CH622053A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einem unter dem Erdreich eines Hügels liegenden Betonbehälter für den Einschluss des Reaktordruckbehälters und des Primärkühlkreises. Solche Kernreaktoranlagen sind in verschiedenen Druckschriften beschrieben, zum Beispiel in der Zeitschrift «Atomwirtschaft», Juli/August 1975, Seiten 363 bis 366, Zeitschrift «Atomwirtschaft» September/Oktober 1972, Seiten 493/494, «Schweizerische Bauzeitung», Heft 42,1958, Seite 627, «Chemische Rundschau», 1. Sept. 1962, Seiten 482/483 und «Nuclear Engineering and Design», August 1976, Seiten 207 bis 227. Im allgemeinen sind jedoch keine näheren Angaben über die räumliche Gestaltung gemacht. Man kann lediglich den Eindruck gewinnen, dass man sich entweder bemüht, die bauliche Konzeption oberirdischer Anlagen beizubehalten, oder aber bestrebt ist, alle Baulichkeiten eng zusammenzu-schliessen, offenbar in der Absicht, den zusätzlichen, durch die unterirdische Bauweise verursachten Aufwand möglichst klein zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Kernreaktoranlagen der obengenannten Art in ihrer baulichen Anordnung mit geringem Aufwand sicherheitstechnisch zu verbessern. Es wird eine Bauweise angestrebt, die weniger anfällig gegen Störungen und für den Fall von Störungen weniger empfindlich gegen Folgeschäden ist.

Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass im Erdreich getrennt vom Betonbehälter mindestens eine weitere aus Beton bestehende Nebenzelle angeordnet ist, die höchstens ein Vierzigstel des Volumens des Betonbehälters aufweist, dass die Nebenzelle im Zuge einer Leitung liegt, mit der Energie aus dem Betonbehälter abgeführt wird, und dass die Nebenzelle eine Absperrarmatur für die Leitung enthält.

Die erfindungsgemässe Ausbildung steht scheinbar in Widerspruch zu der Forderung nach einem geringen Aufwand, zumal man glauben könnte, dass die durch die unterirdische Bauweise gegebene Überdeckung mit dem Erdreich eines Hügels ohnehin bereits einen praktisch vollständigen Schutz zumindest gegen Folgeschäden von Störungen sichert. Tatsächlich aber ermöglicht die Unterbringung von Absperrarmaturen in einer getrennten Nebenzelle erst ein vollständiges Ausnutzen der mit der unterirdischen Bauweise erhöhten Sicherheit, denn auf diese Weise gelingt es, den mit dem Betonbehälter gegebenen Einschluss des aktivitätsführenden Reaktordruckbehälters und des Primärkühlkreises auch im Zuge der Leitung sicher abzusperren. Im Gegensatz zu einer Anordnung von Armaturen innerhalb des Betonbehälters ist es ausgeschlossen, dass Armaturen in der Nebenzelle bei Störfällen im Betonbehälter beschädigt oder sonstwie ausser Betrieb gesetzt werden. Der durch die unterirdische Bauweise besonders sicher erstellte Einschluss wird also durch die Anordnung zusätzlicher Nebenzellen auch im Bereich der Leitungen, die aus der Zentralstelle herausführen, zuverlässig abgesichert.

Mit getrennt ist im Zusammenhang mit der Erfindung gemeint, dass die einzelnen Betongebäude «schwimmend» angeordnet sind, so dass die Erdbewegungen unabhängig

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voneinander folgen können. Insbesondere kann dies durch dazwischenliegende Rohre oder Kanäle sichergestellt sein, die mit beweglichen Anschlüssen versehen sind, wie noch beschrieben wird. Betonbehälter und Nebenzelle sollten im übrigen mindestens überwiegend schalenförmig ausgebildet sein.

Die Nebenzelle besitzt vorteilhaft einen in das Erdreich des Hügels führenden Auslass mit einem Querschnitt von mindestens 1 m2. Damit kann erreicht werden, dass auch bei einem Bruch der Leitung in der Nebenzelle keine Überlastung vorstellbar ist, die etwa einen zu hohen Druck im Inneren der Nebenzelle und damit ihr Bersten verursacht. Der Auslass kann als Ausblaseleitung ausgebildet sein, die mit einem im Inneren der Nebenzelle angeordneten, einseitig wirkenden Absperrorgan versehen ist. Unter Absperrorganen werden dabei nicht nur Rückschlagklappen, sondern zum Beispiel auch Berstscheiben verstanden, die durch eine Stützkonstruktion in der einen Richtung einen kleineren Ansprechdruck als in der anderen aufweisen. Die Ausblaseleitung sollte in einer Kies-schüttung oder in Röhren münden, die in das Hügelinnere führen. Man kann damit die Einleitung von Gasen und Dämpfen, die sonst einen Überdruck verursachen würden, erleichtern, weil die Durchlässigkeit des Hügelmaterials begrenzt ist. Ferner kann man an eine solche Ausblaseleitung ein sekundäres Sicherheitsventil anschliessen, um zum Beispiel bei einem Überdruck in der abzusperrenden Leitung eine Entlastung zu erhalten. Durch eine solche Ausblaseleitung kann aber auch Energie zum Beispiel in Form von Dampf abgeführt werden, der bei einer Notkühlung des Kernreaktors erzeugt wird.

