CH627869A5 - CORE REACTOR SYSTEM WITH A COLLECTING DEVICE FOR MELTING FUEL ELEMENTS OF A REACTOR CORE. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage mit einer Auffangvorrichtung für schmelzende Brennelemente eines Reaktorkernes, mit einer unterhalb des Reaktorkernes angeordneten Rutsche, deren Flächenausdehnung mindestens der Grundfläche des Reaktorkernes entspricht und zu einer unterhalb des Reaktorfundaments horizontal angeordneten, grossflächigen Auffangwanne für die abgesunkenen Brennelemente führt, wobei die Rutsche oberhalb des hochstehenden Randes der Auffangwanne mündet. The invention relates to a nuclear reactor plant with a collecting device for melting fuel elements of a reactor core, with a slide arranged below the reactor core, the surface area of which corresponds at least to the base area of the reactor core and to a large-area collecting trough arranged horizontally below the reactor foundation for the sunken fuel elements, the slide opens out above the raised edge of the sump.
Bei Kernreaktoren oder anderen Kernkraft-Anlagen muss verhindert werden, dass strahlendes Material in die Umgebung austritt. Insbesondere muss vermieden werden, dass beim «Durchgehen» eines Kernreaktors schmelzende Brennelemente in das Erdreich absinken, weil hierdurch auf lange Dauer eine lebensbedrohende Umweltschädigung entstehen kann. Nuclear reactors or other nuclear power plants must prevent radiant material from escaping into the environment. In particular, it must be avoided that melting elements sink into the ground when a nuclear reactor "goes through" because this can result in life-threatening environmental damage in the long term.
Bei einer aus DE-OS 26 14 187 bekannten Auffangvorrichtung der genannten Art ist die Auffangwanne ortsfest und zentral direkt unter dem Reaktorkern angeordnet. Schmelzende Brennelemente sinken deshalb über die Rutsche direkt in die Auffangwanne bzw. auf die Spitzen von darin vorgesehenen Neutronengiftstäben. Bei den hohen möglichen Temperaturen (2800 °C) schmelzen diese ebenfalls und werden damit unbrauchbar. Die Auffangwanne ist relativ klein, aber so bemessen, dass sich die geschmolzenen Reaktorkernteilchen nicht zu einer kritischen Masse vereinigen können. Reicht der kleine, in der Auffangwanne bereitgestellte Raum zur Aufnahme der schmelzenden Brennelemente nicht aus, so muss auch die Rutsche schmelzendes Material aufnehmen, was die Gefahr des Durchschmelzens und der Bildung einer kritischen Masse im Bett unter der Rutsche und der Auffangwanne mit sich bringt. Die in diesem Bett vorgesehene Ziegelauskleidung bietet ebenfalls keinen zufriedenstellenden Schutz. Alles in allem erscheint der durch die bekannte Auffangvorrichtung vorgesehene Katastrophenschutz noch nicht ausreichend. In a collecting device of the type mentioned known from DE-OS 26 14 187, the collecting trough is arranged in a stationary and central manner directly under the reactor core. Melting fuel elements therefore sink directly via the chute into the collecting trough or onto the tips of the neutron poison sticks provided therein. At the high possible temperatures (2800 ° C) these also melt and become unusable. The drip pan is relatively small, but dimensioned so that the molten reactor core particles cannot combine to form a critical mass. If the small space provided in the drip tray is not sufficient to accommodate the melting fuel elements, the slide must also absorb melting material, which entails the risk of melting and the formation of a critical mass in the bed under the slide and the drip tray. The brick lining provided in this bed also does not provide satisfactory protection. All in all, the disaster protection provided by the known safety device does not yet seem sufficient.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Kernreaktoranlage eine Auffangvorrichtung zu schaffen, welche grösstmögliche Sicherheit gegen Eindringen von spaltbarem Material in das Erdreich im Bereich eines Kernreaktors oder einer Kernkraft-Anlage bietet. The invention has for its object to provide a collecting device in a nuclear reactor plant which offers the greatest possible security against penetration of fissile material into the soil in the area of a nuclear reactor or a nuclear power plant.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind gemäss der Erfindung die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. To achieve this object, the features of claim 1 are provided according to the invention.
