Verfahren zum Steuern der Reaktivität eines Kernreaktors
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Reaktivität eines Kernreaktors, der eine Mehrzahl von spaltbares Material enthaltenden Brennstoffelementen und eine Mehrzahl von Steuerstäben enthält, welche Brennstoffelemente zu einem Reaktorkern mit einem gitteratigen Querschnitt zusammengesetzt und welche Steuerstäbe zwischen Brennstoffelemente einschiebbar und ausziehbar angeordnet sind.
Das Freisetzen grosser Energiemengen durch Kernspaltreaktionen ist gut bekannt. Im allgemeinen erleidet ein spaltbares Atom, beispielsweise U"3, U23S, Puls9 oder Pul eine Kemspakung, wenn in seinem Kern ein Neutron absorbiert wird. Dabei entstehen im Mittel zwei Spaltprodukte mit geringerem Atomgewicht und grosser kinetischer Energie und einige Neutronen, welche ebenfalls eine hohe Energie aufweisen. Beispielsweise erzeugt die Spaltung des U285 ein leichtes und ein schweres Spaltprodukt, deren Atommassen im Bereich zwischen 80 und 110, bzw. zwischen 125 und 155 liegen, und im Mittel 2,5 Neutronen. Die dabei freigesetzte Energie erreicht 200 MeV (Millionen Elektronenvolt) pro Spal- tung.
Die kinetische Energie.der Spaltprodukte wird in der Form von Wärme rasch in den Kernbrennstoff abgelei- tet. Wenn, neben der parasitären Absorption und anderen Neutronenverlusten der Anlage, pro Spaltung min- destens ein Neutron übrig bleibt, welches eine folgende Kernspaltung einleitet, bleibt die Anzahl der Kernspal- tungsreaktionen zeitlich konstant und die Wärmeerzeugung ist stationär. Die Wärme kann dann mit Hilfe eines Kühlmittels vom Kernbrennstoff abgeleitet werden.
Die Reaktion kann solange fortgesetit werden, wie genügend spaltbares Material im Brennstoff vorhanden ist, um die Wirkung der Spaltprodukte und anderer Neutronenabsorber, wie beispielsweise die der die Spaltung regulierenden Steuerstäbe, welche ebenfalls vorhanden sein können, zu- überwinden.
Um solche Spaltreaktionen aufrecht zu erhalten und brauchbare Mengen an thermischer Energie zu gewinnen, werden gegenwärtig Kernreaktoren geplant, gebaut und betrieben, in denen das spaltbare Material, d. h.
der Kernbrennstoff in Brennstoffelementen enthalten ist, die beispielsweise die Form von Platten, Rohren oder Stäben haben können. Der Einfachheit halber werden diese Brennstoffelemente im folgenden kurz als Brennstoffstäbe bezeichnet. Diese Brennstoffstäbe sind gewöhnlich an ihren äusseren Oberflächen mit einer korrosionswiderstandsfähigen Schicht versehen, welche kein spaltbares oder brütbares Material enthält. Diese Brennstoffstäbe werden in bestimmten Abständen voneinander in einem von einem Kühlmittel durchströmten Kanal oder in einer Region zu Brennstoffbündeln zusammengefasst, und eine ausreichende Anzahl dieser Brennstoffbündel wird dann vereinigt, um den Reaktorkern zu bilden, in welchem die oben beschriebene selbstständige Kernspaltreaktion abläuft.
Weiter ist eine Einrichtung zur Steuerung der Kernspaltreaktion vorgesehen, welche aus einer Mehrzahl von neutronenabsorbierenden Steuerstäben besteht, die bewegbar im Reaktorkern angeordnet sind. Diese Steuerstäbe werden aus dem Reaktorkern herausgezogen oder in diesen eingeschoben, um eine geringere bzw. eine grössere Anzahl der Neutronen zu absorbieren und damit die Reaktivität des Reaktorkerns zu verändern.
Um den gewünschten Wirkungsgrad und die notwendige Betriebssicherheit zu erreichen, wird der maxi male Reaktivitätswert der Steuerstäbe und die Ge- schwindigkeit, mit der die Steuerstäibe eingeschoben oder ausgezogen werden, auf Werte eingestellt, bei denen die Fehlleistung eines einzelnen mechanischen oder elektrischen Steuersystems keine so starke Anderung der Reaktivität bewirkt, dass dadurch der Reaktor beschädigt oder ein merkliches Breunstoffausfall bewirkt werden könnte. Die mögliche Beschädigung des Reak tors kann an der Höhe der Brennstoffenergiedichte, gemessen in Kalorien/Gramm für UO2, erkannt werden.
Die Möglichkeit einer mechanischen Beschädigung des Reaktors steigt, wenn die Spitzenenergiedichte sich dem Wert von 425 Kalorien/Gramm (UO2-Verdampfung) nähert und sinkt praktisch auf Null, wenn die Spitzenenergiedichte sich dem Wert von 220 Kalorien Gramm (UO-Schmelzen) nähert. Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass eine starke Beschädigung der Anlage eintritt, wenn die Spitzenenergiedichte von 425 Kalorien/Gramm auftritt, ist es doch im allgemeinen wünschenswert, den Reaktor derart zu betreiben, dass beim Erhöhen der Reaktivität durch Herausziehen der Steuerstäbe eine Spitzenenergiedichte von mehr als etwa 200 Kalorien/Gramm erreicht wird.
Die Spitzenenergiedichte des Brennstoffs, welche beim Wiedererreichen einer solchen Reaktivität auftritt, ist vorwiegend durch zwei Parameter bedingt, nämlich (1) den Steuerstabwert (die Wirksamkeit des Steuerstabs auf Idie Neutronenabsorption) und (2) die Einführungsgeschwindigkeit des Steuerstabs.
Es ist das Ziel Ider vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der Reaktivität eines Kernreaktors anzugeben, bei dem der Steuerstabwert jedes einzelnen im Reaktorkern verbleibenden Steuerstabs auf einen Minimalwert gehalten werden kann.
Das Verfahren nach Jeder Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Steuern der Reaktivität des Kernreaktors zuerst praktisch alle mittleren Steuerstäbe von ein erstes Netzwerk bildenden Anordnungen, und danach praktisch alle mittleren Steuerstäbe von ein zweites Netzwerk bildenden Anordnungen, und darauf folgend praktisch alle in einer gleichen Richtung diagonal einander gegenüberliegenden Ecksteuerstäbe, und schliesslich praktisch alle verbleibenden diagonal einander gegenüberliegenden Ecksteuerstäbe aus einer der beiden, Netzwerke bildenden Anordnungen eingeschoben oder herausgezogen werden, wobei die Gesamtheit der Steuerstäbe in die je neun Steuerstäbe enthaltenden Anordnungen unterteilt ist, und jede Anordnung aus drei Reihen mit drei Steuerstäben besteht, welche Reihen so nebeneinander angeordnet sind,
dass die Anordnungen einen mittleren Steuerstab, vier Eek- steuerstäbe und vier seitliche Steuerstäbe aufweisen, wobei die Gesamtheit dieser Anordnungen derart angeordnet ist, dass sie das erste Netzwerk bildet, in dem jede Anordnung mit einer benachbarten Anordnung nur einen gemeinsamen Ecksteuerstab besitzt, so dass sich ein regelmässiges Muster von Steuerstäben ergibt, welche nicht zum ersten Netzwerk gehören, und wobei das zweite Netzwerkzdadurch entsteht, dass die nicht zum ersten Netzwerk gehörenden Steuerstäbe jeweils den mittleren Steuerstab der Anordnungen im zweiten Netzwerk bilden, so dass die nicht zum ersten Netzwerk gehörenden und mittleren Steuerstäbe des ersten Netz werks im zweiten Netzwerk vertauscht auftreten.
Das Einschieben und Zurückziehen der Steuerstäbe kann manuell vom Bedienungspersonal oder automatisch in der vorher bestimmten Reihenfolge unter unter Verwendung einer digitalen Rechenmaschine ausgeführt werden. Die digitale Rechenmaschine kann aber auch verwendet werden, um die vom Bedienungspersonal getroffene Auswahl der zu verschiebenden Steuerstäbe zu überprüfen und deren Übereinstimmung mit einem vorherbestimmten Arbeitsablauf sicherztistellen. Im letzteren Falle kann, wenn die Auswahl des Bedienungspersonals von dem vorherbestimmten Arbeitsablauf derart abweicht, dass sich mit grosser Wahrscheinlichkeit eine Stellung der Steuerstäbe mit einem hohen Steuerstabwert ergibt, die digitale Maschine jede weitere Bewegung der Steuerstäbe blockieren,
bis die vom Bedienungspersonal getroffene Auswahl mit dem gewählten Arbeitsablauf in Übereinstimmung gebracht ist.
Beim normalen Betrieb eines Reaktors nach dem neuen Verfahren kann ein maximaler Stabwert (Ak) von etwa 0,025 bis 0,035 erreicht werden, während es bei einem Reaktor, bei dem nicht nach dem neuen Verfahren gearbeitet wird, möglich ist, dass der maximale Stabwert bei 0,050 bis 0,060 liegt. Es kann darum bei der Verwendung der Steuerung entsprechend dem neuen Verfahren eine 55 0/obige Verringerung des maximalen Steuerstabwertes erwartet werden.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Durchfluss'diagramm einer typischen Kernreaktoranlage.
Fig. 2 zeigt einen horizontalen Schnitt durch den Reaktorkessel und -Kern entsprechend der Linie 2-2 der Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Reaktorkerns.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit vier Steuerstäben, deren auf der einen Diagonale angeordnete zwei Steuerstäbe eingeschoben und deren auf der anderen Diagonale angeordneten zwei Steuerstäbe zurückgezogen sind.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung von 9 Steuerstäben, wie sie in Fig. 8 und 9 benützt wird.