Die Erfindung kann vorteilhaft so weitergebildet werden, dass für mehrere Absperrarmaturen mehrere getrennte Nebenzellen vorgesehen und räumlich um den Betonbehälter verteilt angeordnet sind. Vorzugsweise richtet sich die Zahl der Nebenzellen nach der Zahl der Leitungen, wobei es zweckmässig ist, für Dampfkraftwerke die Frischdampfleitung einerseits und die Speisewasserleitung andererseits als einen Leitungsstrang aufzufassen, der durch eine gemeinsame Nebenzelle geführt wird. Man kann aber auch ausser solchen speziell für die Absperrung vorgesehenen Nebenzellen auch weitere Nebenzellen vorsehen, in denen Hilfsanlagen zum Beispiel für die Notkühlung untergebracht sind, oder aber Nebenanlagen, zum Beispiel Grundwasserfilteranlagen, wenn diese unabhängig von dem Betonbehälter besonders gesichert untergebracht werden sollen.

Die Leitung zwischen dem Betonbehälter und der Nebenzelle ist zweckmässig mit beweglich abgedichteten Rohren umgeben. Dadurch soll nicht nur erreicht werden, dass die Leitung selbst vom Druck des Erdreichs von seinen Bewegungen freibleibt, sondern auch eine Zugänglichkeit für Inspektionen gegeben ist. Die mit Hilfe solcher Rohre, zum Beispiel Betonrohre, aufgebauten Kanäle, in denen die Leitungen verlaufen, sollen also mindestens kriechend für Überwachungspersonal zugänglich sein. Die Rohre sind zweckmässig druckfest ausgebildet, wobei sich die Druckfestigkeit nicht nur nach dem Gewicht des darüberliegenden Erdreichs, sondern auch nach dem denkbaren Innendruck richtet, der etwa im Fall eines Leitungsbruchs entstehen kann. Die an Verbindungsstellen vorgesehenen elastischen Fugenanschlüsse können durch die vorstehend erwähnten Dichtungen, unter Umständen auch durch die Ausbildung der Verbindungsstellen selbst, zum Beispiel in Form von Kugelgelenken, erhalten werden. Dabei ist durch die bewegliche Abdichtung der Rohre, die mit nachgiebigen Dichtungsmaterialien, wie Gummi oder mit undurchlässigen Überdeckungen in Form von Tonschichten oder auch Kunststoffplanen erfolgen kann, dafür gesorgt, dass Relativbewegungen mindestens in dem Rahmen möglich sind, wie sie durch das Setzen des Erdreichs oder durch Erdbeben hervorgebracht werden können. Trotz dieser

Abdichtungen sollten jedoch die Rohre und dabei entstehende Verbindungsöffnungen an Betonbehälter und Nebenzelle oberhalb des maximalen Grundwasserspiegels liegen.

Die Nebenzelle ist zweckmässigerweise nur von ausserhalb des Hügels, nicht aber vom Betonbehälter aus zugänglich. Dadurch soll erreicht werden, dass die Einwirkungen von Störanfällen im Inneren des Betonbehälters nicht auf die Einrichtungen der Nebenzelle wirken können. Andererseits soll es auch unmöglich sein, dass über den Zugang zur Nebenzelle, etwa bei kriegerischen Handlungen oder Sabotage, Störungen in dem Betonbehälter verursacht werden, die Aktivitäten freisetzen könnten.

Aus der Nebenzelle kann vorteilhaft ein Brunnen in Grundwasser führen, das üblicherweise unterhalb der Kernreaktoranlage vorhanden sein wird. Mit einem solchen Brunnen, der in der Nebenzelle geschützt und unbeeinflusst von der Aktivität im Betonbehälter angeordnet ist, kann der Grundwasserspiegel beeinflusst werden, um damit eine Weiterverbreitung von Radioaktivität zu verhindern. Ausserdem kann ein solcher Brunnen aber auch zur Not- und/oder Nachkühlung dienen. Zweckmässigerweise sind mehrere redundante, räumlich getrennte Notkühleinrichtungen in den Nebenzellen untergebracht und strangweise Leitungen zugeordnet, die aus dem Betonbehälter kommen.

Der Hügel dient bei Anlagen nach der Erfindung zum Einschluss, mindestens aber zur Verzögerung von Aktivität, die hypothetisch bei einem Versagen 1. der Primärkomponente des Kernreaktors, 2. der diese einschliessenden Sicherheitshülle und 3. des Betonbehälters austreten könnte. Aber auch für diesen in der Praxis mit grosser Wahrscheinlichkeit ausgeschlossenen Fall kann man mit der Erfindung noch eine Steuerung zur Begrenzung des Schadens vorsehen. Dies geschieht dadurch, dass im Hügel undurchlässige Trennwände, insbesondere aus Ton, Bereiche unterschiedlicher Aktivität für den Fall einer Störung begrenzen und dass die Nebenzelle in einem durch die Trennwände abgeteilten Bereich geringerer Aktivität angeordnet ist. Man erreicht dadurch, dass die Nebenzellen auch für den unwahrscheinlichsten Störfall noch relativ gut zugänglich sind, so dass zum Beispiel der Einschluss der Aktivität im Bereich der Nebenzellen, etwa der durch diese führenden Leitungen kontrollierbar und für Wartungen zugänglich ist. Dabei kann man die für Leitungen vorgesehenen Aussparungen in den Trennwänden wesentlich kleiner machen als die entsprechenden Abmessungen der Nebenzellen selbst, so dass die notwendigen Abdichtungen der Trennwände klein sind. Die Trennwände können auch Anschlüsse an der Nebenzelle überdecken, damit eine zusätzliche Dichtwirkung ausgeübt wird.

