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Vorrichtung zur Leistungsregelung eines Kernreaktors
Das Stammpatent betrifft eine Vorrichtung zur 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 Behälters befindet, der in der Verlängerung des Kanals angeordnet ist, welche dadurch gekennzeichnet ist,
dass das absorbierende Element aus einer Kette mit ineinandergreifenden ringförmigen Gliedern besteht und im Behälter ungeordnet abgelegt ist.
Diese Vorrichtung erlaubt eine wesentliche Verringerung des Raumbedarfes und der Länge des ab- sorbierenden Elementes, sobald es sich ausserhalb des Reaktors befindet, ohne dass dabei seine Wirksamkeit im Reaktorinneren geschmälert wird. Zum Aufziehen dieser absorbierenden Elemente von unten nach oben durch den Reaktor ist jedoch ein Kabelzug erforderlich, der die Kette bzw. die Ketten mittels eines Greifkopfes erfasst.
Ein anderer im Stammpatent ausgeführter Vorschlag geht daher dahin, die Ketten nicht von unten nach oben, sondern umgekehrt durch den Reaktor zu befördern, wodurch auch das Problem der Materialerneuerung erleichtert wird. Zu diesem Zwecke befindet sich der das absorbierende Element enthaltende abnehmbare Behälter am oberen Ende des ihm zugeordneten Kanals, und die Kette aus absorbierendem Material läuft über ein Kettenrad, das oberhalb besagten Behälters gelagert ist, und die Kette von oben in den Reaktorkern einführt.
Durch die Verwendung einer Kette aus absorbierendem Material, z. B. aus boriertem Stahl, allein, ist es möglich, den zu ihrer Führung notwendigen Kanal sehr eng zu bemessen. Der Kanal muss ja nur mehr die ohnedies ziemlich dünne Kette fassen können, und somit ist der Raumbedarf wesentlich günstiger als wenn der obenerwähnte Kabelzug mit Greifern angewendet wird.
Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung des Vorschlages gemäss dem Stammpatent, mit der es möglich ist, das absorbierende Element von unten nach oben durch einen engen Kanal zu fördern, wobei das Element aus einer Mehrzahl von Ketten bestehen kann, ohne dass aber ein Greifkopf erforderlich ist.
Gemäss der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Leistungsregelung eines Kernreaktors nach Patent Nr. 257 755 dadurch gekennzeichnet, dass der das absorbierende Element enthaltende ausbaubareBehäl- ter am unteren Ende des ihm zugeordneten Kanals angeordnet und das Ende der Kette aus absorbieren-
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dem Material an einer Kette aus nicht absorbierendem Material befestigt ist, deren Glieder mit einem am oberen Ende des betreffenden Kanals angeordneten Rad zusammenwirken, welches Rad zusammen mit einem Antriebsmechanismus und der Kette in einem ausbaubaren Behälter untergebracht sind, dessen
Volumen zur Aufnahme auch der absorbierenden Kette ausreicht.
Auf diese Weise wird eine spezielle Kombination der beiden vorerwähnten Möglichkeiten nach dem
Stammpatent erzielt, welche die Vorteile beider vereint.
Es sei erwähnt, dass die verbesserte Erfindung mit besonderem Vorteil bei Reaktoren angewendet werden kann, bei denen ein gasförmiger Kühlungsstrom die Kanäle von oben nach unten durchfliesst.
Dieser Strom fliesst gegen die, Verstellrichtung der absorbierenden Kette, und die Rechnung zeigt, dass unter Bedachtnahme auf die Deformation der Kurve des Neutronenflusses, also der Thermik, die Kühlung der Brennstoffelemente, die in benachbarten Kanälen untergebracht sind, wesentlich verbessert wird. Auf diese Weise kann man eine höhere Gasaustrittstemperatur zulassen, wodurch der thermische Wirkungsgrad und damit der Reaktorwirkungsgrad ansteigen.
Die Kette aus nichtabsorbierendem Material kann aus geeignetem Metall, beispielsweise aus Alumi- nium, Zirkon, oder aus Legierungen beider, aber auch aus nichtboriertem Stahl bestehen.
Weiters kann gemäss der Erfindung eine Parallelschaltung mehrerer Ketten aus absorbierendem Material vorgesehen sein, die jede mit einer Kette aus nichtabsorbierendem Material verbunden sind, wobei die Anzahl der Ketten von der gewünschten Wirkung und von der Wirksamkeit des verwendeten absor- bierenden Materials bestimmt ist.
Beim nachfolgenden an Hand der Zeichnungen beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht der absorbierende Körper aus drei Ketten aus nicht rostendem Stahl (Borax-Stahl), die sich in drei parallelen Kanälen in Synchronismus auf-oder absteigend durch den Reaktorkern hindurchbewegen.
In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1a und 1b Vertikalschnitte durch den oberen bzw. den unteren Abschnitt eines Reaktorkanals, und Fig. 2 einen Schnitt nach der Ebene ll-II der Fig. la.