Fig. 6A bis 6E zeigen alle möglichen Anfangspositionen einer neuen Steuerstäbe enthaltenden Anordnung für ein Schachbrettmuster, bei dem der mittlere Stab zurückgezogen ist (Folge B nach Fig. 19A).
Fig. 7A Ibis 7G zeigen alle möglichen Ausgangspositionen einer neuen Steuerstäbe enthaltenden Anordnung für ein Schachbrettmuster bei dem der mittlere Stab eingeschoben ist (Folge A der Fig. 19).
Fig. 8 zeigt die Lage der neuen Steuerstäbe enthaltenden Anordnung im Netzwerk I und die Steuerstäbe, die in Ider Gruppe 1 zuruckzuziehen oder einzuschieben sind.
Fig. 9 zeigt die Lage der neuen Steuerstäbe enthaltenden Anordnung im Netzwerk II und die Steuerstäbe, die in der Gruppe 2 zurückzuziehen oder einzuschieben sind.
Fig. 10 und 11 zeigen einen Satz (Gruppe 3A und Gruppe 4A) von Mustern für das Zurückziehen oder Einschieben von Steuerstäben, wobei das Netzwerk 1 nach Fig. 8 das bevorzugte Muster ist.
Fig. 12 und 13 zeigen einen anderen Satz (Gruppe 3B und Gruppe 4B) von Mustern für das Zurückziehen oder Einschieben von Steuerstäben, wobei das Netzwerk I nach Fig. 8 das bevorzugte Muster ist.
Fig. 14 und 15 zeigen einen Satz (Gruppe 3C und Gruppe 4C) von Mustern für das Zurückziehen oder Einschieben von Steuerstäben, wobei das Netzwerk II nach Fig. 9 das bevorzugte Muster ist.
Fig. 16 und 17 zeigen einen anderen Satz (Gruppe 3D und Gruppe 4D) von Mustern für das Zurückziehen oder Einschieben von Steuerstäben, wobei das Netzwerk II nach Fig. 9 das bevorzugte Muster ist.
Fig. 18 zeigt typische Untergruppen, in welche eine Gruppe von Steuerstäben unterteilt werden kann.
Fig. 19 zeigt die Arbeitsfolge A für das Schachbrettmuster bei einer 50 zeigen Steuerstabdichte, wobei Ider mittlere Steuerstab des Reaktorkerns ganz eingeschoben ist.
Fig. 19A zeigt die Arbeitsfolge B für das Schachbrettmuster bei einer 50 obigen Steuerstabdichte, wobei der mittlere Steuerstab des Reaktorkerns ganz zurückgezogen ist.
Fig. 20 zeigt die Arbeitsfolge A für ein Betriebsmuster für Leistungsabgabe, Idas aus der Arbeitsfolge A für das Schachbrettmuster nach Fig. 19 abgeleitet ist.
Fig. 21 zeigt die Arbeitsfolge B für ein Betriebsmuster für Leistungsabgabe, das aus der Arbeitsfolge B für das Schachbrettmuster nach Fig. 19A abgeleitet ist.
Fig. 22 und 23 zeigen zwei unterschiedliche Steuerstabmuster für den Leistungsbetrieb des Reaktors, welche aus der Arbeitsfoige des Betriebsmusters nach Fig.
20 abgeleitet und welche als Arbeitsfolge A-1 und Arbeitsfolge A-2 bezeichnet sind.
Fig. 24 und 25 zeigen zwei unterschiedliche Steuerstabmuster für ideen Leistungsbetrieb des Reaktors, welche aus der Arbeitsfolge B des Betriebsmusters nach Fig. 21 abgeleitet und als Arbeitsfolge B-1 und Arbeitsfolge B-2 bezeichnet sind.
Die Fig. 1 zeigt ein schematisches Durchflussdiagramm eines typischen Kernreaktors, der in tXberein- stimmung mit der vorliegenden Erfindung gesteuert werden kann. Dabei versteht sich, dass das neue Verfahren für viele unterschiedliche Typen von Kernreaktoren, beispielsweise moderatorgekühlte Reaktoren, oder schwerwasser- und graphitmoderierte Reaktoren, welche Natrium oder andere fliessfähige Stoffe als Moderatoren und Kühlmittel verwenden, anwendbar ist.
Im folgenden wird das Verfahren jedoch mit Hilfe eines Siedewasserreaktors beschrieben, weil gefunden worden war, dass es für diesen Reaktortyp besonders gut brauchbar ist.
Der in Fig. 1 gezeigte Reaktor enthält einen Druckkessel 10, der mit einem abnehmbaren Kopfteil 12, das mit Hilfe der Flansche 14 und 16 befestigt ist, versehen ist. Im Druckkessel 10 ist ein Reaktorkern 18 angeordnet, welcher eine Mehrzahl von vertikal angeordneten Brennstoffbündeln 20 enthält. Jedes Brennstoffbündel besteht aus einer Mehrzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Brennstoffstäben, welche mit Hilfe von an deren oberen und unteren Teil angebrachten Halterungen im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die Halterungen Öffnungen aufweisen, umladen Durchfluss des Moderator-Kühlmittels zu gewährleisten. Jedes Bündel ist mit einer offenendigen, die Brennstoffstäbe umgebenden und als Durchflusskanal wirkenden Spule versehen.
Am Bodenteil 23 des Reaktorkessels ist eine Mehrzahl von Antriebsmechanismen 22 für die Steuerstäbe angeschweisst. An der inneren Oberfläche jedes Badenteiles 23 ist, ebenfalls durch Schweissen oder ein entsprechendes Arbeitsverfahren, eine Mehrzahl von sich in vertikaler Richtung erstreckender Steuerstabführungsrohre 24 mit ihren unteren Enden befestigt. Die oberen Enden der Führungsrohre 24 sind durch eine Bodengitterpiatte 26 in seitlicher Richtung gehaltert.
Das obere Ende der Führungsrohre ist mit vier nicht gezeigten Sockeln und einer nicht gezeigten kreuzförmigen Öffnung versehen. Jedes Führungsrohr 24 trägt vier Brennstoffbündel 20, wobei die untere Halterung jedes Bündels in einen der vier Sockel eingepasst ist. Jedes Führungsrohr ist mit Offnungen 28 versehen, die in der Nähe von dessen oberen Ende angeordnet sind, das mit einer Zuflusskammer 30 und mit den Sockeln und den Bodenhalterungen der zugehörigen Brennstoffbündel in Verbindung steht.
Die mit gestrichelten Linien gezeichneten Steuerstäbe 32 steuern die gesamte entwickelte Leistung und die örtliche Leistungsverteilung im Reaktor. In jedem Steuerstabführungsrohr ist ein Steuerstab mit kreuzförmigem Querschnitt angeordnet und kann durch die kreuzförmige Öffnung in senkrechter Richtung zwischen den vier zusammengehörenden Brennstoffbündeln 20 bewegt werden, die auf dem Führungsrohr ruhen. Die Steuerstäbe 32 sind durch die Steuerstabantriebsachsen 33 mit einem Steuerstabantriebsmechanismus 22 bewegungsverbunden. Die Lage der Steuerstäbe im Reaktorkern wird durch Betätigung der individuellen Antriebsmechanismen geregelt. Die individuellen Antriebsmechanismen 22 werden hydraulisch durch eine durch die Leitung 34 gelieferte Flüssigkeit betätigt.
Der Fluss dieser Flüssigkeit wird durch eine Steuereinrichtung 35 geregelt, deren mechanische Konstruktion und elektrische Anordnung dem Fachmann wohl bekannt ist. Die Steuereinrichtung 35 kann verwendet werden, um bestimmte Steuerstabmuster und Arbeitsfolgen entsprechend dem neuen Verfahren auszuwählen.
Koaxial zum Kessel ist eine Ummantelung 36 angeordnet, wobei die Kesselwand und die Ummantelung einen ringförmigen Raum 37 umschliessen.
Das umlaufende Wasser wird kontinuierlich vom Boden dieses ringförmigen Raumes 37 durch eine Pumpe 38 abgesaugt und in gesteuerter Menge der Zuflusskammer 30 zugeleitet. Die Pumpe 38 wird von einem Motor 39 angetrieben dessen Geschwindigkeit von einer Steuereinrichtung 40 gesteuert ist. Die Arbeitsweise einer solchen Anlage ist beispielsweise in dem USA Patent 3 042 600 beschrieben.
Beim Betrieb eines typischen Siedewasserreaktors wird eine Dampf-Wasser-Mischung im Reaktorkern 18 gebildet und in den Füllraum 27 abgegeben, von wo sie nach oben in die Dampftrenner 41 strömt. Hier wird der Dampf vom überwiegenden Teil des Wassers getrennt.
Der abgetrennte Dampf strömt weiter nach oben zum Dampftrockner 42, der auf einem ringförmigen Träger 44 angeordnet ist, und das restliche Wasser abscheidet.
Der trockene Dampf verlässt dann den Dampftrockner und wird an eine Turbine 46 geleitet, welche einen elektrischen Generator 48 antreibt. Das von den Trennern 41 und dem Dampftrockner 42 dem Dampf entzogene Wasser fliesst nach unten, über den Oberteil des Füllraums 27 radial nach aussen und zwischen den Dampftrennern nach unten in den ringförmigen Raum 37. Der normale Wasserspiegel ist durch die gebrochene L.inie 50 angezeigt.
Der aus der Turbine 46 austretende Dampf wird kondensiert und in dem Fallwasserkasten 52 gesammelt.