Für den Fall der schon angesprochenen Frischdampf- und/ oder Speisewasserleitung sollte in der Nebenzelle ein konischer Befestigungspunkt mit einer an diesem angebrachten Absperrarmatur vorgesehen sein, weil sich mit einem solchen konischen Befestigungspunkt eine mechanisch stabile Anordnung mit einem druckfesten Abschluss gut vereinigen lässt. Aus dem gleichen Grunde empfiehlt es sich, die zum Betonbehälter führende Leitung als Doppelrohr auszubilden. Das Doppelrohr bewirkt, dass bei einem Bruch der Leitung der nach aussen freiwerdende Druck nur auf das Doppelrohr wirkt, das ohne grossen Aufwand ausreichend druckfest ausgebildet werden kann, während sonst mit Druckerhöhungen in dem Betonkanal zu rechnen wäre, die grosse Folgeschäden verursachen könnten.

Wie schon oben ausgeführt, sollen die Nebenzellen nur von aussen zugänglich sein, um Einwirkungen aus dem Bereich des Betonbehälters oder in diesen Bereich hinein zu vermeiden. Aus dem gleichen Grunde ist es günstig, wenn die Nebenzellen nur über druckfreie Zugänge oder druckfest verriegelte Schleusengänge verbunden sind. Ferner helfen in dieser Hinsicht mechanisch feste Schikanen, die das Eindringen fester s

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Körper in die Nebenzelle und damit verbundene Leitungen verhindern.

Obwohl die Nebenzellen mit ihrem kleinen Volumen auch bei einiger räumlicher Entfernung von dem Betonbehälter durch das Erdreich des Hügels im allgemeinen so hoch abgedeckt sein werden, dass mechanische Einwirkungen von aussen unwahrscheinlich sind, kann es vorteilhaft sein, dass das Erdreich des Hügels oberhalb der Nebenzelle eine dichte Deckschicht aufweist, die mit einer verschliessbaren Auslassleitung überbrückt ist. Die verschliessbare Auslassleitung sorgt dabei für eine Entlastungsmöglichkeit beim Ausblasen von Dampf aus der Nebenzelle, das sich bei einem Leitungsbruch ergibt, weil ein im Hügel vorhandenes Luftpolster ausgeschoben werden kann, ohne dass die Deckschicht des Hügels hochgehoben wird.

Zur nähexen Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das in den beiliegenden Figuren gezeichnet ist. Dabei zeigt Fig. 1 eine Ansicht einer Kernreaktoranlage in Hügelbauweise als Ganzes. Die Fig. 2 und 3 zeigen in etwa 4fach kleinerem Masstab Vertikalschnitte, deren Verlauf aus dem in Fig. 4 gezeichneten Grund-riss ersichtlich ist. Fig. 5 iässt in schematischer Darstellung den Verlauf verschiedener Leitungen zur Kühlung, Lüftung usw. erkennen.

In Fig. 1 ist in einem sehr grossen Masstab von zum Beispiel 1:5000 dargestellt, dass eine Kernreaktoranlage in einen Hügel 1 untergebracht ist, der über dem natürlichen Erdboden 2 zu einer Höhe von zum Beispiel 55 m aufgeschüttet ist und die aktivitätsführenden Teile einschliesst. Die Kernreaktoranlage erzeugt Dampf, der in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht in einer Maschinenhalle 3. Die dabei entstehende Abwärme wird in einem Kühlturm 4, der auch ein Trockenkühlraum sein kann, an die Atmosphäre abgegeben.

Die Reaktoranlage umfasst einen Druckwasserreaktor für zum Beispiel 1200 MWe entsprechend etwa 3800 MWth. Ihre aktivitätsführenden Komponenten, d.h. der Primärkühlkreis, sind in einer Sicherheitshülle 5 eingeschlossen, die als Stahlkugel ausgeführt ist, wie zum Beispiel aus der KV/U-Broschüre «Druckwasserreaktor» vom Mai 1975, Bestell-Nr. 295, an sich bekannt ist. Die Stahlkugel 5, die einen ersten dichten Einschluss bildet, ist ihrerseits von einem Betonbehälter 6 eingeschlossen, der der sogenannten Sekundärabschirmung bei bekannten Anlagen entspricht und als Zentralzelle mitten im Hügel 1 liegt. Das Volumen der Zentralstelle beträgt , 210 000 m3. Der Ringraum 7 zwischen der Stahlkugel 5 und dem Betonbehälter 6 enthält Hilfs- und Nebenanlagen, wie durch einen Flutwasserbehälter 8 angedeutet ist (Fig. 2).

Wie man sieht, ist der Betonbehälter 6 in das Erdreich 9 unter die Oberfläche 2 eingelassen. Der Betonbehälter ragt mit seinem Fundament 10 unter den natürlichen Grundwasserspiegel 11 in die wasserdurchlässige Sand- oder Kiesschicht 12 des Erdreichs 9. Der Grundwasserstand ist dabei durch die Oberfläche 13 einer wasserundurchlässigen Mergelschicht 14 bestimmt.

In das Erdreich 9 sind zwei Ringwände 15 und 16 eingelassen, die den als Rotationskörper ausgeführten Betonbehälter 6 konzentrisch umgeben. Die Wände 15 und 16 ragen zum Beispiel gleichmässig 10 m tief in die wasserundurchlässige Schicht 14 und reichen oben, wie insbesondere die Fig. 3 zeigt, bis zur Oberfläche 2 des Erdreichs 9. Sie bestehen aus einer beispielsweise 0,6 m dicken Bentonitschicht, die als wasserundurchlässig gelten kann.

