der aktiven Spaltzone des Reaktors erstreckt. Um diese Antireaktivität zu verringern, betätigt man den Antrieb der Seilwinde 24 und lässt das Hubseil etwas abrollen, bis sich zumindest ein erheblicher Teil des Elements 90 in den unteren Behälter 34 hineingelegt hat. Man kann diese Antireaktivität bis auf einen Wert in der Nähe von Null verringern, indem man das Seil 26 weiter abrollen lässt, bis das Kopfstück 94 in die Nähe der Öffnung 98 kommt, die am oberen Teil 100 des Behälters 84 vorgesehen ist.
In diesem Augenblick haben sich die Ketten 92, welche das absorbierende Element 90 bilden, im Inneren des Behälters 84 eng zusammengelegt und sich dann praktisch ganz in diesem Behälter enthalten. Wie aus Fig. 1c ersichtlich, ist das Gehäuse 78 mit seitlichen Fenstern, wie 102 und 104, und der Behälter 84 mit Fenstern, wie 106,108 und 110, versehen, um in sämtlichen Betriebszuständen den Durchlauf des Kühlgases durch den Kanal 64 und den Behälter selbst zu gestatten, und so eine dauernde Kühlung des absorbierenden Elementes 90 sicherzustellen.
Hier zeigt sich ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Ketten als absorbierende Elemente in der erfindungsgemässen Weise. Ausser der Möglichkeit, den inaktiven Teil des absorbierenden Elementes im unteren Bereich des Reaktors in einem verhältnismässig engen Raum zu speichern, bedingt diese Art der Speicherung unmittelbar unterhalb des aktiven Reaktorteiles nur sehr wenig Raum am oberen Ende der Regelvorrichtung für das Aufwickeln eines relativ dünnen Seiles auf eine Seilwinde 24.
Um das absorbierende Element in seine Wirkstellung oder in seine unwirksame Stellung (Massnahmen, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden) zu bringen, ist das Kopfstück 94 des Elementes 90 und das Greiforgan 96 mit einem Kupplungssystem ausgestattet, das unter Ausnutzung der Schwerkraft betätigt wird und dessen Ausführungseinzelheiten in den Fig. 2, 3 und 4 veranschaulicht sind.
Die Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung, die aus dem Organ 96 und dem Kopfstück 94 besteht, das sich gerade auf eine innere Schulter 112 in der Zugangsöffnung 98 des Behälters 84 abstützt. In dieser Stellung sind die Ketten 92 vollständig in dem zu ihrer Aufnahme bestimmten Behälter untergebracht. Das Organ 96, das am Ende des Seiles 26 in irgendeiner bekannten, nicht dargestellten Weise befestigt ist, hat die allgemeine Form eines vertikalen Zylinders, dessen Durchmesser nur wenig kleiner ist als der des Kanals 64. Dieses Organ hat eine nach unten offene, zentrale zylindrische Ausnehmung 114, in die sich ein am Kopfteil 94 sitzender Zylinderbauteil 116 einfügen kann.
Der Zylinderbauteil 116 hat an seiner äusseren Oberfläche zwei Gruppen von radial vorspringenden Auflauframpen, die eine Steuerführung 118 bilden und die in einer abgewickelten Darstellung in Fig. 4 gezeigt sind, Die unteren Auflauframpen bilden eine stetige Folge von Sägezähnen, wie 120, während die oberen Auflauframpen eine andere Reihe von Sägezähnen, wie 122, bilden, zwischen denen jeweils Durchlässe, wie 124, vorgesehen sind.
Das Greiforgan 96 enthält drei Stifte 126, die um je 1200 gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind und in das Innere der Ausnehmung 114 hineinragen ; diese Stifte können mit den unterschiedlichen Auflauframpen der Steuerführung 118 zusammenwirken und bestimmen auf diese Weise die Kupplungs- und Entkupplungsstellung.