Der kondensierte Dampf wird dann durch die Pumpe 54 aus dem Fallwasserkasten gepumpt und gelangt als Speisewasser in den Sprühring 56 und mischt sich mit dem vom Dampftrenner 41 und Dampftrockner 42 zurückfliessenden Wasser. Das umgewälzte Wasser fliesst demnach von der Zuflusskammer 30 durch !die Brennstoffbündel 20 in den Füllraum 27 und von Idort in die Dampftrenner 41 und dann zurück durch Idie obere Kammer 58 und den ringförmigen Raum 37 in den Einlass der Umwälzpumpe 38. Es versteht sich, dass anstelle der Pumpe 38 auch im ringförmigen Raum 37 angeordnete Strahlpumpen verwendet werden können.
Das von der Zuflusskammer 30 abgehende Wasser ist in zwei parallel laufende Ströme geteilt.
Der erste Strom, welcher etwa 90 O/o des von der Zuflusskammer 30 insgesamt abfliessenden Wassers enthält, strömt nacheinander durch die Öffnung 28 am oberen Teil der Führungsrohre 24 für die Steuerstäbe und die unteren Führungsstücke der Brennstoffbündel und von -dort in und durch die Durchilusskanäle der Brennstoffbündel bis zu den oberen Halterungen der Brennstoffbündel und von da in die Füllkammer 27. In den Durchflusskanälen wird das Wasser als Moderator und Kühlmittel für die Brennstoffstäbe verwendet und teilweise verdampft, wobei die Dampf-Wasser-Mischung entsteht.
Der zweite Strom, der gewöhnlich als Parallel- oder Leckstrom bezeichnet wird, und der aus den verbleibenden 10 0/o des gesamten aus der Zuflusskammer 30 strömenden Wassers besteht, fliesst durch die ringförmigen Öffnungen 59, die zwischen den äusseren Flächen der oberen Enden der Steuerstabführungsrohre 24 und den zugehörigen Offnungen in der Bodengitterplatte 26 gebildet sind. Dieses Wasser fliesst durch Räume zwischen der Aussenseite der Brennstoffbündelhüllen und den Steuerstäben 32 nach dben und gelangt durch Räume zwischen den oberen Enden der Brennstoffbündelhüllen in den Füllraum 27. Dieses Wasser dient zum Kühlen der Steuerstäbe und Brennstoffbündelhüllen und verhindert, dass sich in dieser Zone Dampf bildet.
Dieses Wasser trägt zur Neutronen moderatorwirkung des innerhalb der Durchflusskanäle fliessenden Wassers bei. Die Dampf-Wasser-Mischung enthält nach der Vereinigung des ersten und zweiten Stromes im Füllraum 27 etwa 10 Gew.-O/o Dampf.
Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Druckkessel 10 des Reaktors längs der in Fig. 1 gezeigten Linie 2-2. Der Reaktorkessel 10 umgibt den Kern 18 und die Ummantelung 36. Die Brennstoffbündel 20 sind in Vierergruppen zusammengefasst, zwischen denen verhältnismässig enge Zwischenräume (N) bestehen, welche das Einsetzen und Herausnehmen der Brennstoffbündel erleichtern sollen und in denen Messgeräte angeordnet werden können. Zwischen den Brennstoffbündeln jeder Gruppe sind grössere Abstände (W) vorgesehen, um die kreuzförmig ausgebildeten Steuerstäbe 32 aufzunehmen, welche darin eingeschoben werden können. Auf diese Weise sind nur zwei der vier Seiten jedes Brennstoffbündels den Oberflächen von Steuerstabblättern benach- bart. Durch die Räume (N) und (W) zwischen den Brennstoffbündeln fliesst der zweite (Leck-) Wasserstrom.
Der einfacheren Darstellung wegen enthält der in Fig. 1 und 2 gezeigte Reaktorkern weniger Brennstoffelemente und Steuerstäbe, als dieses bei einem typischen Kernreaktor der Fall ist.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Reaktorkerns, welcher in Dbereinstimmung mit dem neuen Verfahren gesteuert werden kann. Dieser Kern enthält 137 Steuerstäbe 32 und 548 Brennstoffbündel 20, wobei der Einfachheit wegen diese Brennstoffbündel nur in einer Zelle eingezeichnet sind. Der äussere Umfang des Reaktorkerns ist etwa kreisförmig ausgebildet. Der Reaktorkern weist einen mittleren Steuerstab 32' auf, wlcher für die folgende Diskussion als Bezugspunkt verwendet ist. Es sei jedoch bemerkt, dass auch jeder andere Steuerstab als Bezugspunkt verwendet werden kann.
In Fig. 3 ist auch die grundlegende, aus 9 zusammenwirkenden Steuerstäben bestehende Anordnung 61 gezeigt, die in dem neuen Steuerverfahren benützt wird, und welche nur aus praktischen Gründen im Mittelpunkt des Reaktorkerns liegend gezeigt ist.
Um einen Reaktor in der richtigen Weise zu betreiben, muss die Reihenfolge für das Zurücl;7iehen der Steuerstäbe am Ende zu dem gewünschten Steuerstabmuster führen, das für eine bestimmte Leistungsabgabe erforderlich ist. In der weiteren Beschreibung wird anstatt Muster auch Netzwerk gesagt. Im allgemeinen wird ein solches Steuerstabmuster angestrebt, bei dem eine verhältnismässig gleichmässige Leistungsverteilung im ganzen Reaktorkern erreicht wird. Solche Muster zum Leistungsbetrieb des Reaktors, welche als besonders brauchbar befunden wurden, sind in den Fig.
20-25 gezeigt. Diese Muster können aus dem Schachbrettmuster das in den Fig. 19 und 19A gezeigt ist, mit 500/obiger Steuerstabdichte gebildet werden. Dieses Schachbrettmuster ist dann erreicht, wenn in allen aus vier Steuerstäben gebildeten Anordnungen 63 (Fig. 3 und 4) die Steuerstäbe auf der einen Diagonale eingeschoben und auf der anderen Diagonale zurückgezogen sind.
Bei einer unendlich grossen Anordnung hält dieses Schachbrettmuster der Steuerstäbe den Steuerstabwert aller eingeschobenen Stäbe auf einem Mittelwert, weshalb der minimale Wert der einzelnen Steuerstabwerte nur von den Brennstoffparametern abhängt, wie beispielsweise dem unendlichen Multiplikationsfaktor des nicht gesteuerten Brennstoffs uc uOC) der Neutronen- migrationsfläche (M9) und dem Reaktivitätswert des bewegbaren Steuersystems (k/k). In einer endlichen Anordnung, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist, kann der Stabwert in der Nähe des äusseren Umfangs des Kerns wegen des geringeren Neutronenflusses in der Folge von Neutronenverlusten geringer als der Durchschnittswert sein.
Wenn dieses der Fall ist, erreicht die Schachbrettmusteranordnung bei einer 50 obigen Steuerstabdichte nicht den minimal möglichen Wert des Steuerstabwertes. Durch Zurückziehen von mehr Steuerstäben am äusseren Umfang des lReaktorerns ist es möglich, den Neutronenfluss am Umfang des Kerns zu steigern, was bewirkt, dass sich eine Arbeitsbedingung ausbildet, bei der jeder Steuerstab wieder den mittleren und darum den minimalen Wert aufweist.
Dieses ist jedoch nicht notwendig, weil der Neutronenfluss in einem Kernreaktor, über den gesamten Reaktorkern gesehen nicht gleichmässig ist, und gewöhnlich der Brennstoff am äusseren Umfang eine grössere ungesteuerte Überschussneutronen-Multiplikation aufweist, welche durch den Expositionsgradienten oder die Verteilung von brennbaren, als Gift wirkenden Stoffen gegeben ist. Dadurch wird der oben erwähnte Verlust innerhalb eines endlichen Kerns aufgehoben und der Stabwert vom maximalen Wert etwa auf den mittleren (minimalen) Wert zurückgeführt. Daraus kann ersehen werden, dass das Schachbrettmuster, von welchem die Betriebsmuster nach den Fig. 20 bis 25 abgeleitet sind, sehr gut geeignet ist, um einen minimalen Steuerstabwert im gesamten Reaktorkern, einschliesslich der äusseren Randgebiete, zu erreichen.
Wie weiter oben schon ausgeführt wurde, gibt es eine grosse Anzahl unterschiedlicher Arbeitsfolgen für das Zurückziehen der Steuerstäbe, welche verwendet werden können, um das Schachbrettmuster herzustellen, wie es in !den Fig. 19 und 19A gezeigt ist. Das neue Verfahren betrifft eine besonders vorteilhafte Arbeitsfol- ge für das Zurückziehen der Steuerstäbe, welche verwendet werden kann, um dieses Schachbrettmuster zu erhalten. Dazu ist es notwendig, dass der Wert der im Kern verbleibenden Steuerstäbe bei jedem Arbeitsschritt der beim Zurückziehen einzuhaltenden Arbeitsfolge so nahe wie möglich bei einem mittleren Wert (oder Minimalwert) liegt. Dieses wird erreicht, wenn die Gesamtheit der Steuerstäbe in aus neuen Steuerstäben gebildete Anordnungen, von Idenen eine in Fig. 5 gezeigt ist, unterteilt wird.
Diese Anordnungen ermöglichen es, beim Zurückziehen einzelner Steuerstäbe ein Muster zu bilden, bei dem die nächsten Nachbarn (N) oder die übernächsten Nachbarn (Ns) einer ersten und einer zweiten Gruppe (Gruppe 1 und Gruppe 2 in den Fig. 8 und 9) zurückgezogener Steuerstäbe nicht zurückgezogen sind. Es sei bemerkt, dass die Steuerstäbe in der mittleren Position (N1) der Anordnungen der Netzwerke I und II mit der Gruppe 1 und der Gruppe 2 zurückgezogen sind, wie im folgenden noch mit Hilfe der Fig. 8 und 9 beschrieben werden wird. N1 der Anordnung, nach Fig. 5 bezeichnet den mittleren Steuerstab dieser Anordnung, aber nicht notwendigerweise den mittleren Steuerstab des Reaktorkerns, wie noch mit Hilfe der Fig. 6A bis 6E und 7A bis 7D beschrieben werden wird.