Mit der Erfindung soll erreicht werden, dass im Falle eines zu einem Absinken der Brennelemente führenden Unfalls bzw. «Durchgehens» des Reaktors die Brennelemente zunächst von dem Reaktorfundament aufgehalten werden und erst dann über die Rutsche zu der Ablagerungsvorrichtung geführt werden, die so konzipiert ist, dass sie strahlendes Material auch dann, wenn dieses sich im Schmelzzustand befindet, sicher auffängt und derart verteilt, dass es sich nicht zu einer kritischen Masse verdichten kann. The aim of the invention is to ensure that, in the event of an accident or "runaway" of the reactor which leads to a lowering of the fuel elements, the fuel elements are first stopped by the reactor foundation and only then are led via the chute to the deposition device, which is designed in such a way that that it securely collects and distributes radiant material even when it is in the melt state in such a way that it cannot condense to a critical mass.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ablagerungsvorrichtung eine unterhalb des Reaktorfundaments horizontal angeordnete, drehbare Karussellwanne grossen Durchmessers ist, und dass die Rutsche oberhalb eines hochstehenden Umfangsrandes der Karussellwanne mündet. In one embodiment of the invention, it is provided that the depositing device is a large diameter, rotatable carousel trough which is arranged horizontally below the reactor foundation, and that the slide opens out above a raised peripheral edge of the carousel trough.
Um eine gleichmässige Verteilung des strahlenden Materials in der Karussellwanne zu erreichen, kann diese am Umfang ihres Bodens auf einem Kugellager gelagert und mittels eines Druckmittelantriebes in langsame Drehung versetzbar sein. In order to achieve a uniform distribution of the radiating material in the carousel trough, it can be mounted on a ball bearing on the circumference of its base and can be set in slow rotation by means of a pressure medium drive.
Anderseits ist bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass die Rutsche drehbar und die Auffangwanne konzentrisch zum Reaktorkern angeordnet ist. On the other hand, it is provided in a further exemplary embodiment of the invention that the slide can be rotated and the collecting trough is arranged concentrically to the reactor core.
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Die Auffangwanne wird vorteilhaft so gestaltet sein, dass sie ein «Durchbrennen» des strahlenden Materials durch ihre Wandung praktisch ausschliesst. Dies wird gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht, dass die Karussellwanne aus einem dickwandigen korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächen-beschichtung aus feuerfest verglastem Iridustrieporzellan besteht. The collecting trough will advantageously be designed in such a way that it practically excludes the “burning” of the radiating material through its wall. According to a further advantageous embodiment of the invention, this is achieved in that the carousel pan consists of a thick-walled, corrosion-resistant material, such as stainless steel, with a surface coating of fireproof, glazed iridustrial porcelain.
Um mit Sicherheit sämtliche im Reaktorkern enthaltenen Brennelemente im Falle eines Absinkens auffangen zu können, hat die Rutsche vorzugsweise eine Breite in der Grössenord-nung der doppelten Breite des Reaktorkerns. Zweckmässig führt die Rutsche von einer Stelle am Reaktor-Fundament vertikal nach unten und geht über einen gekrümmten Übergangsbereich in einen waagerechten, auf einem Umfangsbereich der Ablagerungsvorrichtung gleitend abgestützten Mündungsbereich über. In order to be able to collect with certainty all the fuel elements contained in the reactor core in the event of a sink, the chute preferably has a width of the order of twice the width of the reactor core. The slide expediently leads vertically downward from a point on the reactor foundation and merges via a curved transition region into a horizontal mouth region which is slidably supported on a peripheral region of the deposition device.