In Fig. 4 sind die aufeinanderfolgenden gegenseitigen Lagen zwischen einem Stift 126 und den Auflauframpen der Steuerführung 118 zunächst während eines Kupplungsvorganges und sodann während eines Entkupplungsvorganges veranschaulicht. Es dürfte klar sein, dass die relativen Stellungen der beiden andern Stifte gegenüber der Steuerführung 118 genau die gleichen sind, da für sämtliche Stifte
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eine Symmetrie gilt, die sich durch ihre Anordnung in einem Winkelschritt von 1200 ergibt.
Wenn man annimmt, dass zunächst das Kopfstück 94 sich in derjenigen Stellung befindet, die in Fig. 2 veranschaulicht ist, d. h. wenn es sich auf die Schulter 112 der Durchlassöffnung 98 abstützt, geschieht das Kuppeln in folgender Weise : Man senkt das Kupplungsorgan 96 in dem Kanal 64 ab, indem man das Hubseil 26 ablaufen lässt.
Wenn ein Stift 126 in Berührung mit dem oberen Teil des Zylinders 116 kommt, so wird dieser Stift wegen des Vorhandenseins der keilförmigen Spitzen wie 128, die von dem oberen Auflaufreifen der Steueranordnung 118 gebildet werden, selbsttätig in einen der Durchlässe 124 hineingelenkt, je nachdem, ob sich der Stift bei seiner Annäherung an der mit 126a oder 126a'bezeichneten Stelle befindet, bewegt sich der Stift auf einer der Bahnen wie foderf ; man sieht aber, dass er auf jeden Fall in dem mit 126b bezeichneten Punkt zwischen zwei unteren aufeinanderfolgenden Zähnen der Steuerkurve 118 auftritt.
In diesem Augenblick wird das Hubseil weiter entspannt oder nachgelassen ; um den Kopfteil 94 zu kuppeln und ihn anschliessend anzuheben, genügt es nun, das Seil 126 wieder auf seine Winde aufzuwickeln. Der Stift 126 wird dann vom Punkt 126b zum Punkt 126c geführt, wo er in eine Vertiefung eines der oberen Zähne der Steuerkurve einrastet und dann die gesamte Anordnung mit sich nach oben hebt.
Um anderseits ein Entkuppeln des Kopfteiles 94 zu bewirken, wenn dieser am Kupplungsorgan 96 durch die drei Zapfen 126 festgehalten wird, und sich jeder Zapfen 126 an einer mit 126c bezeichneten Eingriffsstellung befindet, rollt man das Seil von der Winde ab und senkt den Kopfteil 94 ab, bis dieser wieder auf die Schulter 112 aufsetzt. Die Steuerkurve 118 ist dann unbeweglich und das Kupplungsorgan 96 sinkt weiter nach unten ab, bis der Stift 126 vom Punkt 126c zum Punkt 126d gelangt ist. In dieser Stellung genügt es, das Seil erneut aufzuwikkeln, um das Kupplungsorgan 96 frei zu machen ; der Stift 126 bewegt sich von 126d nach 126e und der Kopfteil 94 wird bei weiterem Anheben nicht mehr mitgenommen.
Der Kopfteil 94 und das Kupplungsorgan 96 haben jeweils an ihrem äusseren Umfang Längsausnehmungen, wie 130 und 132, um in sämtlichen Stellungen dieser Teile das Hindurchströmen des Kühlmediums innerhalb des Kanals 64 zu gestatten.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, dass ein sehr einfacher Aufbau erreichbar ist, der sämtliche Handhabungsmassnahmen erleichtert.
Insbesondere kann der Ersatz eines abgenutzten absorbierenden Elementes unter Verwendung der gleichen Vorrichtungen und der gleichen Manöver vorgenommen werden, wie auch der Ersatz von Brennstoffelementen des Reaktors ; es wird nun ein Beispiel eines derartigen Vorganges gegeben :
Wenn sich das absorbierende Element 90 in seiner aus den Fig. la, lb und Ic ersichtlichen Lage befindet, beginnt man damit, dass man dieses Element bis in seinen Aufnahmebehälter 84 absenkt.