Die in der dritten oder vierten Gruppe (Gruppe 3 und Gruppe 4 der Fig. 10 bis 17) zurückgezogenen Stäbe sind die übernächsten Nachbarn (N3), während die nächsten Nachbarn (N2) nicht zurückge zogen werden, bevor fder 50 O/o-Punkt der Steuerstabdichte erreicht ist. Es war als vorteilhaft gefunden worden, einen Reaktor während dessen Leistungsabgabe mit Steuerstabmustern zu betreiben, in denen der mittlere Stab eingeschoben ist (Arbeitsfolge A der Fig. 19) oder der mittlere Stab herausgezogen ist (Arbeitsfolge B der Fig. 19A). Wie weiter oben schon ausgeführt wurde, wird der mittlere Stab des Reaktorkerns nur aus praktischen Gründen als Referenz verwendet.
Die folgende Beschreibung sder Steuerstabmuster und Arbeitsfolgen wird von dieser Referenz und der neuen Steuer stäbe enthaltenden Anordnung ausgehen.
Die Fig. 6A bis 6E und 7A bis 7D zeigen alle möglichen Ausgangsstellungen der Steuerstäbe in Iden Anordnungen. Die besondere Lage der Ausgangsan- ordnung gegenüber dem mittleren Stab des Reaktorkerns bestimmt die Lage des Netzwerkes I und der Gruppe 1 (Fig. 8) im Reaktorkern. Die Lage des Netzwerkes II und der Gruppe 2 (Fig. 9) ist durch das Netz 1 bestimmt.
In den Fig. 6A bis 6E sind alle möglichen Ausgangsstellungen der Steuerstäbe in den Anordnungen für ein Schachbrettmuster gezeigt, bei dem der mittlere Stab zurückgezogen ist (Arbeitsfolge B). In der Anordnung entsprechend der Fig. 6A wird oder mittlere Stab des Reaktorkerns während des Zurückziehens der Steuerstäbe der Gruppe 1 zurückgezogen, und in den Aus- gangs-Anordnungen nach den Fig. 6B bis 6E wird der mittlere Stab des Reaktorkerns entweder während der Betätigung der Gruppe 3 oder der Gruppe 4 zurückgezogen. In den Fig. 7A bis 7D sind alle möglichen Ausgangsstellungen der Steuerstäbe in den Anordnungen gezeigt, welche verwendet werden können, um das Schachbrettmuster mit eingeschobenem mittleren Stab (Arbeitsfolge A) zu Ibilden.
Dieses wird durch eine Auswahl der Anordnungen im Reaktorkern erreicht, bei der der mittlere Stab des Reaktorkerns sich in jeder der nächstbenachbarten Positionen (Ns) befindet.
Bei dieser Auswahl der Anordnungen Indes Netzwerks I oder der Gruppe 1 wird der mittlere Steuerstab während des Arbeitsablaufes zum Erreichen des Schachbrettmusters niemals zurückgezogen, weil er jder nächste Nachbar (N2) ist. Wie aus dem folgenden noch zu ersehen sein wird, werden der mittlere Stab des Reaktorkerns und der nächste Nachbarstab (N2) nur zurückgezogen, nachdem das Schachbrettmuster aufgebaut ist und während der Leistungsabgabe des Reaktors.
Jede der beiden Arbeitsfolgen A und B der Fig. 19 und 19A, besteht aus Iden nacheinanderfolgenden Zurückziehen von vier Grundgruppen der Steuerstäbe, welche als Gruppen 1, Gruppe 2, Gruppe 3 und Gruppe 4 in den Fig. 8 bis 17 bezeichnet sind. Diese Steuerstabgruppen werden in einer bestimmten Reihenfolge zurückgezogen, wobei (mit einigen seltenen Ausnahmen) alle Steuerstäbe jeder einzelnen Gruppe vollkommen zurückgezogen sind, bevor die nächste Gruppe zurückgezogen wird.
Die bestimmte Position dieser 4 Grundgruppen von Steuerstäben im Reaktorkern wird aus zwei geometrischen Netzwerken abgeleitet, welche als Netzwerk I und Netzwerk II bezeichnet sind. Der Einfachheit halber sind in der Fig. 8 das Netzwerk I und die Gruppe 1 und in Fig. 9 das Netzwerk II und die Gruppe 3 gezeigt.
Jedes dieser Netzwerke ist aus einer Mehrzahl von sich überlappenden Anordnungen von Steuerstäben zusammengesetzt, wobei jede Anordnung neuen Steuerstäbe enthält.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, enthält das Netzwerk I eine Mehrzahl von Anordnungen, welche so in dem Reaktorkern angeordnet sind, dass diagonal benachbarte Anordnungen in jeder der sich überlagernden Eckpositionen einen gemeinsamen Steuerstab aufweisen.
Wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, enthält das Netzwerk II eine Mehrzahl von Anordnungen, die so in dem Reaktorkern angeordnet sind, dass benachbarte Steuerstabpaare in den Eckpositionen jeder Anordnung mit benachbarten Steuerstabpaaren in den Eckpositionen benachbarter Anordnungen des Netzwerks I gemeinsam sind. Dies bedeutet, dass die vom ersten Netzwerk ausgelassenen Steuerstäbe jeweils den mittleren Steuerstab der Anordnungen im zweiten Netzwerk bilden, so dass Löcher und mittlere Steuerstäbe des ersten Netzwerks im zweiten Netzwerk vertauscht auftreten.
Wie in Fig. 8 gezeigt ist, besteht die Gruppe 1 aus den mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Steuerstäben in den mittleren Positionen der Anordnungen des Netzwerks I, und wie aus Fig. 9 zu ersehen ist, besteht die Gruppe 2 aus den mit dem Bezugszeichen 2 versehenen Steuerstäben in den mittleren Positionen der Anordnungen des Netzwerks 11. Wie weiter in den Fig.
10, 12, 14 und 16 gezeigt ist, bestehen alle Gruppen 3 aus mit dem Bezugszeichen 3 versehenen Ecksteuerstäben. welche längs ausgewählter Diagonalen in den Anordnungen entweder des Netzwerks I oder des Netz werks II angeordnet sind. Wenn diese Diagonalen über die ihnen zugeordnete Anordnung hinaus verlängert werden, bilden sie eine gemeinsame Linie mit oder liegen parallel zu anderen ausgewählten Diagonalen.
Wie in den Fig. 11, 13, 15 und 17 gezeigt ist, bestehen die Gruppen 4 aus den mit dem Bezugszeichen 4 versehenen verbleibenden Ecksteuerstäben in den Anordnungen des gleichen Netzwerks. Diese verbleibenden Ecksteuerstäbe liegen längs Diagonalen, welche senkrecht zu den ausgewählten Diagonalen angeordnet sind.
Wie aus Fig. 8 zu ersehen ist, wiederholt sich das gezeigte Netzwerk I der Anordnungen über den gesamten Reaktorkern, was durch die in gestrichelten Linien gezeichneten Anordnungen angezeigt ist. Da der Ort der Anordnungen in der Fig. 8 für das neue Verfahren nicht wichtig ist, sind diese Anordnungen nicht auf einen festen Bezugspunkt, wie beispielsweise dem mittleren Steuerstab des Reaktorkerns, bezogen. Es sei bemerkt, dass die Anordnung 61 nach Fig. 8 irgend eine der in den Fig. 6A bis 6E gezeigten Ausgangsanordnungen mit eingeschobenem mittleren Steuerstab oder irgend eine der in den Fig. 7A bis 7D gezeigten Ausgangsanordnungen mit zurückgezogenem mittleren Steuerstab aufweisen. Es sei ausserdem bemerkt, dass bei einer beispielsweisen Verwendung des Steuerstabs 65 nach Fig.
3 als Referenzsteuerstab die Anordnung 67 nach Fig. 8 den Steuerstab 65 als mittleren Stab, und Idass die Anordnung 61 nach Fig. 3 den mittleren Steuerstab des Reaktorkerns als ihren mittleren Stab haben würde, was der Ausgangsanordnung entsprechend der Fig. 6A entspräche. Wie früher schon ausgeführt wurde, ist das Zurückziehen der Steuerstäbe in der Gruppe 1 der Fig.
8 aus dem Reaktorkern auf dem mittleren Stab jeder Ider Anordnungen begrenzt und alle mittleren Stäbe der Anordnungen im Reaktorkern müssen zurückgezogen werden, bevor die nächste Gruppe (Gruppe 2) zurückgezogen werden kann. Dementsprechend muss das den Reaktor bedienende Personal oder die automatische Maschine das Zurückziehen der mittleren Stäbe der Gruppe 1 veranlassen. Wie bei ,der Auswahl dieser beschriebenen Arbeitsfolge für das Zurüdkziehen zu ersehen ist, wurde keiner der dem mittleren Stab am nächsten angeordneten Steuerstäbe (N2) oder der den nächsten Steuerstäben am nächsten stehenden Stäbe (nur) in irgend einer der Anordnungen des Netzes I zurückgezogen.
Die Steuerstäbe der Gruppe 1 sind so angeordnet, dass zu jeder Zeit die Wirkung auf den maxima'len Stabwert, welche dadurch die ausgewählte Reihenfolge Ides Zurückziehens der Stäbe innerhalb der Gruppe 1 be- dingt ist, nur von zweitrangiger Bedeutung ist. Es ,ist jedoch auch möglich die Gruppe 1, ebenso wie die noch zu beschriebenden anderen Gruppen, derart zu unterteilen, dass das Zurückziehen der in Ider Mitte angeordneten Stäbe der Gruppe 1 zuletzt erfolgt.