Zweckmässig ist die Rutsche im Querschnitt wannenförmig gewölbt und besteht aus einem korrosionsfesten Material, wie nichtrostendem Stahl, mit einer Oberflächenbeschichtung aus feuerfest verglastem Industrieporzellan. The slide is appropriately curved in the shape of a tub and consists of a corrosion-resistant material, such as stainless steel, with a surface coating of refractory glazed industrial porcelain.
Der Boden der Ablagerungsvorrichtung ist vorzugsweise bis zu etwa zwei Dritteln ihrer wirksamen Höhe mit Schicht aus fallbremsendem Material und Füllstoff, vorzugsweise aus einer homogenen Mischung von 'A Glassplittern, 2A Zement, 'A Stahlkuben als Bremselemente und2A Schwerspat als Füllstoff belegt. The bottom of the deposition device is preferably covered up to about two thirds of its effective height with a layer of fall-retardant material and filler, preferably a homogeneous mixture of 'A glass splinters, 2A cement,' A steel cubes as braking elements and 2A heavy spar as filler.
Um einen zusätzlichen Schutz zu schaffen, ist gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass eine zusätzliche Schutzwanne vorgesehen ist, deren Boden sich unterhalb der Rutsche und der Ablagerungsvorrichtung erstreckt und die mit ihrem oberen Rand in Gestalt einer über die Erdoberfläche ragenden Mauer sämtliche strahlendes Material enthaltende Bauwerke des Reaktors umschliesst. In order to provide additional protection, it is provided according to a further embodiment of the invention that an additional protective trough is provided, the bottom of which extends below the slide and the depositing device and which, with its upper edge in the form of a wall protruding above the earth's surface, contains all the radiating material enclosing structures of the reactor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen: An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to schematic drawings. Show it:
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Auffangvorrichtung für einen Kernreaktor; 1 shows a section through a collecting device for a nuclear reactor.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Auffangvorrichtung nach Fig. 1, wobei eine zusätzliche Schutzwanne sowie Erdreich oberhalb der Ablagerungsvorrichtung und der Rutsche nicht dargestellt ist; FIG. 2 shows a schematic top view of the collecting device according to FIG. 1, an additional protective trough and soil above the depositing device and the slide not being shown;
Fig. 3 eine Teilansicht der Rutsche, in Richtung des Pfeils III in Fig. 1 gesehen. Fig. 3 is a partial view of the slide, seen in the direction of arrow III in Fig. 1.
Die Auffangvorrichtung erstreckt sich im wesentlichen unterhalb der Bauwerke eines Kernreaktors 1 mit einem innerhalb der Kuppel 2 angeordneten Reaktorkern 3 mit Brennstäben 4. An das Fundament 5 der Reaktorkuppel 1 schliesst eine zunächst vertikal nach unten verlaufende Rutsche 6 an, die über einen gekrümmten Ubergangsbereich 7 in einen waagerechten Mündungsbereich 8 übergeht. Im gekrümmten Ubergangsbereich ist die Rutsche 9 durch ein Fundament 9 abgestützt. Die Rutsche ist im Querschnitt wannenförmig (Fig. 3) und hat eine Breite von etwa der doppelten Breite des Reaktorkerns 3, unter dem sich der Übergangsbereich 7 flächendeckend erstreckt (Fig. 2). The collecting device extends essentially below the structures of a nuclear reactor 1 with a reactor core 3 with fuel rods 4 arranged inside the dome 2. A chute 6, which initially runs vertically downwards and adjoins the foundation 5 of the reactor dome 1, passes over a curved transition area 7 in a horizontal mouth region 8 passes. In the curved transition area, the slide 9 is supported by a foundation 9. The slide is trough-shaped in cross section (FIG. 3) and has a width of approximately twice the width of the reactor core 3, under which the transition region 7 extends to cover the entire area (FIG. 2).