Die Wände schliessen einen auch als Ringzone bezeichneten Zwischenraum 17 zwischen sich und einen den Betonbehälter 6 aufnehmenden Innenraum 18 ein. Der Innenraum 18 steht mit einem den grössten Teil des Hügels 1 ausmachenden was-ser- und gasdurchlässigen Kiesvolumen 19 in Verbindung. Von diesem Teil des Hügels 1 ist der Betonbehälter 6 lediglich durch eine zum Beispiel 3 m dicke Tonschicht 20 abgetrennt, die als Kappe auf dem oberen Bereich 21 des Betonbehälters 6 sitzt. Die Kappe 20 sorgt dafür, dass auch bei Rissen des Betonbehälters Gase oder Flüssigkeiten nicht unmittelbar unter der Kuppe 22 des Hügels 1 austreten können, weil sie nur unterhalb des Kappenrandes in die unteren Bereiche des Hügels gelangen, so dass sie vor dem Austreten ins Freie das gesamte Hügelvolumen als Filter passieren müssen.

Auf dem Kiesvolumen 19 sitzt eine den oberen Bereich des Hügels bildende Tonschicht 23, die ebenfalls eine Stärke von 3 oder 4 m haben kann. Die Tonschicht 23 erstreckt sich über die gesamte Oberfläche des Hügels 1 bis zu seinem Rand 24, wo die Tonschicht 23 auf den Erdboden 2 trifft. Sie bildet einen selbstheilenden gasdichten Abschluss für das gasführende Kiesvolumen 19. Ihre mechanische Unverletzlichkeit wird durch eine 1 bis 2 m dicke Betonschicht (Zerschellerschicht) 25 hergestellt, die mit einem Fundamentring 26 im Erdreich 9 verankert ist. Die Zerschellerschicht 25 kann unter Umständen auch aus Steinen oder einzelnen Betonelementen zusammengefügt oder aufgeschüttet sein, denn es kommt vor allem darauf an, dass sie unmittelbare äussere Einwirkungen auf die Tonschicht 23 verhindert.

Der Grundriss nach Fig. 4 lässt erkennen, dass das Kiesvolumen 19 im Hügel 1 durch eine aus Ton bestehende, 3 m dicke vertikale Trennwand 27 in zwei verschieden grosse Zonen 28 und 29 unterteilt ist. Die grössere Zone 28 umschliesst den Betonbehälter 6, denn die Wand 27 ist mit einem Bogen 30, der im Grundriss zwischen den Wänden 15 und 16 verläuft, um den Betonbehälter herumgeführt.

Die kleinere Zone 29 enthält sämtliche Zugänge, die durch den Hügel 1 zum Betonbehälter 6 führen. Zu diesen zählt einmal ein Hauptstollen 31, der an der in die Sicherheitshülle 5 führenden Materialschleuse 32 endet. Der Hauptstollen 31 wird nur für den bei Reparaturen erforderlichen Transport von Grosskomponenten benötigt. Er ist deshalb im Normalbetrieb durch Sperriegel 33 aus Beton verschlossen, die in die Betonwand 34 des Hauptstollens 31 eingelassen sind. Der verbleibende Raum ist mit Ton aufgefüllt, wie die Fig. 2 und 4 zeigen.

Der Hauptstollen 31 steht über einen abgewinkelten Nebenstollen 35 mit dem Hügelrand 24 in Verbindung. Zu diesem sind Verschlüsse 36 vorgesehen, die eine Sperrung des Stollens bei Bedarf ermöglichen. Die Verschlüsse umfassen Zylinder 37 mit einer Durchgangsöffnung 38, die durch Verdrehen um 90° gegenüber der gezeichneten Lage versperrt werden kann. Ferner schliesst sich an den Hauptstollen 31 ein Nebenstollen 39 an, der in den Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 führt. Auch dieser Nebenstollen enthält einen Verschluss 40 in Form eines drehbaren Zylinders mit einer Durchgangsöffnung.

An den Hauptstollen 31 ist noch ein weiterer Nebenstollen 41 angeschlossen, der über einen Verschluss 42 zu einem Notstandsgebäude 43 führt. Das Notstandsgebäude ist ein fester Betonbau und enthält in geschotteten Einzelkammern 44 die für den Notbetrieb erforderlichen Notstandsaggregate, zum Beispiel Notstromdiesel und Notkühleinrichtungen,

soweit diese nicht im Ringraum 7 angeordnet sind.

In zwei weiteren Kammern 45 des Notstandsgebäudes ist je eine Pumpeinrichtung mit Filterstation angeordnet, wie aus Fig. 3 näher ersichtlich wird. Die Kammern 45 ragen, wie Fig. 4 zeigt, über die an dieser Stelle ausgebuchtete äussere Wand 15. Deshalb kann eine mit einem Schacht 46 umgebene Tauchpumpe 47 aus dem Zwischenraum 17 Grundwasser ansaugen und über die Filterstation 48 in den Raum ausserhalb der Wand 15 drücken. Dadurch ergibt sich in den Räumen 17 und 18 ein niedrigerer Grundwasserspiegel 49. Dieser «Unterdruck» verhindert, dass etwaige Radioaktivität mit dem Grundwasser aus dem mit der Wand 15 umschlossenen Bereich herausgespült werden könnte. Die Filterstation 48, die

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Drahtfilter, Zellulosefilter und Aktivkohlefilter umfassen kann, sorgt für die gewünschte Reinheit des nach aussen geförderten Wassers.