Der Kopfteil 94 setzt sich dann über die Öffnung 98 dieses Behälters, wie dies die Fig. 2 zeigt.
Das Handhabung-un Kupplungsorgan 96, das in der oben erläuterten Weise vom Kopfteil 94 gelöst worden ist, wird sodann nacheinander im Inneren des Kanals 64, dann im Kanal 42 des Stopfens 14, dem Kanal 40 des Stopfens 12 hochgezogen und dann in der Ausnehmung 38 des Stopfens 10 festgehalten, die zu diesem Zweck vorgesehen ist. Von diesem Augenblick an kann man nacheinander zuerst den Stopfen 10 mit seiner Seilwinde, dem Seil und dem Handhabungs- oder Kupplungsorgan 96, dann den Stopfen 12, den Stopfen 14, die Hülse 68, alle die Hülsen 64 des Kanals und schliesslich den Behälter 84 mit seinem Inhalt aus dem Reaktorkanal herausziehen.
Anschliessend kann man einen andern Behälter 84 einsetzen, der ein neues absorbierendes Element enthält, und die umgekehrten Arbeitsgänge durchführen, um die Vorrichtung wieder in ihren normalen Betriebszustand zu versetzen. Nachdem der letzte Stopfen 10 wieder eingesetzt ist, genügt es, das Handhabungs- oder Kupplungsorgan 96 bis auf den Kopfteil 94 abzusenken, um das Ankuppeln durchzuführen ; sodann lässt sich das absorbierende Element in diejenige Stellung innerhalb des ReaktorKernteiles bringen, die für den Reaktorbetrieb erwünscht oder zweckmässig ist.
Es dürfte klar' sein, dass das Ersetzen einer Seilwinde in noch schnellerer Weise möglich ist : es genügt für diesen Zweck, das Handhabung-un Kupplungsorgan 96 hochzuziehen, nachdem man es zuvor vom Kopfteil 94 gelöst hat ; wenn das Organ 96 in seine Ausnehmung 38 gelangt, kann man es weiter anheben und so den Stopfen 10 auswechseln.
Durch die besonders einfachen Anordnungen, wie sie oben beschrieben werden, können die Längsabmessungen und der benötigte Raum für das absorbierende Element, wenn es sich ausserhalb des Reaktorkernbereiches befindet, vermindert werden, ohne dadurch die Wirksamkeit dieses Elementes zu beeinträchtigen, wenn es sich im Inneren des Reaktorkernbereiches befindet. Die andern Vorteile der er-
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findungsgemässen Vorrichtung, die insbesondere in der Vereinfachung des notwendigen biologischen Schutzes, der Leichtigkeit der Inbetriebsetzung und des Ausbaues der Betätigungsvorrichtung und schliesslich in der Möglichkeit zu sehen sind, die zum Beschicken des Reaktors notwendige Reaktorseite vollkommen freizuhalten, ergeben sich deutlich aus der Beschreibung, die diese Eigentümlichkeiten erwähnt hat.
Es ist jedoch zu bemerken, dass die vorgesehene Anordnung immer das Einführen des absorbierenden Elementes von unten nach oben in das Innere des Reaktors bedingt, wobei das Greiforgan, das mit dem unteren Ende des Hubseiles verbunden ist, an dem Kopfteil wirkt, an dem die Kette oder die absorbierenden Kettenbefestigt sind.
Wenn es diese Anordnung bereits gestattet, im oberen Teil des Reaktors und insbesondere in der Schutztrennwandplatte nur die mechanischen Organe mit kleinen Abmessungen anzuordnen, wie die Trommel der Seilwinde für das Hubseil, so bedingt diese Anordnung doch, wie zu erkennen war, ein Ausbauen von mehreren Organen (Stopfen, Hülsen, ausbaubarer Behälter) die hintereinander an der einen und der andern Seite des zentralen Teiles des Reaktors angeordnet sind, um die Gesamtheit der Bauelemente der beschriebenen Vorrichtung und insbesondere den die Ketten enthaltenden Behälter auszubauen.