Die Rutsche besteht im wesentlichen aus einer Grundlage 10 aus etwa 10 cm dicken, nichtrostendem Stahl, auf dem eine etwa ebenfalls 10 cm dicke Schicht 11 aus hartem Industrieporzellan aufgetragen ist, die mehrfach glasiert ist. The slide essentially consists of a base 10 made of approximately 10 cm thick, stainless steel, on which an approximately 10 cm thick layer 11 of hard industrial porcelain is applied, which is glazed several times.
Der waagerechte Mündungsbereich 8 der Rutsche ist mit seiner Unterseite über ein Gleitlager 12 auf dem hochstehenden Rand 13 einer Karussellwanne 14 abgestützt. Diese Karussellwanne 14 ist am Umfang ihres Bodens 15 über ein Spezialkugel-lager 16 auf einem Fundamentring 17 drehbar gelagert und über eine Hydraulikanlage 18 in langsame Drehung versetzbar. The horizontal opening area 8 of the slide is supported with its underside via a slide bearing 12 on the upstanding edge 13 of a carousel pan 14. This carousel trough 14 is rotatably supported on the circumference of its base 15 by means of a special ball bearing 16 on a foundation ring 17 and can be set in slow rotation by means of a hydraulic system 18.
Bei einem Ausführungsbeispiel hat der hochstehende Rand In one embodiment, the raised edge has
13 eine Höhe von 3 m, und der Boden 15 hat einen Durchmesser von vier mal der Länge der Brennstäbe 4. 13 a height of 3 m, and the bottom 15 has a diameter of four times the length of the fuel rods 4th
Auch die Karussellwanne 14 hat eine Grundlage 19 aus etwa 10 cm starkem, nichtrostendem Stahl, der mit einer Ober-5 flächenschicht 20 aus hartem Industrieporzellan beschichtet ist. Diese Schicht 20 ist doppelt so oft glasiert wie die Schicht 11 der Rutsche 6. The carousel pan 14 also has a base 19 made of approximately 10 cm thick, stainless steel, which is coated with an upper surface layer 20 made of hard industrial porcelain. This layer 20 is glazed twice as often as the layer 11 of the slide 6.
Der Innenraum der Karussell wanne 14 ist bis zu etwa zwei Drittel seiner Höhe mit einer homogenen Mischung von 'A io Glassplittern, 2A Zement, 'A Stahlkuben mit Abmessungen von 10 X 10 cm als Bremselemente und2A Schwerspat als Füllstoff ausgefüllt. Die Mischung ist ungebunden und vor Feuchtigkeit geschützt. Ihre Oberfläche ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Ferner können vorteilhaft der Mischung auch i5 Schieferplatten von ca. 10 X10 cm sowie Graphitgesteinsbrok-ken derselben Flächenausdehnung beigegeben werden. The interior of the carousel tub 14 is filled up to about two thirds of its height with a homogeneous mixture of 'A io glass splinters, 2A cement,' A steel cubes with dimensions of 10 X 10 cm as braking elements and 2A heavy spar as filler. The mixture is unbound and protected from moisture. Its surface is identified in FIG. 1 by reference number 21. Furthermore, i5 slate slabs of approx. 10 X10 cm and graphite rock blocks of the same surface area can also advantageously be added to the mixture.
Zweck dieser Mischung ist es, im Katastrophenfall über die Rutsche 6 ankommende Brennelemente sicher abzubremsen, vor einem weiteren Absinken zu bewahren und ausserdem ra-2odioaktive Strahlung aufzufangen. The purpose of this mixture is, in the event of a catastrophe, to safely brake the fuel elements arriving via the slide 6, to prevent them from sinking further, and also to collect ra-2odioactive radiation.
Die Karussellwanne 14 ist über einen Zugang 22 von der Erdoberfläche 23 her über einen Raum zugänglich, der ebenfalls durch eine Kuppel 24 von der Umgebung abgeschirmt ist. In dieser Kuppel ist auch ein Absaugrohr 25 hochgeführt, das 25 zum Absaugen von radioaktiven Gasen dient. The carousel trough 14 is accessible via an access 22 from the earth's surface 23 via a space which is also shielded from the surroundings by a dome 24. In this dome, a suction pipe 25 is also raised, which 25 is used to suck radioactive gases.
