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Die Erfindung betrifft eine Kernkraftanlage mit
- – einem Reaktorgebäude,
- – einem innerhalb des Reaktorgebäudes angeordneten Sicherheitsbehälter,
- – einem innerhalb des Sicherheitsbehälters angeordneten Reaktorbehälter, z. B. Reaktordruckbehälter,
wobei in dem Reaktorgebäude oberhalb des Sicherheitsbehälters ein Flutraum angeordnet ist, welcher zumindest während eines Brennstabwechsels zu Abschirmzwecken mit Wasser geflutet wird/ist. – Im Innern des Reaktorbehälters, der z. B. als Reaktordruckbehälter ausgebildet sein kann, befindet sich der Reaktorkern mit den Reaktorbrennelementen. Die Erfindung betrifft bevorzugt eine Kernkraftanlage in der Ausführungsform als Siedewasserreaktor.
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Bei der Konzeption von Kernkraftanlagen kommt der Reaktorsicherheit und den damit verbundenen Sicherheitsmaßnahmen besondere Bedeutung zu. Kernkraftwerke besitzen daher eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen bzw. Sicherheitsbarrieren, die zum einen die Strahlung abschirmen und zum anderen das Austreten radioaktiver Stoffe verhindern. Dazu zählt neben dem Reaktordruckgefäß und ggf. einer Abschirmung aus Stahlbeton, welche das Reaktordruckgefäß umgibt, insbesondere der Sicherheitsbehälter, welcher in der Regel aus Stahl gefertigt ist. Oberhalb des Sicherheitsbehälters befindet sich in der Regel ein Flutraum, welcher während eines Brennstabwechsels zu Abschirmzwecken mit Wasser geflutet wird, so dass die verbrauchten Brennelemente unter Wasser entladen und in ein Brennelement-Lagerbecken überführt werden. Die Öffnung, die sich in der Regel am Boden des Flutraumes befindet, ist während des Betriebes z. B. mit Abschirmriegeln abgedeckt. Während die beschriebenen Maßnahmen insbesondere der Abschirmung der radioaktiven Strahlung dienen, schützt das Reaktorgebäude, welches die beschriebene Anordnung vollständig umgibt, insbesondere vor äußeren Einwirkungen, wie z. B. Erdbeben, Druckwellen oder auch vor einem Flugzeugabsturz. In diesem Zusammenhang besteht das Bedürfnis, die Sicherheit weiter zu verbessern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kernkraftanlage, insbesondere einen Siedewasserreaktor, der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welche sich durch eine erhöhte Sicherheit gegen äußere Einflüsse, insbesondere im Falle eines Flugzeugabsturzes, auszeichnet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einer gattungsgemäßen Kernkraftanlage der eingangs beschriebenen Art, dass in dem Flutraum eine den Sicherheitsbehälter und/oder den Reaktorbehälter überspannende Schutzhaube angeordnet ist, welche den Sicherheitsbehälter und den darunter liegenden Reaktorbehälter im Falle einer Beschädigung des Reaktorgebäudes vor herabfallenden Gebäudetrümmerteilen und/oder anderen Trümmerteilen, z. B. Flugzeugteilen, schützt. Vorzugsweise ist eine solche Schutzhaube im Bereich des Flutraumbodens angeordnet. Sie deckt eine oberhalb des Sicherheitsbehälters angeordnete Öffnung des Flutraumbodens ab.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass das Reaktorgebäude selbst zwar sehr stabil aufgebaut ist und den Reaktor in der Regel auch vor einem Flugzeugabsturz schützt, dass jedoch in einem solchen Fall eine besondere Gefahr ggf. von herabstürzenden Gebäudetrümmerteilen aber ggf. auch von anderen Trümmerteilen ausgeht. Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, den Sicherheitsbehälter und folglich auch den darin angeordneten Reaktordruckbehälter zuverlässig vor derartigen herabstürzenden Gebäudetrümmerteilen sowie anderen Trümmerteilen, z. B. Flugzeugteilen, zu schützen, indem in den Flutraum eine sehr stabile Schutzhaube integriert wird, welche Gebäudetrümmerteilen mit hohem Gewicht standhält. Dabei handelt es sich in der Praxis insbesondere um schwere Betonteile mit einem Gewicht von 50 bis 100 Tonnen, z. B. Betonbinder, welche in die Deckenkonstruktion des Reaktorgebäudes integriert sind. Falls bei einem Flugzeugabsturz ein derartiger Betonbinder in den Bereich des Reaktorbehälters herabfällt, so wird dieser von der erfindungsgemäßen Schutzhaube abgebremst und aufgenommen, so dass der Betonbinder nicht bis in den Bereich des Sicherheitsbehälters vordringen kann. Der Sicherheitsbehälter und damit auch der Reaktorbehälter werden vor Beschädigungen geschützt, so dass ein Störfall zuverlässig vermieden werden kann.