Es kann jedoch auch eine andere Anordnung für die Aufnahme des absorbierenden Elementes vorgesehen werden, die das Einführen dieses Elementes in den Reaktorkern von oben nach unten gestattet und ausserdem die Auswechslung der Bauelemente vereinfacht. Eine abweichend ausgebildete Vorrichtung, mit der dieses Ziel zu erreichen ist und von der die Fig. 5, 6 und 7 eine spezielle Ausführungsform darstellen, unterscheidet sich von der ersten dadurch, der der bewegliche Behälter, welcher das absorbierende Element in zusammengelegtem Zustand aufnimmt, am oberen Teil seines Kanals angeordnet ist und weiterhin dadurch, dass dieses absorbierende Element aus einer einzigen Kette besteht, deren Glieder mit einem Kettentreibrad zusammenwirken, das seinerseits oberhalb des Behälters gelagert ist.
Wie man aus Fig. 5 erkennt, ist die gesamte Regelvorrichtung in einem zylindrischen vertikalen Durchlass 133 angeordnet, der-wie beim Beispiel nach den Fig. la, lb und 1c - die Abschirmungstrennwandplatte 134 von einer bis zur andern Seite durchquert, welche dem Kernteil bzw. die Spaltzone des Reaktors vom Beschickungsraum trennt. Im Inneren dieses Durchlasses sitzt ein Metallfutterrohr 136, das zur Führung und Halterung von drei Blockelementen besteht, die übereinandergesetzt sind und die Gesamtheit der Mechanismen der Vorrichtung enthalten.
Der erste dieser Blockbauteile - vom äusseren oberen Ende des Durchlasses 133 gesehen, - besteht aus einem Stopfen 138, der einen unteren Teil 140 aus Beton enthält, der sich im Inneren einer Metallhtille 142 befindet. Diese Metallhülle begrenzt ausserdem im oberen Teil des Stopfens 138 eine Kammer 144, in die ein Elektromotor 146 eingebaut ist, welcher über ein geeignetes Untersetzungsvorgelege 148 ein Zahnrad 150 antreibt, das seinerseits mit einem Zahnrad 152 im Eingriff steht. Dieses letztere Zahnrad ist auf eine vertikale Welle 154 aufgekeilt, welche durch den Stopfen 138 in seinem oberen Teil axial hindurchgeht.
Die Welle 154 weist an ihrem oberen Ende einen Kopf 156 auf, der zur Aufnahme eines nicht dargestellten Drehschlüssels ausgebildet ist und mittels dessen die Welle von Hand gedreht werden kann, um im Notfalle einen Hilfsbetrieb der Regelvorrichtung durchführen zu können. Anderseits treibt das Zahnrad 152 ein Ritzel 158 an, dessen Achse starr mit einem"Selsyn"-Übertrager 160 verbunden ist, der dazu dient, die Lage der Welle 154 in Verbindung mit einem zweiten Übertrager 162 zu überwachen.
Die Achse dieses zweiten Übertragers trägt Steuernocken 164 zur Betätigung von elektrischen Kontakten und ist ihrerseits über ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 166 mit dem Zahnrad 158 gekuppelt, An seinem unteren Teil hat der Stopfen 138 einen Anschlag 168, mit dem er sich auf eine Schulter 170 abstützt, die an der Innenfläche der Futterhülse 136 vorgesehen ist.
Unmittelbar unterhalb des Stopfens 138 ist das zweite Blockelement oder der zweite Stopfen 172 angeordnet, der ebenfalls eine Metallhülle 174 aufweist, welche im Inneren des Stop- fensvierübereinanderliegenderäumebegrenzt, die nacheinander mit dem Bezugszeichen 176, 178, 180 und 182 bezeichnet sind.