Diese können dann von der oberen Mündung 26 des Absaugrohres zu einer sicheren Lagerung abgeführt werden, beispielsweise in mit Schwerspat oder dergleichen ausgekleideten, druckdichten Gasbehältern. These can then be discharged from the upper mouth 26 of the suction pipe for safe storage, for example in pressure-tight gas containers lined with heavy spar or the like.
30 Sämtliche gezeigten Bauwerke einschliesslich der Auffangvorrichtungen sind zum zusätzlichen Schutz von einer Schutzwanne 27 mit einem unterhalb der Karussellwanne 14 sich erstreckenden Wannenboden 28 und einer geschlossenen Seitenwand 29 umgeben, die bis über die Erdoberfläche 23 in Form 35 einer Umschliessungsmauer 30 beispielsweise bis in eine Höhe von 2 m über die Erdoberfläche 23 hochragt und somit sämtliche, strahlendes Material enthaltenden Bauwerke der Kernkraftanlage umgibt. Die Schutzwanne besteht aus Schwerspat-Beton und hat eine Wandstärke von 1 bis 2 m. Zweckmässig ist 40 ihr Boden mit der gleichen homogenen Mischung aus Bremselementen und Füllstoff bedeckt, wie sie oben für die Karussellwanne 14 beschrieben ist. Dabei ist es vorteilhaft, der Mischung Schieferplatten sowie Graphitgesteinsbrocken der Flächenausdehnung von ca. 10 X 10 cm beizugeben. 30 All of the structures shown, including the collecting devices, are surrounded for additional protection by a protective trough 27 with a trough bottom 28 extending underneath the carousel trough 14 and a closed side wall 29 which extends up to above the surface 23 in the form 35 of an enclosing wall 30, for example to a height of Rise 2 m above the earth's surface 23 and thus surrounds all structures of the nuclear power plant containing radiant material. The protective trough is made of heavy spar concrete and has a wall thickness of 1 to 2 m. The floor is expediently covered with the same homogeneous mixture of brake elements and filler as described above for the carousel tub 14. It is advantageous to add slate slabs as well as chunks of graphite with a surface area of approx. 10 X 10 cm.
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Um auch jegliches oberirdisches Entweichen von radioaktivem Material zu vermeiden, sollten Ein- und Ausgänge sowie Zufahrten über die Schutzmauer 30 in Form von Treppen oder Rampen hinwegführen. In order to avoid any above-ground escape of radioactive material, entrances and exits as well as access roads should lead over the protective wall 30 in the form of stairs or ramps.
50 Während die Rutsche 10 und die Karussellwanne 14 mit vertretbarem Aufwand bei bereits bestehenden Kernreaktoren vorgesehen werden können, dürfte der Aufwand für das nachträgliche Vorsehen einer Schutzwanne 27 nicht mehr wirtschaftlich vertretbar sein. Die Schutzwanne kommt also insbesondere 55 für Neubauten in Betracht. 50 While the slide 10 and the carousel trough 14 can be provided with justifiable effort in existing nuclear reactors, the effort for the subsequent provision of a protective trough 27 should no longer be economically justifiable. The protective trough is therefore particularly suitable for 55 new buildings.
Im Katastrophenfall mit absinkenden Brennelementen oder insgesamt absinkendem Reaktorkern 3 werden die Brennelemente sanft von der Rutsche 6 aufgefangen und vom Mündungsbereich 8 gleichmässig verteilt auf die Oberfläche 21 in 6o der im Katastrophenfall beispielsweise automatisch in Drehung versetzten Karussellwanne 14 gleichmässig verteilt abgelegt. Dort können die Brennelemente ohne Behinderung von Reparaturarbeiten im Reaktor 1 bis zum Abtransport verbleiben. In the event of a catastrophe with sinking fuel elements or a total of sinking reactor core 3, the fuel elements are gently caught by the chute 6 and placed evenly distributed from the mouth area 8 onto the surface 21 in FIG. The fuel elements can remain there in the reactor 1 until they are removed without obstruction of repair work.