Die Filterstation 48 kann auch dann benutzt werden, wenn mit einer weiteren Leitung 50 Grundwasser gefördert werden soll, die durch einen schrägen Schacht 51 in den Innenraum führt. So kann man aus dem Innenraum 18 in den ausserhalb der Wand 15 gelegenen Teil des Erdreichs 9 Grundwasser pumpen, das durch die Filterstation 48 läuft. Die Leitung 50 kann ausserdem dazu dienen, aus dem Ringraum 17 in den Innenraum 18 zu pumpen, wenn eine Überlastung der Filter die Abgabe aktivitätsfreien Wassers nach aussen verhindern sollte. Dies könnte jedoch nur bei einem völlig unwahrscheinlichen schweren Störfall eintreten, wenn der Reaktorkern durch den Betonbehälter hindurchschmelzen sollte.

Beim Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass der Primärkreis des Druckwasserreaktors im Inneren der Sicherheitshülle 5 vier Dampferzeuger umfasst. Von diesen gehen vier Dampfleitungen 52, 53, 54 und 55 aus, wie in Fig. 4 zu sehen ist, die mindestens im Ringraum 7 als Doppelleitungen ausgeführt sind und durch getrennte Stollen 56 von dem Betonbehälter 6 zur Maschinenhalle 3 führen. Die Stollen werden von Betonröhren gebildet, die im Erdreich schwimmen und über elastische Dichtungen flexibel verbunden sind. Sie sind abgewinkelt ausgeführt, um eine unmittelbare Einwirkung von aussen auf den Betonbehälter 6 zu vermeiden. Ausserdem sind im Bereich von Schikanen 57, die auch zur Abstützung und Festlegung der Dampfleitungen dienen, kleinere Verschlüsse

58 vorgesehen, mit denen der zur Kontrolle der Leitungen 52 bis 55 dienende begehbare Teil der Stollen 56 abgesperrt werden kann. Parallel zu den Frischdampfleitungen 52 bis 55 werden Speisewasserleitungen 59 durch die Stollen 56 geführt, wie in Fig. 2 angedeutet ist.

Die Stollen 56 für die Verbindungsleitungen 52 bis 55 und

59 verlaufen ebenso wie der Hauptstollen 31 und die Nebenstollen 35, 39 und 41 ausschliesslich durch die Zone 29. Im Verlauf der Stollen 56 liegt an dem dem Betonbehälter 6 zugekehrten Ende unmittelbar an der Trennwand 27 jeweils eine Betonzelle 60. Die vier Betonzellen 60 sind gleich ausgebildet und ausgerüstet. Es handelt sich um druckfeste Schalenbauwerke in Form eines vertikalen Zylinders mit halbkugelför-miger Decke, die für einen Innendruck von 15 bar ausgelegt sind. Ihr Volumen beträgt mit 1700 m3 nur 1/120 des Volumens des Betonbehälters 6. Betonzellen 60 und Stollen 56 liegen oberhalb des Grundwasserspiegels 11, so dass auch die elastisch abgedichteten Verbindungsöffnungen grundwasserfrei bleiben. Zugleich ist durch konische Befestigungspunkte der als Doppelleitungen ausgeführten Druckleitungen 52 bis 55 und 59 für eine druckfeste Schottung im Bereich der Betonzellen 60 gesorgt.

Die Betonzellen 60 enthalten als Nebenzellen getrennt von dem Betonbehälter 6 die für den Betrieb der Anlage notwendigen Armaturen, die weitgehend an dem genannten Befestigungspunkt angebracht sind, wie zum Beispiel in der DE-Patentanmeldung P 25 31 168.6 näher beschrieben ist. Zu diesen zählt ein als Eckventil ausgebildetes Absperrventil 61 im Zuge der Dampfleitungen 52 bis 55, an das ein Sicherheitsventil 62 angeschlossen ist. Von dem Sicherheitsventil 62 führt eine Ausblaseleitung 63 aus der Nebenzelle 60 zu einer Kies-schüttung 64, die, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, über die eine Hälfte der Zone 29 reicht und mit jeder der Nebenzellen 60 in Verbindung steht. In die Kiesschüttung 64 führen ferner von Rohren 65 gebildete Auslassöffnungen mit einem Querschnitt von 5 m2, die mit Membranen 66 verschlossen sind. Dadurch ist eine Entlastung etwa bei einem Bruch der 70 bar-Frisch-dampfleitung in der Nebenzelle soweit sichergestellt, dass ihr zulässiger Innendruck nicht überschritten wird. Über die Leitung 63 kann bei Störfällen auch aktivitätsführender Dampf aus dem Sicherheitsventil 62 zur Entlastung abgefahren werden.