Im oberen Raum 176 ist ein mechanisches Übertragungssystem eingebaut, das dazu dient, die Drehung der Welle 154 über zwei Zahnräder 186 und 188, die jeweils fest mit den betreffenden Enden der Welle 154 und 184 verbunden sind, auf eine parallel zur ersten angeordneten Verbindungswelle 184 zu übertragen. Die Einzelheiten dieser mechanischen Übertragung ergeben sich klarer aus der Fig. 7 ; wie man aus dieser Figur erkennt, erfolgt die Verbindung zwischen den Wellen 154 und 184
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in vertikaler Richtung längs der Welle 184 unter der Wirkung eines einarmigen Betätigungs- bzw. Auslösehebels 162 verschoben werden kann, der durch eine Feder 196 nach oben gedrückt wird.
Das Ende des Hebels 192 kann sich gegen einen Anschlag 194 des oberen Stopfens 138 anlegen und gestattet es so, die Verbindung zwischen den Zahnrädern 186 und 188 sowie die Mitnahme der Welle 184 durch die Welle 154 freizugeben, u. zw. jeweils nur dann, wenn der obere Stopfen 138 sich auf den Zwischenstopfen 172 aufgesetzt hat. In der Stellung gemäss Fig. 7 ist der Hebel 192 durch das untere Ende des Stopfens 138 nach unten gedrückt, so dass er die Klauen-Sperrvorrichtung 191 löst, welche die Zähne des Zahnrades 188 festhielt, so dass dieses Zahnrad sich nun um seine Achse drehen kann.
Es erscheint indessen zweckmässig, darauf hinzuweisen, dass der Eingriff der beiden Zahnräder 186 und 188 nur dann erfolgen kann, wenn diese beiden Zahnräder sich in der für die Übertragung oder Kupplung geeigneten Weise gegenüberstehen bzw. ineinander eingreifen. Zu diesem Zweck ist das Zahnrad 186 auf dem Nutenschaft der Welle 154 verschiebbar gelagert, wobei es durch eine Feder 198 nach unten gedrückt wird. Diese Feder drückt sich bei einer schlechten Auftrefflage oder einem Anstossen des Zahnrades 186 an dem Zahnrad 188 zusammen und dehnt sich erst dann wieder aus, wenn eine geringe relative Winkeldrehbewegung zwischen beiden Wellen erfolgt, wobei dann der einwandfreie gewünschte Eingriff der Zahnräder zustande kommt.
Kugellager, wie 155 und 185, gestatten es schliesslich, dass sich die Wellen 154 und 184 praktisch reibungsfrei bei der Übertragung der Drehbewegungen um ihre Achse drehen können.
Die Welle 184 verlängert sich nach dem unteren Ende des Stopfens 172, führt durch den mit Beton gefüllten Raum 178 hindurch und mündet in den Raum 180, in dem sie in einem konischen Zahnrad 200 endet, das mit einem zweiten Zahnrad 202 im Eingriff steht. Dieses zweite Zahnrad ist seinerseits starr mit einem Kettenrad 204 verbunden, dessen Achse 206 in einer geeigneten Lagerbohrung des Stopfens 172 gelagert ist. Der letzte Raum 182 schliesslich, dessen Profil in den Fig. 5 und 6 erscheint, bildet einen Aufnahmebehälter für die Aufnahme einer Kette 208, welche das absorbierende Element bildet und deren Glieder von den Zähnen 210 des Kettenrades 204 mitgenommen werden.
An einer ihrer Enden ist die Kette mit dem Boden des Aufnahmebehälters 182 verbunden, während sie an ihrem andern Ende mit einigen massiven bzw."vollen"Gliedern 209 endet, die infolgedessen schwer sind. Die Kette 208 ist auf diese Weise in der Lage, nach und nach aus ihrem Vorratsbehälter 182 herauszulaufen und sich in einer Führung 212 nach unten zu bewegen, die das untere EndedesStopfens 172 schräg durchsetzt. Dieser Stopfen endet mit einer ringförmigen Stützfläche 214, die sich auf eine Schulter 216 des dritten Blockelementes oder Stopfens 218 abstützen kann.