Diese von innen nach aussen gerichtete Arbeitsfolge beim Zurückziehen kann wünschenswert sein, wenn die zum Inbe triebnehmen des Reaktors vorgesehenen Instrumente im Innern des Reaktorkerns angeordnet sind, weil die Instrumente wesentlich empfindlicher gegenüber Ver änderungen der Reaktivität des Reaktors sind, wenn die mittleren Stäbe zuerst zurückgezogen werden. Es kann aber auch wünschenswert sein, die mittleren Stäbe der
Gruppe 1 zuerst zurückziehen, weil die Dichte der als Gift wirksamen Substanzen in der Nachbarschaft der am Rand angeordneten Bündel oft verringert ist, was wäh- rend der Zeit, innerhalb der der Reaktor kalt ist, eventuelle im Kern auftretende Verluste überkompensieren und zu einem überschüssigen Multiplikationsfaktor in den Randibündeln führen kann.
Die Gruppen können aber auch, je nach Notwendigkeit, weiter oder in anderer Form unterteilt werden, wobei zu beachten ist, dass alle Untergruppen einer vorgegebenen Gruppe zurückgezogen sein müssen, bevor die nächste Gruppe zurückgezogen wird.
In Fig. 9 ist die nächste, aus dem Reaktorkern zurückzuziehende Gruppe gezeigt. Diese Gruppe 2 der Steuerstäbe ist so ausgewählt, dass die Anordnungen des Netzwerks II keinen zurückzuziehenden Stab enthalten, der sich entweder in der nächsten oder der der übernächsten Steuerstabposition (Ns bzw. N3) befindet. Wie weiter zu ersehen ist, ist dieses Netzwerk so ausgewählt, dass die beiden einer Seite jeder Anordnung gemeinsamen Ecken mit den beiden Ecken der Anordnungen des Netzwerks I nach Fig. 8 gemeinsam sind. Das bedeutet, dass die oberen übernächsten Steuerstäbe (N3) der Anordnungen des Netzwerks I mit den unteren übernächsten Steuerstäben (N3) der Anordnungen des Netzwerks II gemeinsam sind, wie aus den Fig. 8 und 9 zu ersehen ist.
Die Anordnungen des Netzwerks II Ibilden ebenfalls ein Netzwerk, in dem der Ecksteuerstab jeder Anordnung mit dem Ecksteuerstab einer benachbarten Anordnung gemeinsam ist, wie das bereits für die Anordnungen des Netzwerks I beschrieben ist. Nachdem die Anordnungen des Netzwerks II bestimmt sind, wird der mittlere Steuerstab jeder Anordnung zurückgezogen, was zu dem in Fig. 9 gezeigten Muster führt. Diese mittleren Stäbe der Gruppe 2 sind in Fig. 9 mit dem Bezugszeichen 2 versehen, während die Bezugszeichen 1 in der Fig. 9 die vorher beschriebenen zurückgezogenen Steuerstäbe der Gruppe 1 anzeigen. In diesem Zustand ist beim Inbetriebsetzen des Reaktors eine Steigerung der Reaktivität festzustellen, die jedoch noch unterhalb des Wertes liegt, bei dem der Reaktor promt kritisch wird.
Während dieser Arbeitsperiode ist wichtig, dass alle Steuerstäbe der Gruppe 1 zuerst zurückgezogen sind, und danach alle Steuerstäbe der Gruppe 2, aber keine anderen Steuerstäbe zurückgezogen werden. Das Nicht-Einhalten dieser Arbeitsfolge kann zu einem hohen Stabwert führen, der wiederum eine verstärkte Kernreaktion oder eine Einschaltsituation bewirken kann, welche später zu einer verstärkten Kernreaktion führt.
Nachdem alle Steuerstäbe der Gruppen 1 und 2 zurückgezogen sind, können die Steuerstäbe der Gruppen 3 und 4 zurückgezogen werden, wobei entweder mit dem Netzwerk I als Bezugsmuster oder dem Netzwerk II als Bezugsmuster begonnen wird. Diese wahlweisen Anfangsmuster für Gruppe 3 (auf welche die Gruppe 4 folgt) erlauben eine grössere Flexibilität bei der Bedienung des Reaktors. In den Fig. 10, 11, 12 und 13 sind zwei Sätze für die Arbeitsfolgen des Zurückziehens der Steuerstäbe Ider Gruppen 3 und 4 gezeigt, welche unter Verwendung des Netzwerkes I als Referenzmuster durchgeführt werden können. In den Fig. 14, 15, 16 und 17 sind zwei andere Sätze von Arbeitsfolgen für das Zurückziehen der Steuerstäbe der Gruppen 3 und 4 gezeigt, welche unter Verwendung des Netzwerks II als Referenzmuster durchgeführt werden können.
Der erste Satz dieser Arbeitsfolgen zum Zurückziehen der Stäbe wird als Gruppen 3A und 4A Ider Fig. 10 und 11, und der zweite Satz als Gruppen 3B und 4B der Fig. 12 und
13 bezeichnet. In Fig. 10 ist das Muster für das Zurückziehen der Gruppe 3A gezeigt, welches vom Netzwerk I in der Fig. 8 abgeleitet ist und eine der beiden im oben genannten ersten Satz enthaltenen Gruppen darstellt. Die in der Gruppe 3A zurückzuziehenden Steuerstäbe sind die beiden Eckstäbe, welche längs einer ausgewählten Diagonale jeder der Anordnungen angeordnet sind, wobei sich alle ausgewähl- ten Diagonalen in der gleichen Richtung erstrecken. Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, entsprechen diese Stäbe Idem unteren rechten und dem oberen linken Steuerstab jeder Anordnung.
Fig. 10 zeigt auch die Lage aller Steuerstäbe, welche aus den Anordnungen zurückgezogen werden. Dazu sei bemerkt, dass sich dabei ein minimaler Stabwert ergibt, weil die Eckstäbe der Gruppe 3A die übernächsten Nachbarn (N3) zu den Steuerstäben sowohl Ider Gruppe 1 als auch der Gruppe 2 sind.
In Fig. 11 ist das Muster für das Zurückziehen der Gruppe 4A gezeigt, welches unmittelbar nach dem Zurückziehen der Steuerstäbe der Gruppe 3A folgt, und die andere Gruppeldes ersten Satzes darstellt. Wie aus der Fig. 11 zu ersehen ist, sind die Steuerstäbe der Gruppe 4A in der unteren linken und gder oberen rechten Ecke jeder Anordnung der Gruppen 1 und 3A angeordnet und bilden die übernächsten Nachbarn (N3) der Steuerstäbe der Gruppe 1. Nach dem Zurückziehen aller Steuerstäbe der Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3A und Gruppe 4A besteht eine 50 0/obige Steuerstabdichte und ein Schachbrettmuster der Steuerstäbe, wie es in den Fig. 11 und 19 gezeigt ist.
Es sei besonders darauf hingewiesen, dass ein minimaler Stabwert erreicht ist, weil in der Schachbrettanordnung der nächste Nachbar (nur) keines einzigen Steuerstabs zurückgezogen ist.
In Fig. 12 ist das Muster für das Zurückziehen der Gruppe 3B gezeigt, welches aus dem Netzwerk I nach Fig. 8 abgeleitet ist und eine der beiden Gruppen des oben genannten zweiten Satzes darstellt. Die in der Gruppe 3B zurückzuziehenden Steuerstäbe sind die beiden Eckstäbe, welche auf einer ausgewählten Diagonale durch jede der Anordnungen angeordnet sind.
Dabei erstrecken sich alle ausgewählten Diagonalen in der gleichen Richtung, aber senkrecht zu den Diagonalen der Gruppe 3A nach Fig. 10. Wie aus Fig. 12 zu ersehen ist, sind diese Stäbe der untere linke und der obere rechte Steuerstab der Anordnung, anstelle des unteren rechten und des oberen linken Steuerstabes bei der Gruppe 3A nach Fig. 10. Wie bei der Gruppe 3A führt das Zurückziehen der Steuerstäbe der Gruppe 4A zu einem minimalen Stabwert, da die Eckstäbe der Gruppe 4A die übernächsten Nachbarn (N3) zu den Steuerstäben der Gruppe 1 und der Gruppe 2 sind.
In Fig. 13 ist das Muster für das Zurückziehen Ider Gruppe 4B gezeigt, welches unmittelbar nach dem Zurückziehen der Steuerstäbe der Gruppe 3A begonnen wird, und die andere Gruppe des zweiten Satzes dar stellt. Wie aus Fig. 13 zu ersehen ist, sind die Steuerstäbe der Gruppe 4B in fder unteren rechten und der oberen linken Ecke der Anordnungen der Gruppen 1 und 4A angeordnet und sind die nächstnahen Nachbarn (nur) der Steuerstäbe der Gruppe 1. Nach dem Zurückziehen aller Steuerstäbe der Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3B und Gruppe 4B besteht eine 500/obige Steuerstabdichte und es ergibt sich ein Schachbrettmuster der Steuerstäbe entsprechend den Fig. 12 und 19.
Wiederum sei besonders darauf hingewiesen, dass ein minimaler Stabwert erreicht worden ist, weil in der Schachbrettanordnung der nächste Nachbar (nur) keines einzigen Steuerstabs zurückgezogen ist.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann das Schachbrettmuster, ausgehend von der Anordnung des Netzwerkes I in einer von zwei Sätzen von Arbeitsfolgegruppen erreicht werden. Dieses sind (1) Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3A und Gruppe 4A und (2) Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3B und Gruppe 4B. Es ist auch möglich, das gleiche Schachbrettmuster zu erreichen, indem von den Anordnungen des Netzwerks II ausgegangen wird. Dieses kann auf einem von zwei möglichen Wegen erreicht werden.
Der erste Weg Ibesteht darin, die Gruppen in Überein stimmung mit der folgenden Arbeitsfolge zurückzuziehen: Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3C (Fig.