In den Figuren sind nur die zum Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente mit Bezugsziffern bezeichnet ; die andern Mechanismen und Elemente sind im Prinzip mit jenen identisch, die in den Ausführungsbeispielen nach dem Stammpatent beschrieben wurden.
Wie aus den Fig. la, 1b hervorgeht, befindet sich der absorbierende Körper und sein Antrieb im Inneren eines vertikalen Kanals --302--, der den Kern des Reaktors und im besonderen die obere Schutzplatte --304-- sowie die beispielsweise aus nebeneinander angeordneten Graphitsäulen --306-- beste- hende Moderatoranordnung durchquert.
Im obersten Abschnitt des Kanals --302-- befindet sich ein Mechanismus --308-- zumDrehantrieb von wenigstens eines Rades mit profiliertem Umfang (Kettenrad), das sich knapp unterhalb in einer Kammer --310-- befindet. Im Beispielsfalle treibt dieser Mechanismus drei solche Räder --312-- synchron an (in Fig. la ist der Einfachheit halber nur ein Rad dargestellt), wodurch gleichzeitig drei Ketten aus absorbierendem Material gefördert werden.
Unterhalb der Kammer --310-- befindet sich ein entfernbarer Behälter --314--mit drei um je 1200 zueinander versetzten Speicherkanälen--316- (Fig. 2). Jedem dieser Kanäle ist eines der Räder --312-- zugeordnet, und dessen Profilierung wirkt mit den Kettengliedern zusammen, so dass die Kette auch in enge Kanäle-318-befördert werden kann, dieparallel zu den Speicherkanälen--B16- verlaufen. Jedem dieser Kanäle --318-- sind sie verlängernde Kanäle --320--gleichenQuerschnittszu- geordnet, die den ganzen Moderator --306-- durchqueren. Wie die Fig. lb im besonderen zeigt, kann der Hauptkanal --302-- mit einer aus aufeinandergestellten Schüssen bestehenden Ausfütterung-322-- versehen sein.
In der unteren Partie des Reaktors befindet sich unterhalb des Kanals --302-- ein Speicherbehälter --324--, der ebenfalls abnehmbar ist und aus drei nebeneinanderstehenden Kammern besteht, die in der Verlängerung der Kanäle --320 -- liegen, und von denen in der Fig. lb zwei dargestellt sind. Diese Kammern sind zur getrennten Aufnahme je eines von den Absorberketten gebildeten Kettenhaufen --326-- bestimmt, die sich beim Einführen der Ketten zur Regelung des Reaktors bilden.
Gemäss der Erfindung ist jede absorbierende Kette --326-- am Ende einer zweiten Kette -- 328 --
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treiben, wobei die Anzahl der Ketten lediglich vom Raumbedarf der profilierten Räder und dem Aufwand für den Antrieb begrenzt ist.
Die Erfindung ist natürlich nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, das erfindungsgemässe System mit Funktion als "Sicherheitskette" auszuführen, indem
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mehrere Ketten hochborierten Stahles verwendet werden, der eine Gegen-Reaktivität liefert. Die Anordnung soleher"Sicherheitsketten"erfolgt in gleicher Weise wie die der oben erwähnten Steuerketten, jedoch unter Bedachtnahme, dass kein unterer Behälter erforderlich ist, und die Ketten die Gravitation zu ihrer Bewegung von oben nach unten durch den Reaktorkern ausnutzen.
Im Betriebe des Reaktors befinden sich die freien Enden der Ketten zunächst etwa im oberen Bereich der Säulen, und der Antriebsmechanismus besteht dann aus einer elektromagnetischen Bremse für die profilierten Räder, nach deren Lösen das Gewicht der Ketten ihr Absenken bewirkt.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass die beschriebene Einrichtung zum Gesamtbetrieb des Reaktors verwendet werden kann (d. i. Steuerung und Sicherung), u. zw. mit einem einzigen Apparatetyp, bestehend aus Säulen mit drei Ketten, wobei lediglich Ketten verschiedenen Absorptionsgrades für beide Funktionen zu verwenden sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Leistungsregelung eines Kernreaktors nach Patent Nr. 257755 dadurch ge- kennzeichnet, dass der das absorbierende Element enthaltende ausbaubare Behälter (324) amunteren Ende des ihm zugeordneten Kanals (320) angeordnet und das Ende der Kette (326) aus absorbierendem Material an einer Kette (328) aus nichtabsorbierendem Material befestigt ist, deren Glieder mit einem am oberen Ende des betreffenden Kanals angeordneten Rad (312) zusammenwirken, welches Rad zusammen mit einem Antriebsmechanismus (308) und der Kette in einem ausbaubaren Behälter (316) untergebracht sind, dessen Volumen zur Aufnahme auch der absorbierenden Kette ausreicht.