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Schutzhaube im Bereich des Flutraumbodens oberhalb der Abschirmriegel angeordnet, welche die Öffnung des Flutraumbodens verschließen. Die in der Praxis verwendeten Abschirmriegel schützen folglich vor dem Austritt radioaktiver Strahlung, sie bilden jedoch keinen ”mechanischen” Schutz und insbesondere sind sie nicht geeignet, den darunter liegenden Sicherheitsbehälter vor herabfallenden schweren Gebäudetrümmerteilen zu schützen. Im Rahmen dieser ersten Ausführungsform der Erfindung verbleiben die Abschirmriegel während des Betriebs in ihrer Position und die Schutzhaube wird oberhalb der Abschirmriegel im Bereich des Flutraumbodens positioniert. Diese Ausführungsform wird auch als ”Trocken-Lösung” bezeichnet, denn der Flutraum ist während des Betriebes nicht geflutet, so dass die Schutzhaube ”im Trockenen” angeordnet ist.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Schutzhaube (in der Draufsicht) mehrteilig ausgebildet ist und aus mehreren einzeln transportierbaren Segmenten besteht, welche innerhalb des Reaktorgebäudes zu der Schutzhaube zusammensetzbar sind. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die Schutzhaube in der Praxis einen Durchmesser (bzw. eine Breite und/oder Länge) von mehreren Metern, z. B. 5 bis 15 m, vorzugsweise 7 bis 12 m, aufweist. Um die Schutzhaube auf verhältnismäßig einfache Weise durch die Schleusen des Reaktorgebäudes in das Innere transportieren zu können, empfiehlt sich ein segmentartiger Aufbau. Dieses bietet darüber hinaus den Vorteil, dass das Gewicht der einzelnen Segmente, die vorzugsweise miteinander verschraubt werden, die zulässigen Höchstgewichte der im Reaktor eingesetzten Krananlagen nicht überschreitet. Denn um die gewünschte Schutzfunktion erfüllen zu können, weist die erfindungsgemäße Schutzhaube ein verhältnismäßig hohes Eigengewicht von insgesamt etwa 30 t bis 100 t, vorzugsweise etwa 40 t bis 80 t, auf.
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Insbesondere bei der beschriebenen ersten Ausführungsform, die auch als Trockenlösung bezeichnet wird, schlägt die Erfindung vor, dass die Schutzhaube, bzw. deren einzelne Segmente, (jeweils) aus einer Vielzahl von miteinander verbundener (z. B verschweißten und/oder verschraubten) Stahlträger besteht/bestehen. Die Schutzhaube wird folglich von einer sehr stabilen Gitterkonstruktion aus Stahlträgern gebildet, welche einerseits die kinetische Energie des herabfallenden Gebäudetrümmerteils aufnehmen und andererseits verhindern, dass das Gebäudetrümmerteil durch die Schutzhaube hindurch in den Bereich des Sicherheitsbehälters dringt. Das Gebäudetrümmerteil deformiert in der Regel die Schutzhaube, z. B. die Stahlträger, und bleibt dann auf den Stahlträgern liegen. Vorzugsweise sind mehrere parallel zueinander angeordnete Längsträger vorgesehen, die sich über den gesamten Durchmesser oder die gesamte Breite bzw. Länge der Schutzhaube erstrecken. Jeweils zwei benachbarte Längsträger sind über mehrere quer dazu verlaufende Verbindungsträger miteinander verbunden. Bevorzugt sind die Längsträger einerseits und die Verbindungsträger andererseits miteinander verschweißt und/oder verschraubt. Die Stahlträger sind z. B. als I-Träger bzw. Doppel-T-Träger, vorzugsweise als Breitflanschträger ausgebildet. Diese Breitflanschträger können eine Breite von 200 mm bis 400 mm, z. B. 300 mm, und eine Höhe 700 mm bis 1.000 mm, z. B. 900 mm, aufweisen. Die Stegdicke beträgt vorzugsweise 15 mm bis 20 mm und die Flanschdicke beträgt vorzugsweise 20 mm bis 40 mm. Die beschriebene Gitterkonstruktion aus derartigen Breitflanschträgern gewährleistet ein hohes Maß an Sicherheit selbst bei herabfallenden schweren Gebäudetrümmerteilen, z. B. Betonbindern. Ergänzend schlägt die Erfindung in bevorzugter Weiterbildung vor, dass die Schutzhaube auf der Oberseite und/oder Unterseite eine die Stahlträger überspannende Deckplatte aufweist, welche vorzugsweise als Stahlplatte mit einer Dicke von z. B. 10 mm bis 30 mm ausgebildet ist. Diese Stahlplatte erhöht die Stabilität, soll dabei jedoch nicht selbst den herabfallenden Betonbindern standhalten sondern insbesondere auch vor Kleinteilen schützen.