Jeder der Nebenzellen 60 ist in gleicher Weise ein Tiefbrunnen 67 zugeordnet. Aus diesem kann aktivitätsfreies Grundwasser mit einer Pumpe 68 angesaugt werden, das einem sogenannten Tertiärverdampfer 69 zugeführt wird. Die Tertiärverdampfer 69 können mit Frischdampf (Sekundärdampf) aus den Leitungen 52 bis 55 beaufschlagt werden. Deshalb kann mit den Tertiärverdampfern 69 Wärme abgeführt werden, wenn die normale Wärmesenke der Turbinen und auch die Anlagennachkühlung ausfallen sollte. Da diese Wärmeabfuhr über die Tertiärverdampfer von dem Sekundärkreis des Kernreaktors getrennt ist, kann der Dampf über eine Ausblaseleitung 70 mit einem Absperrventil 71 unmittelbar ins Freie zu einem Schalldämpfer 72 auf der Hügeloberfläche abgegeben werden, weil keine Aktivität ausgetragen werden kann. Für die stossartige Abfuhr kleinerer Wärmemengen aus dem Sicherheitsventil 62 kann man auch in jeder der Nebenzellen 60 einen Abblasetank anordnen, der in bekannter Weise teilweise mit Wasser gefüllt und zur Dampfkondensation eingerichtet ist.

Dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 ist eine Ventilanordnung 74 zugeordnet, die zu Ausblaseleitungen 75 führt. Die Ventilanordnung 74 soll bewirken, dass der Betonbehälter 6 auch dann nicht zersprengt werden kann, wenn bei Unfällen Dampf aus der Sicherheitshülle 5 austritt, so dass die Druckfestigkeit des Betonbehälters überschritten zu werden droht. Diese ist insbesondere definiert durch den Auflagedruck der Hügelbaustoffe. Beispielsweise erzeugt eine 20 m hohe Überschüttung mit dem spezifischen Gewicht 2 t/m3 einen Aussenüberdruck von etwa 4 bar auf den Betonbehälter 6. Dieser Druck entlastet die gewölbeartige Betonschale von Zugspannung, solange der innere Überdruck keinen höheren Wert erreicht. Vorzugsweise umfasst die Ventilanordnung ein oder mehrere Sicherheitsventile mit relativ niedrigem Ansprechüberdruck von zum Beispiel 1 bar und kleinem Ausblasequerschnitt. Damit können die geringen Luft- und Dampfmengen abgegeben werden, wie sie in der Anfangsphase des hypothetischen Versagens der Sicherheitshülle zu erwarten sind. Zusätzlich sind aber noch Sicherheitsventile mit grossem Ausblasequerschnitt und höherem Ansprechdruck vorgesehen.

Mit dieser Auslassmöglichkeit, die beispielsweise einen doppelt so grossen Querschnitt aufweist, kann ein Zersprengen des Betonbehälters 6 auch dann vermieden werden, wenn bei stärkerer Aufheizung im Fall des Kernschmelzens durch plötzlichen Einbruch etwa des aus dem Brennelementbecken stammenden Wasservolumens schlagartig grosse Dampfmengen entstehen, die das Speichervermögen des Betonbehälters übersteigen.

Die Ausblaseleitungen 75 führen zu einer grossen Kiesschüttung 76 in der Zone 28. Von dort aus kann sich der Dampf in dem Kiesvolumen 19 des Hügels verteilen. Dies sorgt für eine Filterung und eine Kondensation des Dampfes, so dass keine radioaktiven Teile unmittelbar ins Freie gelangen können. Dabei ist durch zwei gasdichte Kunststoffolien 77 und 78, die praktisch parallel zueinander verlaufen, dafür gesorgt, dass die Radioaktivität auch durch Wasser, das zum Beispiel als Kondensat entsteht, nicht in das freie Grundwasser gespült werden kann. Die Kunststoffolien 77 und 78 bilden vielmehr mit ihrer leicht konischen Anordnung Abiaufflächen, mit denen solches Wasser im Normalfall in den inneren Bereich 18 der Wand 16 geführt wird. Für den Fall, dass die Kunststoffolie 77, die auf einer unteren Tonschicht 79 aufliegt, verletzt sein sollte, garantiert die in der Tonschicht 79 verlaufende untere Kunststoffolie 78, dass sich Leck- oder Regenwasser aus dem Bereich 19 nur in den Zwischenraum 17 ergiessen kann.

Im oberen Bereich des Kiesvolumens 19, d.h. unterhalb der s

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Tonschicht 23, können Durchlässe vorgesehen sein, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Zu diesem Zweck ist eine halbkreisförmige Schüttung 80 aus grobem Kies vorgesehen, die einen Sammelraum in der Zone 28 bildet. Dort beginnt eine durch die Tonschicht 23 und die Zerschellerschicht 25 nach aussen führende Leitung 81 mit einem Absperrventil 82, das über eine Spindel 83 von Hand betätigt werden kann. Der Auslass der Leitung 81 ist mit einer Haube 84 abgedeckt, die als Regenwasserschutz dient. Die Haube sorgt aber zugleich für einen mechanischen Schutz der Leitung 81. Der Bereich 29 kann ebenfalls mit einer Kiesschüttung 85 versehen sein, die an der höchsten Stelle dieses Bereichs angeordnet ist und einen Sammelraum für eine Auslassleitung 86 mit einem Ventil 87 und einer Abdeckhaube 88 bildet.

Die Auslassleitungen 81 und 86, die auch einzeln vorgesehen sein können, ermöglichen eine Druckentlastung des Hügels 1 von Luft, die bei einem Störfall verdrängt werden könnte, damit ein Aufbrechen der Tonschicht 23 vermieden wird. Dabei können die Ventile 82 und 87 zum Beispiel druckabhängig gesteuert sein, indem sie bei grösseren Überdrücken als 0,5 bar und bei grösseren Unterdrücken als 0,2 bar geöffnet werden. Sie können aber ausserdem eine aktivitätsabhängige Betätigung aufweisen, mit der ein Verschluss unabhängig vom Druck dann erhalten wird, wenn dieses ausströmende Medium radioaktiv sein sollte.