14) und Gruppe 4C (Fig. 15). Wie aus der Fig. 14 zu ersehen ist, sind in der Gruppe 3C der untere rechte und der obere linke Steuerstab aus den Anordnungen Ides Netzwerks II zurückgezogen und aus der Fig. 16 kann ersehen werden, dass in der Gruppe 4C der untere linke und der obere rechte Steuerstab aus den Anordnungen des Netzwerks II zurückgezogen sind. Weiter kann aus Fig. 15 ersehen werden, dass sich auf diese Weise ein Schachbrettmuster ergibt, welches am Ende die gleiche Anordnung wie das Schachbrettmuster nach Fig. 11 aufweist.
Der zweite Weg besteht darin, die Steuerstäbe in Übereinstimmung mit der folgenden Arbeitsfolge zurückzuziehen: Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3D (Fig.
16) und Gruppe 4D (Fig. 17). Bei dieser Arbeitsfolge sind die Stäbe der Gruppe 3D tdiejenigen der unteren linken und der oberen rechten Ecke der Anordnungen des Netzwerks II, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Die Stäbe der Gruppe 4D sind die der unteren rechten und der oberen linken Ecken der Anordnungen des Netzwerks II, wie es in Fig. 17 gezeigt ist. Dazu sei bemerkt, dass das bei dieser Arbeitsfolge entstehende Schachbrettmuster das gleiche ist, wie es bei der vorhergehend beschriebenen Arbeitsfolge entsteht.
Im folgenden wird eine Zusammenfassung der beschriebenen Arbeitsfolgen zum Zurückziehen der Steuerstab-Gruppen gegeben, welche zum Erreichen des gewünschten Schachbrettmusters verwendet werden können: (1) Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3A (der Gruppe 1), Gruppe 4A (der Gruppe 1 und 3A) (2) Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3B (der Gruppe 1), Gruppe 4B (der Gruppen 1 und 3B) (3) Gruppe 1, Gruppe 3C (der Gruppe 2), Gruppe 4C (der Gruppe 2 und 3C) (4) Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3D (der Gruppe 2) und Gruppe 4D (der Gruppen 2 und 3D).
Die oben Ibeschriebenen Arbeitsfolgen sind die Grundarbeitsfolgen, -welche notwendig sind, um einen minimalen Stabwert der Steuerstäbe im Reaktorkern aufrechtzuerhalten. Dabei versteht sich jedoch, dass die gleichen Arbeitsfolgen auf andere Art beschrieben werden können. Beispielsweise wurde die Arbeitsfolge A nach Fig. 19 bestimmt als Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3A oder 3C und Gruppe 4A und 4C. Wie aus Fig. 19 zu ersehen ist, war die Ausgangsstellung der Steuerstäbe in der Anordnung diejenige, welche in der Fig. 7C mit eingeschobenen Mittelstäben gezeigt ist. Dazu sei bemerkt, dass, wenn die Ausgangsstellung der Steuerstäbe in der Anordnung entsprechend der Fig. 7D ausgewählt ist, die als Gruppe 4 in der Fig. 19 bezeichneten Steuerstäbe diejenigen Stäbe sind, welche zu Beginn zurückgezogen werden und darum auch als Stäbe der Gruppe 1 bezeichnet werden können.
Darum kann bei diesem ausgewählten Beispiel die Arbeitsfolge rades Zurückziehens auch neu als Gruppe 4, Gruppe 3, Gruppe 2 und Gruppe 1 bezeichnet werden. Die gleiche Analyse kann vorgenommen werden, wenn die Fig. 7A und 7B als Ausgangsmuster angenommen werden, in welchem Falle die entsprechende Arbeitsfolge für dias Zurückziehen aus den Gruppen 2, Gruppe 1, Gruppe 3 und Gruppe 4 bzw. Gruppe 3, Gruppe 4, Gruppe 1 und Gruppe 2 bestehen. Auf gleiche Weise kann eine entsprechende Analyse bezüglich der Arbeitsfolge B (mittlerer Stab ausgezogen) nach Fig 20 und mit Anfangsanordnungen 6A bis 6E vorgenommen werden, wobei die Anfangs anordnung 6A der Fig. 19A entspricht.
Die folgende Tabelle ist eine Zusammenfassung aller möglichen Kombinationen von erlaubten Arbeitsfolgen für das Zurückziehen und Einschieben:
Erlaubte Arbeitsfolgen für das Zurückziehen und Einschieben der Steuerstäbe.
Gruppe Gruppe Gruppe Gruppe
1 2 3 4
1 2 4 3
2 1 3 4
2 1 4 3
4 3 2 1
4 3 1 2
3 4 2 1
3 4 1 2
Es sei besonders bemerkt, dass die Gruppen 1 und 2 untereinander vertauscht und die Gruppen 3 und 4 untereinander vertauscht werden können. Dagegen können die Gruppen 1 oder 2 nicht mit den Gruppen 3 oder 4 ausgetauscht werden, weil auf diese Weise Muster mit hohen Stabwerten entstehen.
Beispielsweise würde die Gruppenfolge 1, 3, 2 und 4 aus den folgenden Gründen unerwünscht sein: Der Wert der Stäbe der Gruppe 3 (wenn diese im zweiten Schritt zurückgezogen sind) würde grösser sein, als der Wert der Stäbe der Gruppe 2 (wenn diese im zweiten Schritt zurückgezogen sind), weil die Stäbe der Gruppe 3 Sden Stäben der Gruppe 1 (auf jeder Seite einer) sehr viel näher sind, als die Stäbe !der Grupe 2 (welche den grösstmöglichen Abstand von den Stäben der Gruppe 1 aufweisen). Wenn darum die Stäbe der Gruppe 1 zurückgezogen sind, werden die Brenn stoffbündel, welche den Stäben der zurückgezogenen Gruppe 1 benachbart sind, Neutronen erzeugen, von denen viele in radialer Richtung eine Weglänge von etwa 30 cm besitzen.
Dies bewirkt in der Nachbarschaft der Stäbe der Gruppe 3 einen höheren Neutronenfluss als in der Nachbarschaft der Stäbe der Gruppe 2. Tatsächlich erhalten die Stäbe der Gruppe 2 die wenigstmöglichen Neutronen von den den Stäben der Gruppe 1 benachbarten Brennstoffbündeln, weil sie von diesen weiter entfernt sind. Die Stäbe der Gruppe 4 haben den gleichen hohen Stabwert wie die der Gruppe 3, wenn sie unmittelbar nach den Stäben der Gruppe 1 zurückgezogen werden. Es sei weiter festgestellt, dass der nächste Steuerstab (N2) nicht zurückgezogen wird, bevor das Schachbrettmuster gebildet ist. Weiter weisenssdie Stäbe der Gruppen 3 und 4 den kleinstmöglichen Abstand untereinander und den grösstmöglichen Abstand von den Stäben der Gruppe 1 und 2 auf, welche vorher zurückgezogen wurden.
Wie daraus zu ersehen ist, liefert jede der oben beschriebenen Arbeitsfolgen für das Zurückziehen einen minimalen Steuerstabwert, wobei zugleich ein gleichmässig verteiltes Stabmuster über dem Reaktorkern aufrechterhalten wird.
Die im obigen erläuterten Muster zum Zurückziehen der Steuerstäbe waren auf idas vollkommene Zurückziehen oder vollkommene Einschieben jedes ausgewählten Steuerstabs begrenzt. Beispielsweise war jeder ausgewählte Steuerstab innerhalb der Gruppe 1 entweder ganz zurückgezogen oder ganz eingeschoben, und auch jeder der restlichen Stäbe innerhalb der Gruppe war entweder ganz zurückgezogen oder ganz eingeschoben. Es können aber Situationen entstehen, inadenen der Steuerstabwert noch weiter verringert werden muss, wozu jeder der oben beschriebenen Gruppen in verschiedene Untergruppen unterteilt wird. Diese Untergruppen können durch Bruchteile des gesamten Weges beim Zurückziehen der Steuerstäbe der verschiedenen Gruppen gekennzeichnet sein.
Beispielsweise kann das Zurückziehen jedes gegebenen Steuerstabs in axialer Richtung in fünf unterschiedliche Untergruppen unterteilt sein, wie es in Fig. 18 dargestellt ist, wo jede Untergruppe ein Zurückziehen um 20 O/o der gesamten wirksamen Länge des Steuerstabs bedeutet. In Fig. 18 ist der Steuerstab 32 in seiner ganz eingeschobenen Position und in verschiedenen anderen Positionen gezeigt. Diese entsprechen einem teilweisen Zurückziehen und sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Sie werden als Untergruppen 1 bis 5 der Gruppe 1 bezeichnet. Um den Stabwert so klein wie möglich zu halten, ist es wünschenswert, dass das Zurückziehen jeder Untergruppe beendet ist, bevor das Zurückziehen der nächsten Untergruppe beginnt.
Beispielsweise sollten alle Steuerstäbe der Gruppe 1 in die 20 0/oige Position der Untergruppe 1 zurückgezogen sein, bevor irgendeiner dieser Stäbe in die 40 0/obige Position der Untergruppe 2 zurückgezogen wird. Darum werden die Stäbe der Gruppe 1 zuerst entsprechend der Untergruppe 1, dann entsprechend der Untergruppe 2, und danach entsprechend der Untergruppe 3, und dann entsprechend der Untergruppe 4 und schliesslich entsprechend der Untergruppe 5 zurückgezogen. Nachdem die Untergruppe 5 der Gruppe 1 voll zurückgezogen ist, besteht der nächste Schritt darin, mit den Stätbentder Gruppe 2, welche ebenfalls so wie die der Gruppe 1 in Untergruppen unterteilt sein können, fortzufahren.
Wenn auch die Gruppe 2 in Untergruppen unterteilt ist, entspricht der dabei zu befolgende Arbeitsablauf dem bereits für die Gruppe 1 beschriebenen.