Wie die vorhergehenden Stopfen ist auch der Stopfen 218 von einer äusseren Metallhülle 220 umgeben, die mit Beton gefüllt ist und auf der Trag- oder Sohlenplatte 222 aufsitzt, welche am unteren Ende der Trennwandplatte 134 an einem Ansatz 224 dieser Platte befestigt ist. Der letzte Stopfen 218 wird axial von einem Kanal 226 durchzogen, der in seinem oberen Teil eine erweiterte Mündung 228 für die Führung der absorbierenden Kette 208 (Fig. 6) bei deren Heraustreten aus der Führung 212 aufweist.
Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung nach der neuen Ausführungsform ist praktisch gleich der- jenigen Wirkungsweise, wie sie unter Hinweis auf die Fig. 1-4 für die erste Ausführungsform erläutert
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bierenden Ketten nun durch eine einzige Kette ersetzt, was im allgemeinen bedingt, dass diese Kette aus einem Material hergestellt wird, welches Neutronen stärker absorbiert als nicht oxydierender oder gewöhnlicher Stahl. Man verwendet in diesem Falle einen borhaltigen oder kalziumhaltigen Stahl.
Die beschriebenen Anordnungen zeigen deutlich, dass bei der zweiten Ausführungsform alle Vorteile der ersten Ausführungsform vorhanden sind, insbesondere insoweit, wie es die Verringerung des Raumbedarfes des absorbierenden Elementes in seiner Lage ausserhalb des Reaktorkernes und die Handhabung dieses Elementes angeht. Im zweiten Falle jedoch erzielt man eine viel einfachere Auswechslung der Vorrichtung gegen eine neue, wenn eine teilweise Beschädigung eingetreten ist ; man braucht nur die beiden oberen Blockelemente oder Stopfen 138 und 172 herauszuziehen, der dritte Stopfen 218 kann dauernd im Durchbruch der Trennwandplatte bleiben, es bleibt dann ständig eine zumindest teil- weise Abschirmwirkung gegen die Strahlungen erhalten.
Selbstverständlich könnten weitere abweichende Anordnungen vorgesehen werden, um die kinematische Betätigungskette für das Kettenrad zu vereinfachen ; man könnte die Kette, den Vorratsbehälter,
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den Motor und die Übertragung in einem einzigen Blockelement oder Stopfen im oberen Teil der Trennwandplatte zusammenfassen, wodurch gleichzeitig die Probleme des gegebenenfalls notwendigen Austausches des Materials vereinfacht werden. Weiterhin kann man die geneigte Führung, in der die absorbierende Kette bei ihrem Austritt aus dem Behälter geführt wird, durch eine vertikale gerade Führung in Form eines Rohres ersetzen, welches durch den Behälter in der Verlängerung des Kanals hindurchführt, in dem sich die Kette nach unten erstreckt und verlängert.
In diesem Fall ist ein windungsweises Einlegen der Kette um dieses zentrale Führungsrohr möglich, indem man die Kettenrad-Winde selbst in Synchronismus mit der Bewegung des Kettenrades um die Achse des zentralen Führungsrohres auf einer Kreisbahn herumführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung für die Leistungsregelung eines Kernreaktors, die ein Neutronen absorbierendes Element in Form zumindest einer zusammenlegbaren Metallkette aufweist, sowie Mittel zum Bewegen dieses Elementes innerhalb eines vertikalen, durch den Kernbereich des Reaktors hindurchführenden Kanals zwischen einer "zusammengelegten" Lage, in der es sich vollständig ausserhalb des Kernbereiches befindet und einer "gestreckten" Lage, in der es sich im wesentlichen über die gesamte Höhe des Kernbereiches erstreckt, wobei sich das Element in seiner zusammengelegten Lage im Inneren eines Behäl-
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dern besteht und im Behälter (84 bzw. 182) ungeordnet abgelegt ist.