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Insbesondere bei der beschriebenen Trockenlösung, bei der die Schutzhaube z. B. oberhalb der Abschirmriegel montiert wird und die Abschirmriegel folglich im Bereich der Flutraumöffnung verbleiben, schlägt die Erfindung weiter vor, dass die Schutzhaube unterseitig eine Stützkonstruktion aufweist oder auf eine im Flutraum angeordnete Stützkonstruktion aufgesetzt ist, welche die Öffnung im Flutraumboden ringförmig umgibt. Diese ringförmige Stützkonstruktion kann z. B. einen ringförmigen Bodenrahmen aufweisen, auf bzw. an welchem mehrere über den Umfang verteilte Stützpfeiler befestigt sind, auf welchen wiederum die Schutzhaube aufgesetzt wird/ist. Die einzelnen Stützpfeiler sind dabei mit der Maßgabe an dem Bodenrahmen befestigt, dass die Längsträger der Schutzhaube auf den Stützpfeiler abgesetzt werden/sind. Die Stützpfeiler sind folglich vorzugsweise den Längsträgern und nicht den Querverbindungsträgern zugeordnet. Die Stützkonstruktion kann bei Belastung ggf. plastisch deformiert werden und auf diese Weise einen Teil der kinetischen Energie aufnehmen. Schutzhaube und (ringförmige) Stützkonstruktionen werden vorzugsweise fest miteinander verbunden und dann gemeinsam bzw. als Ganzes im Bereich des Flutraumbodens montiert. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, eine separate Stützkonstruktion im Bereich des Flutraumbodens vorzusehen und dann eine Schutzhaube ohne eine derartige ringförmige Stützkonstruktion auf diese ringförmige Stützkonstruktion aufzusetzen.
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Die Auslegung der Schutzhaube (ggf. mit Stützkonstruktion) wird dabei so getroffen, dass die Struktur dem Aufschlag z. B. eines Betonbinders standhält, der entweder mittig auf einen Längsträger oder aber auch einen Querträger oder aber auch im Randbereich der Konstruktion auftreffen kann. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass ein Betonbinder mit einem Gewicht von 50 bis 100 Tonnen (z. B. 70 bis 80 Tonnen) und mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s bis 20 m/s auftrifft.
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Die ggf. aus mehreren Segmenten zusammengesetzte Schutzhaube kann im Rahmen der ersten Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise mehreckig, z. B. fünfeckig bis zehneckig, vorzugsweise achteckig ausgebildet sein. Dabei wird vorzugsweise eine Anpassung an die räumlichen Gegebenheiten getroffen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass die erfindungsgemäße Schutzhaube nicht nur beim Reaktor-Neubau berücksichtigt wird, sondern auch in bestehende Anlagen zur Erhöhung der Sicherheit integriert werden kann.