Nachdem auch die Verschiebung der Gruppe 2 beendet ist (einschliesslich aller zur Gruppe gehörenden Untergruppen), werden die Stäbe der Gruppe 3 zurückgezogen (welche ebenfalls Untergruppen enthalten können) und schliesslich die Stäbe der Gruppe 4 (welche ebenfalls Untergruppen enthalten können). Das Zurückziehen der Gruppe 4 und aller Untergruppen führt dann zu dem schon oben beschriebenen Schachbrettmuster. Wie bereits angegeben wurde, ist die in Fig. 18 gezeigte Unterteilung lediglich als Beispiel zu betrachten und es können andere Untergruppen ausgewählt werden, je nach den Eigenschaften des Reaktorkerns und dem geforderten minimalen Stabwert.
Der Grund dafür, dass Untergruppen zum Verringern des Stabwertes brauchbar sind, liegt darin, dass die im Reaktorkern verbleibenden Stäbe sich dem Mittelwert, und damit dem minimalen Stabwert nähern, wenn die Stäbe in-kleinen Schritten zurückgezogen werden.
In den Fig. 19 und 19A sind zwei mögliche Schabrettmuster mit 50 0/obiger Steuerstabdichte gezeigt, welche in Übereinstimmung mit dem neuen Verfahren gebildet werden können. Das in Fig. 19 gezeigte Muster wird als die Arbeitsfolge A Ibezeichnet, und hat einen voll eingeschobenen mittleren Steuerstab. Das in Fig.
19A gezeigte Muster wird als Arbeitsfolge B bezeichnet, und hat einen auf seiner ganzen Länge zurückgezogenen mittleren Steuerstab. Bei der Durchführung Ider Arbeitsfolge A wird zuerst eine der in den Fig. 6A bis 6E gezeigten Aufangsanordnungen ausgewählt und dann mit den Gruppen 1 bis 4 wie obenbeschrieben verfahren, bis das Schachbrettmuster erreicht ist. Die im Reaktor kern der Fig. 19 eingetragenen Zahlen zeigen die Orte der einzelnen, aus dem Reaktorkern zurückgezogenen Steuerstabgruppen. Wie aus dem obigen zu ersehen ist, ist die Arbeitsfolge zum Erreichen des Schachbrettmusters entsprechend der Fig. 19, das aufeinanderfolgende Zurückziehen der Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3A oder Gruppe 3C und schliesslich der Gruppe 4A oder der Gruppe 4C.
Wie bereits weiter oben beschrieben wurde, können aber auch andere Gruppeufolgen verwendet werden. Bei der Durchführung der Arbeitsfolge B, bei der Ider mittlere Steuerstab ganz zurückgezogen ist, wird zuerst eine der in den Fig. 7A bis 7D gezeigten Anfangs anordnungen ausgewählt und darauf mit den
Gruppen 1 bis 4 fortgefahren bis das gewünschte Schachbrettmuster erreicht ist. Die in den Reaktorkern nach Fig. 19A eingetragenen Ziffern zeigen die einzel nen, aus dem Kern herausgezogenen Steuerstabgruppen.
Die zum Erreichen des Schachbrettmusters nach Fig.
19 verwendete Arbeitsfolge entspricht dem aufeinan derfolgenden Zurückziehen der Gruppe 1, Gruppe 2,
Gruppe 3B oder 3D und schliesslich der Gruppe 4B oder ssD. Wie schon weiter oben beschrieben, können auch andere Gruppenfolgen verwendet werden. Die Arbeitsfolgen A und B sind insbesondere für das
Austauschen einzelner Stäbe geeignet, welches während der Funktion des Reaktors und etwa alle zwei Monate stattfindet.
Für einen neuen Reaktorkern werden, wenn etwa 45 bis 55 /o der Steuerstäbe zurückgezogen sind, heisse Bereitschaftsbedingungen erreicht, bei denen praktisch keine Leistung abgegeben wird. Um den Reaktor zur
Leistungsabgabe zu bringen, ist es dann notwendig, weitere Steuerstäbe zurückzuziehen. Bei einem neuen
Reaktorkern werden 100 0/o !der zugestandenen Lei stungsabgabe erreicht, wenn etwa 70 /o der Steuerstäbe zurückgezogen sind. Bei einem Siedewasserreaktor wird beim Zurückziehen jedes Stabes ein zusätzlicher Siedeort gebildet, welcher den Moderator schwächt und den Kern bei einem neuen Leistungspegel ins Gleichgewicht bringt.
Während der ersten Betriebswochen des Reak tors werden rasch Xenon und Samarium gebildet, welche den Brennstoff vergiften, weshalb es notwendig ist, weitere 5 o/o der Steuerstäbe zurückzuziehen, so dass dann für eine 1000/o-ige Leistungsabgabe etwa 75 ovo der Steuerstäbe zurückgezogen sind. Nach dem Entste hen von Xenon und Samarium wird durch Neutronen einfang des U23 das spaltbare Isotop Pu239 gebildet, welches Np239 enthält, das rasch zu Pa239 zerfällt. Die
Bildung von Pug führt zu einer Steigerung des k des Reaktors und erfordert darum das Wiedereinschie ben von etwa einem Prozent der Steuerstäbe während der nächsten Betriebsmonate.
Nach dieser Zeitspanne wird sich eine nahezu lineare Abnahme im k oo der
Reaktivität des Brennstoffs einstellen, weshalb es notwendig sein wird, die verbleibenden Steuerstäbe im Reaktor graduell zurückzuziehen, um eine 100 0/oige Leistungsentwicklung aufrecht zu erhalten. Mit einem frischen Reaktorkern wird ein Reaktor gewöhnlich ohne Nachfüllen von Brennstoff während 1 1/2 bis 2 Jahren betrieben. Während dieser Zeitdauer werden die in den Kern eingeschobenen Steuerstäbe periodisch ausgetauscht, um eine gleichmässige Belastung des Brennstoffs zu erreichen. Aus anderen Gründen werden beispielsweise auch eine neue Verteilung der Brennstoffbündel und wegen Ides Unterhalts periodische Abschaltungen vorgenommen.
Am Ende des ersten Arbeitszyklus werden für eine 100 0/obige Leistungsabgabe etwa 98 /o der Steuerstäbe zurückgezogen sein. Die verbleibenden 2 O/o sind notwendig, um bestimmte Eigenschaften des Reaktorkerns, beispielsweise eine gleichmässige Leistungsverteilung zu erreichen, welche ein überdurchschnittliches Erhitzen verhindert. Der Reaktor wird dann zum Nachfüllen von Brennstoff abgeschaltet und mit soviel neuem Brennstoff beladen, dass er wieder für eine Zeitdauer von etwa einem Jahr Ibetriebsfähig ist.
Für jedes Inbetriebnehmen, Abschalten und den Umtausch der Steuerstäbe kann das neue Verfahren verwendet werden.
Die bevorzugte Reihenfolge für das Zurückziehen der Steuerstäbe unter die 50 0/oige Dichte für die Arbeitsfolgen A und B der Fig. 19 und 19A sind in den Mustern entsprechend den Fig. 20 und 21 für den Leistungsbetrieb gezeigt. Diese Muster sind als Arbeitsfolge A und Arbeitsfolge B bezeichnet, weil sie aus der entsprechenden Arbeitsfolge A und Arbeitsfolge B der Muster für 50 0/obige Dichte nach den Fig. 19 und 19A abgeleitet sind. In den Fig. 20 und 21 bezeichnen die kleinen Kreise zurückgezogene Steuerstäbe, welche den Bezugszeichen 1 bis 4 in den Fig. 19 und 19A entsprechen. Die Bezugszeichen 5 und 6 bezeichnen in den Fig. 20 und 21 die Gruppen 5 und 6 der Steuerstäbe, welche in der im folgenden zu beschreibenden Art zurückgezogen werden.
In Fig. 20 ist das Muster für den Leistungsbetrieb der Arbeitsfolge A gezeigt, bei der der mittlere Stab eingeschoben bleibt und die Steuerstäbe der Gruppen 5 und 6 während des Leistungsbetriebs aufeinanderfolgend zurückgezogen werden. Die am Rand angeordneten Steuerstäbe, Gruppe 5, sind anfänglich zurückgezogen, weil auf diese Weise die Leistungskennwerte des
Reaktorkerns gleichmässiger sind, indem das Zurückziehen der Steuerstäbe am Rand den Neutronenverlust in dieser Zone kompensiert. Wenn alle Stäbe der Gruppe 5 zurückgezogen sind, werden die Stäbe der
Gruppe 6 während des Betriebs des Reaktors in der im folgenden beschriebenen Art zurückgezogen.
In Fig. 21 ist ein Leistungsbetriebsmuster der Arbeitsfolge B gezeigt, bei der der mittlere Steuerstab zurückgezogen ist und die anderen Steuerstäbe entspre chend den Gruppen 5 und 6 aufeinanderfolgend zurück gezogen werden. Die am Rand angeordneten Steuerstäbe der Gruppe 5 sind bereits anfänglich zurückgezogen, und zwar aus den gleichen Gründen, die bereits für die Arbeitsfolge A angegeben wurden. Es sei bemerkt, dass der Wert aller Stäbe im Reaktor einen Minimalwert aufweist und deshalb vom Standpunkt des Stabwertes aus jede Arbeitsfolge für das Zurückziehen der Gruppe
5 erlaubt ist. Nachdem die Steuerstäbe der Gruppe 5 zurückgezogen sind, werden die Steuerstäbe der Gruppe
6 während des Betriebs des Reaktors und in der im fol genden zu beschreibenden Weise zurückgezogen.