Mit 89 ist ein Sicherheitsventil bezeichnet, das die Sicherheitshülle 5 beispielsweise bei einem Überdruck von 5 bar in den Betonbehälter 6 hinein entlastet. Dieses Sicherheitsventil 89 soll vermeiden, dass bei einem Versagen der Notkühlung und gleichzeitigem Bruch einer druckführenden Leitung in der Sicherheitshülle 5 deren Druck über den Auslegungsdruck (6 bar) ansteigt. Der Energieinhalt der Sicherheitshülle 5 wird auf einen Wert begrenzt, der auch bei plötzlichem Versagen der Sicherheitshülle vom Betonbehälter 6 (4 bar) aufgenommen werden kann. Die Leitungsquerschnitte der mit niedrigem Ansprechdruck ausgelegten Ventile der Ventilanordnung 74 können deshalb stark gedrosselt sein auf beispielsweise vier Öffnungen mit 20 cm Durchmesser, da nur noch die Nachwärmeenergie des schon länger stillstehenden Reaktors freigegeben werden muss. Dies ermöglicht eine ruhige Dampfkondensation im Kiesvolumen 19 und einen nur mässig starken Anfall von Abluft in der Leitung 81, so dass auch deren Querschnitt klein bleiben kann (4 X 20 cm).

Der Betonbehälter 6 ist in der schematischen Darstellung der Fig. 5 mit unterschiedlicher Wandstärke gezeichnet. Damit soll angedeutet sein, dass er in seinem unteren Teil eine mechanisch feste Wanne 93 und im oberen Bereich eine ebenfalls mechanisch feste Kappe 94 bildet. Dagegen kann in einem mittleren Bereich 95 eine gewisse Durchlässigkeit bei Überbeanspruchungen gegeben sein. Die Betonkappe 94 besteht aus einer hitzebeständigen Betonsorte und trägt die Tonschicht 20.

Wie man sieht, ist das Innere 96 der kugelförmigen Sicherheitshülle 5 über Sicherheitsventile 89 mit dem Ringraum 7 zwischen der Sicherheitshülle 5 und dem Betonbehälter 6 verbunden. Ihr Ansprechwert soll zwar so hoch wie möglich liegen, andererseits aber sicherstellen, dass die Sicherheitshülle 5 bei ansteigendem Druck nie plötzlich aufgesprengt werden kann, weil zuvor eine Entlastung über die Sicherheitsventile 89 stattfindet.

Demgegenüber ist der Ringraum 7 im Bereich 95 des Betonbehälters 6 über die Ventilanordnung 74 mit der sogenannten hochaktiven Zone 28 des Kiesvolumens 19 verbunden. Die Ventile 74 haben zum Beispiel einen Ansprechüberdruck von 4 bar. Die Zone 28 ist wiederum über druckabhängig offenbare Ventile 81 mit der Atmosphäre oberhalb des Hügels 1 verbunden, die einen Ansprechüberdruck von 0,5 bar aufweisen. Damit soll verhindert werden, dass der Hügel im Bereich der als Dichthaut dienenden Tonschicht 23 aufgebrochen werden kann, so dass Gase oder Dämpfe konzentriert entweichen. Bei grösserem Gewicht der Tonschicht 23 und/ oder der diese abdeckenden Zerschellerschicht 25 kann der Ansprechwert der Sicherheitsventile 81 auch höher gewählt werden.

Im Innenraum 18 innerhalb der inneren Wand 16 ist ein Brunnen 98 vorgesehen, aus dem eine Pumpe 99 ansaugen kann. Die Pumpe fördert nur bei Störfällen, die die Sicherheitshülle 5 und den Betonbehälter 6 bedrohen. Dabei gelangt das Wasser über eine Rückschlagklappe 100 und ein Stellventil 101 zu einer Sprüheinrichtung 102, die den oberen Bereich der Sicherheitshülle 5 kühlen kann, so dass in der Sicherheitshülle eine Druckabsenkung erreicht werden kann. Die Pumpe 99 kann ferner über ein Stellventil 103 und ein Filter 104 in den Zwischenraum 17 zwischen den beiden Wänden 15 und 16 fördern. Im Zwischenraum 17 ist der Brunnen 105 mit der Tauchpumpe 47 vorgesehen, die über die Filterstation 48 Grund- und Leckwasser in den ausserhalb der Wand 15 gelegenen Bereich der grundwasserführenden Schicht 12 fördert, wie durch die Leitung 106 angedeutet ist.

Ein weiterer Brunnen 107, der redundant vierfach angelegt ist und für zum Beispiel 4x150 m3/h ausgelegt ist, dient zur Speisung einer Pumpe 108. Von dieser kann über eine Leitung 109 mit einer Rückschlagklappe 110 und einem Stellventil 111 die Sprüheinrichtung 102 beaufschlagt werden. Ferner speist die Pumpe 108 Kühler oder Zwischenwärmetauscher 112, die zum Beispiel zur Kühlung von Notstromdieseln benötigt werden. Das aus dem Kühler 112 kommende Wasser kann bei Bedarf noch dem Tertiärverdampfer 69 zugeführt werden, mit dem die Energie der Kernreaktoranlage für den Fall, dass die normalen Wärmesenken ausfallen, zur Erzeugung von Dampf benutzt wird. Der dabei erzeugte Dampf kann über ein Stellventil 114 und eine Rückschlagklappe 115 zu der Ausblaseleitung 70 geleitet werden.