Eine nicht gezeigte, dem Absaugstutzen 25 zugeordnete 65 Absaugvorrichtung wird im Katastrophenfall ebenfalls eingeschaltet, sofern festgestellt wird, dass sich radioaktive Gase entwickeln, sei es im Raum innerhalb der Kuppel 2 oder oberhalb der mit den exorbiten Brennelementen bedeckten Oberfläche A suction device (not shown) assigned to the suction nozzle 25 is also switched on in the event of a catastrophe, provided that it is found that radioactive gases are developing, be it in the space inside the dome 2 or above the surface covered with the exorbitant fuel elements
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21 der Karussellwanne 14. Solche Gase werden dann in einen gesicherten Raum bzw. unmittelbar in strahlengeschützte Gasbehälter abgesaugt und abtransportiert. Der Absaugstutzen 25 ist nur hydraulisch oder mechanisch und nicht elektrisch offenbar und verschliessbar, um Explosionsgefahr zu vermeiden. Er ist zum Vermeiden des Entweichens jeglichen Gases mit einer Absicherung versehen, die nach jeder Entnahme zu betätigen ist, vorzugsweise automatisch. 21 of the carousel pan 14. Such gases are then sucked into a secured room or directly into radiation-protected gas containers and transported away. The suction nozzle 25 is only hydraulically or mechanically and not electrically disclosed and can be closed in order to avoid the risk of explosion. To prevent any gas from escaping, it is provided with a safety device that must be actuated after each removal, preferably automatically.
Es bedarf für den Fachmann keiner näheren Angaben zur Gestaltung der Rutsche derart, dass herabrutschende Brennelemente auf der Rutsche 6 die notwendige Geschwindigkeit erhalten, um im Mündungsbereich 8 mit einer zum Fallen in die Karussellwanne 14 ausreichenden Geschwindigkeit anzukommen. It is not necessary for the person skilled in the art to specify the design of the slide in such a way that fuel elements sliding down on the slide 6 receive the necessary speed in order to arrive in the mouth region 8 at a speed sufficient to fall into the carousel trough 14.
Die Rutsche ist ferner so gestaltet, dass sie beim Absinken kugelartig zerstäubende Kernschmelze auffangen und tropfen-oder kugelförmig in die Karussellwanne fallen lässt. The slide is also designed in such a way that, when it descends, it catches the atomizing meltdown and drops it into the carousel trough in the form of drops or balls.
Bei einem weiteren, in den Zeichnungen nicht dargestellten 5 Ausführungsbeispiel ist die Auffangwanne, welche im übrigen wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, ortsfest und konzentrisch zum Reaktorkern angeordnet. Die Rutsche 6, welche ebenfalls in der erläuterten Art ausgestaltet ist, ist dabei drehbar montiert. Dies ist insofern vorteilhaft, als deren Masse geringer io ist, als diejenige der Auffangwanne, was einerseits die Ausgestaltung der Lager vereinfacht und anderseits zu einer Senkung der nötigen Antriebsleistung führt. Der Auffang- bzw. Verteileffekt erfolgt dabei analog zum ersten Ausführungsbeispiel. In a further exemplary embodiment, not shown in the drawings, the collecting trough, which is otherwise constructed as described above, is arranged in a stationary and concentric manner with respect to the reactor core. The slide 6, which is also designed in the manner described, is rotatably mounted. This is advantageous in that its mass is less than that of the drip pan, which on the one hand simplifies the design of the bearings and on the other hand leads to a reduction in the drive power required. The catching or distributing effect takes place analogously to the first exemplary embodiment.
C C.
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PL | Patent ceased |