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Im Rahmen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die auch als ”Nass-Lösung” bezeichnet wird, ist die Schutzhaube als Dichthaube ausgebildet, welche die Öffnung des Flutraumbodens flüssigkeitsdicht verschließt oder es ist eine separate Dichthaube vorgesehen, welche die Öffnung des Flutraumbodens flüssigkeitsdicht verschließt. Die Schutzhaube (ggf. in Kombination mit einer Dichthaube) erfüllt folglich eine Doppelfunktion, denn sie schützt einerseits den Sicherheitsbehälter in der bereits beschriebenen Weise vor herabfallenden Gebäudetrümmerteilen und andererseits schützt sie den unterhalb des Flutraums liegenden Hohlraum zuverlässig vor Wassereintritt. Dadurch wird es möglich, den Flutraum ”dauerhaft” und folglich auch während des Leistungsbetriebes zu fluten, so dass eine zusätzliche Kühlmittelreserve vorhanden ist. Aufgrund der Abschirmung, die mit der Flüssigkeit im Flutraum verbunden ist, kann auf die bislang eingesetzten Abschirmriegel verzichtet werden. Die zusätzliche Flüssigkeitsreserve kann im Übrigen als Löschwasser dienen, wenn z. B. brennende Teile eines Flugzeuges in den Flutraum herabfallen. Auch bei dieser ”Nass-Lösung” ist es vorteilhaft, wenn die Schutzhaube (in der Draufsicht) mehrteilig ausgebildet ist und aus mehreren Segmenten zusammengesetzt wird. Die einzelnen Segmente werden jeweils separat in das Reaktorgebäude transportiert und dort miteinander verbunden, vorzugsweise miteinander verschraubt. Die Schutzhaube kann bei dieser zweiten Ausführungsform – wie auch bei der ersten Ausführungsform – aus einer Vielzahl von Stahlträgern, z. B. Breitflanschträgern zusammengesetzt sein, wobei diese Stahlträger sowohl die kinetische Energie des herabfallenden Trümmerteils aufnehmen als auch ein Eindringen des Trümmerteils in den Bereich unterhalb der Schutzhaube verhindern.
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Besonders bevorzugt ist die Schutzhaube im Rahmen der ”Nass-Lösung” jedoch mehrschalig aus zumindest zwei übereinander angeordneten Schalen aufgebaut, wobei zumindest eine obere (plastisch verformbare) Dämpfungsschale vorgesehen ist, welche von einem herabfallenden Gebäudetrümmerteil plastisch verformt wird und zumindest eine untere (elastisch verformbare) Sicherheitsschale vorgesehen ist, welche das von der Dämpfungsschale abgebremste Gebäudetrümmerteil abfängt und/oder aufnimmt. Dieser mehrschalige Aufbau, der grundsätzlich auch im Rahmen der ”Trocken-Lösung”, besonders bevorzugt jedoch im Rahmen der ”Nass-Lösung” zum Einsatz kommt, gewährleistet ein besonders hohes Maß an Sicherheit, da die einzelnen Schalen bzw. Ebenen der Schutzhaube eine unterschiedliche Funktion erfüllen und aus diesem Grunde besonders gut auf die Erfordernisse abgestimmt werden können. So kann die obere Dämpfungsschale bewusst so ausgelegt werden, dass sie von dem herabfallenden Gebäudetrümmerteil deformiert und folglich zerstört wird. Auf diese Weise kann die Dämpfungsschale ein hohes Maß an kinetischer Energie des herabfallenden Betonbinders aufnehmen. Auch wenn das Trümmerteil die obere Dämpfungsschale folglich zerstört und durchdringt, so wird dann das Herabfallen des Gebäudetrümmerteils in den Bereich des Sicherheitsbehälters zuverlässig durch die darunter angeordnete Sicherheitsschale vermieden. Diese ist nun so ausgelegt, dass sie nicht bzw. nur unwesentlich plastisch verformt wird und insbesondere nicht durch das Gebäudetrümmerteil zerstört wird, so dass das Gebäudetrümmerteil auf der unteren Sicherheitskonstruktion zur Auflage kommt. Die Auslegung der unteren Sicherheitsschale berücksichtigt dabei, dass das Gebäudetrümmerteil durch die darüber angeordnete Dämpfungsschale bereits vollständig oder in erheblichem Maße abgebremst wurde.