Der Tertiärverdampfer 69 ist über eine Leitung 117 an die Frischdampfleitung 52 angeschlossen, die im Normalfall über das Absperrventil 61 zur Turbine führt. Das Sicherheitsventil 62 an der Frischdampfleitung 52 ermöglicht das Ausblasen von Dampf in die sogenannte schwachaktive Zone 29 des Kiesvolumens 19, wie durch die Leitung 63 angedeutet ist. Dabei kann durch das Überdruckventil 87 die im Erdreich normalerweise vorhandene Luft abgelassen werden, wenn der Uberdruck beim Einleiten des Dampfes 0,5 bar übersteigt.

Die Pumpe 108 für den Kühler 112 und den Tertiärverdampfer 69 ist zusammen mit der Absperreinrichtung 61 der Frischdampfleitung 52 und dem an diese angeschlossenen Sicherheitsventil 62 in der in Fig. 5 strichpunktiert angedeuteten Nebenzelle 60 untergebracht, die im Erdreich des Hügels liegt, wie die Fig. 2 bis 4 zeigen. Diese Nebenzelle enthält auch eine weitere Pumpe 118, mit der das im Tertiärverdampfer 69 anfallende Kondensat (Speisewasser) zum Dampferzeuger über eine Leitung 119 zurückgefördert wird.

Beim Ausführungsbeispiel ist dargestellt, dass das Sicherheitsventil 89 der Sicherheitshülle 5 in den Ringraum 7 führt, aus dem weitere Sicherheitsventile der Ventilanordnimg 74 eine Entlastung ermöglichen. Man kann aber auch eine direkte Entlastungsleitung aus der Sicherheitshülle 5 in die «hochaktive» Zone 29 des Kiesvolumens 19 vorsehen, damit ohne Beeinträchtigung der Zugänglichkeit des Ringraumes 7 eine Druckentlastung für die Sicherheitshülle geschaffen werden kann.

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IS

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B

4 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

622 053

1. Kernreaktoranlage mit einem unter dem Erdreich eines Hügels liegenden Betonbehälter für den Einschluss des Reaktordruckbehälters und des Primärkühlkreises, dadurch gekennzeichnet, dass im Erdreich (9) getrennt vom Betonbehälter (6) mindestens eine weitere aus Beton bestehende Nebenzelle (60) angeordnet ist, die höchstens ein Vierzigstel des Volumens des Betonbehälters (6) aufweist, dass die Nebenzelle (60) im Zuge einer Leitung (52) liegt, mit der Energie aus dem Betonbehälter (6) abgeführt wird, und dass die Nebenzelle (60) eine Absperrarmatur (61) für die Leitung (52) enthält.

2. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenzelle (60) überwiegend schalenförmig ausgebildet ist.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenzelle (60) einen in das Erdreich (9) des Hügels (1) führenden Auslass (65) mit einem Querschnitt von mindestens 1 m2 aufweist.

4. Kernreaktoranlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass für mehrere Absperrarmaturen (61) mehrere getrennte Nebenzellen (60) vorgesehen und räumlich um den Betonbehälter (6) verteilt angeordnet sind.

5. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (52) zwischen dem Betonbehälter (6) und der Nebenzelle (60) mit beweglich abgedichteten Rohren umgeben ist.

6. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre druckfest ausgebildet sind und dass an Verbindungsstellen elastische Fugenanschlüsse vorgesehen sind.

7. Kernreaktoranlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Rohre und Verbindungsstellen an dem Betonbehälter (6) und der Nebenzelle (60) oberhalb des maximalen Grundwasserspiegels (11) liegen.

8. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenzelle (60) nur von ausserhalb des Hügels (1) zugänglich ist.

9. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Nebenzelle (60) ein Brunnen (67) als Teil einer Notkühleinrichtung in das Grundwasser führt.

10. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere redundante, räumlich getrennte Notkühleinrichtungen in den Nebenzellen (60) untergebracht und strangweise den Leitungen (52) zugeordnet sind.

11. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Hügel (1) undurchlässige Trennwände (27), insbesondere aus Ton, Bereiche (28,29) unterschiedlicher Aktivität für den Fall einer Störung begrenzen und dass die Nebenzelle (60) in einem durch die Trennwände (27) abgeteilten Bereich (29) geringerer Aktivität angeordnet ist.

12. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nebenzelle (60) ein konischer Befestigungspunkt für die Absperrarmatur (61) im Zuge einer Frischdampf- und/oder Speisewasserleitung (52 bis 55, 59) vorgesehen ist.

13. Kernreaktoranlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Nebenzelle (60) zum Betonbehälter (6) führende Leitung (52 bis 55 und 59) als Doppelrohr ausgebildet ist.

14. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nebenzelle (60) ein Sicherheitsventil (62) für die Frischdampfleitung angeordnet ist, dessen Ausblaseleitung (63) in das Erdreich des Hügels (1) führt.

15. Kernreaktoranlage nach Anspruch 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenzelle (60) mit einer Kiesschüt-tung (64) in Verbindung steht, in die die Ausblaseleitung (63) und/oder der Auslass (65) mündet.

16. Kernreaktoranlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nebenzellen (60) nur über druckfest verriegelbare Stollen (56) miteinander verbunden sind.

17. Kernreaktoranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine ebenso hohe Uberdeckung der Nebenzelle durch den Hügel (1) wie die des Betonbehälters (6).