In den Fig. 22 bis 25 sind verschiedene Muster für das Zurückziehen der Gruppe 6 aufgezeigt, welche während des Leistungsbetriebs des Reaktors verwendet werden können. In diesen Figuren ist mit dem Bezugszeichen S ein nur teilweise eingeschobener Steuerstab gekennzeichnet, was einem Einschieben von nicht mehr als einem Drittel des gesamtmöglichen Wertes in den Reaktorkern entspricht, während mit dem Bezugszeichen D solche Steuerstäbe gekennzeichnet sind, welche tiefer in den Reaktorkern, beispielsweise zwei Drittel der gesamtmöglichen Einschubtiefe, eingeschoben sind. Die verbleibenden Zellen in diesen Figuren entsprechen solchen, deren Steuerstäbe zurückgezogen sind. Es sei bemerkt, dass die Arbeitsfolge für das Zurückziehen Idieser Steuerstäbe etwa in konzentrischen Ringen erfolgen kann.
Innerhalb einer etwa ringförmigen Zone im Mittelpunkt des Reaktorkerns sind darum die Steuerstäbe so angeordnet, dass die Leistungsdichte so konstant wie möglich ist. Dieses wird dadurch erreicht, dass die Muster innerhalb der kreisförmigen mittleren Zone symmetrisch und so gleichmässig wie möglich gehalten sind.
Die Fig. 22 und 23 zeigen zwei unterschiedliche Steuerstabmuster für den Leistungsbetrieb des Reaktors, welche von der Arbeitsfolge A nach Fig. 20 (mittlerer Steuerstab eingeschoben) abgeleitet sind und als die Arbeitsfolge A-1 und Arbeitsfolge A-2 bezeichnet werden. Das Arbeitsfolgemuster nach Fig. 22 besteht aus dem aufeinanderfolgenden Zurückziehen Ides mittleren Steuerstabs, wobei der erste oder innere Ring der Steuerstäbe am Ort verbleibt, und des zweiten Ringes der Steuerstäbe, wobei der dritte Ring am Ort verbleibt und des vierten oder äusseren Ringes der Steuerstäbe.
In Fig. 23 verbleibt wider mittlere Steuerstab eingeschoben und aufeinanderfolgend werden der erste oder innere Ring der Steuerstäbe zurückgezogen, während der zweite Ring eingeschoben bleibt, und danach der dritte Ring, während der vierte oder äussere Ring der Steuerstäbe eingeschoben bleibt. Wie aus den Fig.
22 und 23 zu ersehen ist, ist jdas Muster für das Zurückziehen Ider Steuerstäbe von einem Schachbrettmuster abgeleitet und so ausgewählt, dass auch das Umtauschen der Steuerstäbe während des Leistungsbetriebes des Reaktors leicht durchgeführt werden kann.
Dieses darum, weil der mittlere Steuerstab und die vier Ringe der Steuerstäbe eine entgegengesetzte Position einnehmen und leicht gegeneinander umgetauscht werden können. Es sei weiter bemerkt, dass auch, wenn der mittlere Steuerstab zurückgezogen ist, wie bei der Arbeitsfolge A-1 nach Fig. 22, beide Arbeitsfolgen A-1 und A-2 nach Fig. 22 und 23 von der Arbeitsfolge A abgeleitet sind, welche einem Schachbrettmuster mit 50 0/obiger Dichte entspricht, deren mittlerer Steuerstab eingeschoben ist. Das Umtauschen der Steuerstäbe ist auch zwischen den Arbeitsfolgen A und B möglich.
Die Fig. 24 und 25 zeigen zwei andere Steuerstabmuster für den Leistungsbetrieb, welche von der Arbeitsfolge B nach Fig. 21 (mittlerer Steuerstab zurückgezogen) abgeleitet, und als Arbeitsfolge B-1 und Arbeitsfolge B-2 bezeichnet sind. Bei dem Betriebsmuster nach der Arbeitsfolge B-1 der Fig. 24 ist der innere Ring der Steuerstäbe eingeschoben, der zweite Ring zurückgezogen, der dritte Ring eingeschoben und Ider vierte oder äussere Ring zurückgezogen. Bei dem Betriebsmuster nach der Arbeitsfolge B-2 der Fig. 25 ist der erste oder innere Ring der Steuerstäbe zurückgezo- gen, der zweite Ring eingeschoben, der dritte Ring zurückgezogen und der vierte Ring der Steuerstäbe wieder eingeschoben.
In diesen Fällen ist es nicht notwendig, die oben beschriebenen Steuerstabmuster und die Reihenfolge des Zurückziehens oder Einschiebens einzuhalten. Diese Fälle treten im allgemeinen auf, wenn (1) die Leistungsabgabe des Reaktorkerns über einen vorherbestimmten Minimalwert hinausgeht oder (2) wenn ein grosser Teil der Steuerstäbe zurückgezogen wurde.
Die erste dieser Bedingung ist weitgehend eine Funktion des Aufbaus des Reaktors. Dementsprechend kann die Leistungsentwicklung, bei der es nicht mehr notwendig ist, Idie Steuerung entsprechend einem Muster durchzuführen, stark unterschiedlich sein. Wenn beispielsweise an den Steuerstäben keine Geschwindigkeitsbegrenzer für die Verschiebung verwendet werden, kann es wünschenswert sein, Steuermuster bis zu 100 O/o der entwickelten Leistung zu verwenden, um einen minimalen Stabwert sicherzustellen. Wenn jedoch Geschwindigkeitsbegrenzer verwendet werden, kann es vorteilhaft sein, Steuermuster nur bis zu etwa 10 O/o der abzugebenden Leistung zu verwenden.
Dieses darum, weil der Spitzenwert der Energiedichte des Brennstoffs eine Funktion sowohl des Stabwertes als auch der möglichen Geschwindigkeit der Verschiebung der Steuerstäbe ist.
Die zweite dieser Bedingungen ist eine Funktion der Reaktivität des Brennstoffs im Reaktorkern. Diese Bedingung tritt beispielsweise auf, wenn der Brennstoff starker Bestrahlung ausgesetzt war und darum nur noch eine geringe Reaktivität und einen entsprechenden tiefen Stabwert aufweist, oder wenn der Reaktor mit einem Kühlmittel mit hohem Gehalt an Dampfblasen betrieben wird, während der Brennstoff erst eine verhältnismässig geringe Bestrahlung aufweist. Im letzteren Fall verringen die Dampfblasen die Reaktivität, weshalb es unnötig ist, die Steuerstäbe entsprechend den obigen Mustern zu verschieben. In jedem dieser Beispiele können die besonderen Bedingungen durch die Anzahl der Steuerstäbe, welche zurückgezogen wurden, festgestellt werden.
Wenn die Reaktivität des Reaktors und der sich daraus ergebene Stabwert gering sind, ist es, nachdem etwa 75 O/o der Steuerstäbe zurückgezogen sind, nicht mehr notwendig, die Steuerstäbe weiter entsprechend einem der oben beschriebenen Muster zu verschieben.
Wenn im ersten aufgeführten Beispiel nur eine geringe Leistung entwickelt wird, so zeigt das Zurückziehen von 75 O/o der Steuerstäbe eine vorgängige starke Bestrahlung und eine entsprechend geringe Reaktivität des Reaktorkerns an. Umgekehrt wird im zweiten Beispiel, in dem der Kern nur wenig bestrahlt war, das notwendige Zurückziehen von 75 O/o der Stäbe anzeigen, dass der Dampf eine grosse Anzahl von Blasen enthält, welche die geringe Reaktivität bewirken.
Es versteht sich, dass das neue Verfahren nicht auf irgend einen bestimmten Betriebsmechanismus für das Verschieben der Steuerstäbe in der oben beschriebenen Art begrenzt ist. Es wurde !darum auch keine spezielle mechanische oder hydraulische Einrichtung zum Zurückziehen oder Einschieben oder Blockieren oder Steuern der Stäbe beschrieben, weil solche Mechanismen dem Fachmann gut bekannt sind.
Weiter versteht sich, dass das neue Verfahren auch durch die vom Bedienungspersonal des Reaktors von Hand durchführbare Auswahl der Steuerstäbe in Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren oderfdurch die automatische Auswahl mit Hilfe einer programmierten digitalen Rechenmaschine oder durch einen programmierten digitagen oder anderen Speicher, welcher die Bewegung von Stäben, die von Hand ausgewählt wurden, aber von dem oben beschriebenen Vorgehen abweicht, ausschliesst, ausgeführt werden kann.
Wie bereits ausgeführt, können die oben beschriebenen Gruppen noch weiter unterteilt werden, indem die Gruppe 1 beispielsweise in zwei Untergruppen unterteilt ist, wobei in der ersten Untergruppe die am Rand angeordneten Steuerstäbe der Gruppe 1 und in der zweiten Untergruppe die mittleren Steuerstäbe der Gruppe 1 zurückgezogen werden. Als allgemeine Regel gilt, dass alle Steuerstäbe in einer Gruppe, unabhängig von der Zahl der gebildeten Untergruppen, zurückgezogen sind, bevor die Steuerstäbe der nächsten Gruppe zurückgezogen werden. Unabhängig davon versteht sich, dass auch Ausnahmesituationen auftreten können, in denen es vorteilhaft sein kann, von dieser allgemeinen Regel abzuweichen und einen oder mehrere der Steuerstäbe in einer Art, die mit der beschriebenen Arbeitsfolge nicht übereinstimmt, eingeschoben zu lassen oder einzuschieben.
Beispielsweise kann es zur Durchführung eines Experiments oder einer Messung, oder wegen ungewöhnlicher Eigenschaften der Brennstoffbündel oder Steuerstäbe, oder wegen der schlechten Funktion der Antriebsmechanismen für die Steuerstäbe vorteilhaft sein, mit Idem Zurückziehen der Steuerstäbe Ider Gruppe 2 zu beginnen, während beispielsweise noch zwei Steuerstäbe der Gruppe 1 eingeschoben sind.