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Besonders bevorzugt ist die Schutzhaube, welche als Dichthaube ausgebildet sein kann, kuppelförmig mit einer konvex gewölbten Oberfläche ausgebildet. Ferner schlägt die Erfindung vor, dass die obere Dämpfungsschale eine gitterförmige oder netzartige Stützstruktur mit mehreren z. B. sternförmig angeordneten Stützstreben sowie mehreren, die Stützstreben verbindenden Ringstreben aufweist. Die sternförmig angeordneten Stützstreben sind dabei als Stahlblechstreben ausgebildet und die Ringstreben können aus kreisförmig bzw. halbkreisförmig verlaufenden Rundstählen geformt sein. Stützstreben einerseits und Ringstreben andererseits bilden zusammen ein Netz bzw. eine netzartige Struktur. Die Rundstähle befinden sich auf der Oberseite der kuppelförmigen Schutzhaube und vermindern die Kerbwirkung der auftretenden Trümmerteile. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Schutzhaube ein kuppelförmiges Deckblech mit einer konvex gewölbten Oberfläche aufweist, welches auf die Stützstruktur aufgebracht oder in die Stützstruktur integriert sein kann. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, wenn das Deckblech auf die sternförmigen Stützstreben aufgebracht ist und die Ringstreben auf das Deckblech aufgesetzt sind. Die Gesamtkonstruktion aus einerseits der netzartigen Stützkonstruktion (z. B. Stützstreben plus Ringstreben) und dem Deckblech oder den Deckblechen führt dann zu der plastisch verformbaren Dämpfungsschale. Nach einem weiteren Vorschlag ist dabei vorgesehen, dass sich die Stützkonstruktion dieser Dämpfungsschale über lediglich einen Teil des Durchmessers der Dämpfungsschale sowie einen Teil der Höhe der Dämpfungsschale erstreckt. Der Bereich mit Stützstruktur bildet dabei einen stabilen Bereich und der darunter angeordnete Bereich des Deckbleches ohne Stützstruktur bildet einen flexiblen Bereich. Der stabile Bereich leitet die eintretende kinetische Energie auf den flexiblen Bereich ab. Um dieses zu gewährleisten, verfügt der stabile Bereich über die beschriebene Stützstruktur, die z. B. aus Streben und Rundstählen, die zu Kreisen bzw. Halbkreisen geformt sind, besteht. Sowohl der stabile Bereich als auch der flexible Bereich bilden dabei zusammen die Dämpfungsschale. Unterhalb dieser Dämpfungsschale ist die beschriebene Sicherheitsschale angeordnet, auf welcher der Betonbinder – nachdem er die Dämpfungsschale ggf. durchbrochen hat – aufliegt. Diese untere Sicherheitsschale ist vorzugsweise als Stützkonstruktion ausgebildet, welche mehrere z. B. sternförmig verlaufende Sicherheitsstreben aufweist. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die untere Sicherheitsschale zumindest ein die Sicherheitsstreben überspannendes Abdeckblech aufweist. Die untere Sicherheitsschale kann ferner (z. B. bei der Ausführungsform als ”Nass-Lösung”) eine umlaufende untere Dichtfläche aufweisen, welche einer korrespondierenden Dichtfläche im Bereich des Flutraumbodens zugeordnet ist. Auf der Oberseite der unteren Sicherheitsschale können mehrere Führungsstege über den Umfang verteilt sein, welche eine Aufnahmestruktur für die obere Dämpfungsschale bilden. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Schutzhaube selbst in der Draufsicht aus zumindest zwei Segmenten zusammengesetzt ist und dass die Schutzhaube außerdem aus zumindest zwei übereinander bzw. untereinander angeordneten Schalen besteht, ist die Schutzhaube insgesamt aus zumindest vier ”Einzelteilen” zusammengesetzt, wobei diese vier Einzelteile separat gefertigt und separat in das Innere des Reaktorgebäudes transportiert werden können.
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Wie erläutert, besteht im Rahmen der Nasslösung die Möglichkeit, dass die Schutzhaube eine Doppelfunktion erfüllt und zugleich als Dichthaube ausgebildet ist, wobei eine solche kombinierte Schutzhaube vorzugsweise mehrschalig ausgebildet ist. Die untere Sicherheitsschale übernimmt bei dieser Ausführungsform zugleich die Dichtungsfunktion, denn sie weist die beschriebenen unteren Dichtflächen auf. Es besteht folglich die Möglichkeit, dass die untere Sicherheitsschale zugleich die Dichtschale bildet.
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In abgewandelter Ausführungsform kann eine Schutzhaube auch mit einer separaten Dichthaube kombiniert werden. Die Öffnung im Flutraumboden wird dann mit einer separaten Dichthaube verschlossen und oberhalb dieser Dichthaube wird dann eine Schutzhaube installiert, welche die Dichthaube überspannt. Besonders bevorzugt überspannt eine solche Schutzhaube die darunter angeordnete Dichthaube derart, dass die Last außerhalb der Dichthaube in das Gebäude, z. B. in eine geeignete Auflagefläche eingeleitet wird. Konstruktiv kann eine solche Ausführungsform in ähnlicher Weise ausgestaltet werden, wie die bereits beschriebene Nass-Lösung, wobei die eigentliche Schutzhaube dann so ausgestaltet werden kann, wie die beschriebene Dämpfungsschale und die Dichthaube (in etwa) so ausgebildet sein kann, wie die untere Sicherheitsschale. Bei einer solchen Ausführungsform ist dann jedoch zweckmäßig, wenn die (obere) Schutzhaube tatsächlich so ausgelegt wird, dass sie die herabfallenden Gebäudetrümmerteile aufnehmen kann, ohne dass eine nennenswerte Belastung der darunter angeordneten Dichthaube auftritt. Die Schutzhaube und die Dichthaube können dann zwar konstruktiv so gestaltet sein, wie die beschriebene Dämpfungsschale einerseits und die Sicherheitsschale andererseits, die Auslegung kann jedoch hinsichtlich der aufzunehmenden Lasten abweichend vorgenommen werden, indem insbesondere die Schutzhaube die erforderlichen Lasten aufnimmt und die darunter angeordnete Dichthaube im Wesentlichen eine Abdichffunktion übernimmt. Dazu ist es dann zweckmäßig, wenn Schutzhaube und Dichthaube so aufeinander abgestimmt sind, dass die Last der Schutzhaube nicht in die Dichthaube, sondern unmittelbar in das Gebäude eingeleitet wird.
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Die beschriebenen Lösungen können im Rahmen der Erfindung miteinander kombiniert werden. Die insbesondere im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform (Trocken-Lösung) beschriebene Schutzhaube kann auch bei der zweiten Ausführungsform (Nass-Lösung) eingesetzt werden und umgekehrt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
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1 einen stark vereinfachten Ausschnitt aus einer Kernkraftanlage in perspektivischer Darstellung ohne Schutzhaube.
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2 eine Draufsicht auf einen Flutraum einer Reaktoranlage mit einer erfindungsgemäßen Schutzhaube in einer ersten Ausführungsform,
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3 die Schutzhaube gemäß 2 in einer perspektivischen Darstellung in einem vormontierten Zustand mit Stützkonstruktion,
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4 eine abgewandelte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzhaube in einer Seitenansicht,
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5 den Gegenstand nach 4 in einer perspektivischen Draufsicht,
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6 einen Hälfte der Dämpfungsschale der Schutzhaube nach 5 und
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7 eine Sicherheitsschale der Schutzhaube nach 5 und
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8 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach 7.
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In 1 ist in stark vereinfachter Darstellung der grundsätzliche Aufbau einer Kernkraftanlage mit einem Reaktorgebäude 1, einem innerhalb des Reaktorgebäudes angeordneten Sicherheitsbehälter 2 sowie einem im Innern des Sicherheitsbehälters angeordneten Reaktorbehälter 3 erkennbar. Der Reaktorbehälter 3 ist als Reaktordruckbehälter ausgebildet. Im Innern des Reaktordruckbehälters 3 ist der Reaktorkern angeordnet, welcher in 1 nicht dargestellt ist. Eine solche Kernkraftanlage kann insbesondere als Siedewasserreaktor ausgebildet sein bzw. einen solchen aufweisen. In dem Reaktorgebäude 1 ist oberhalb des Sicherheitsbehälters 2 und folglich auch oberhalb des Reaktorbehälters 3 ein Flutraum 4 angeordnet. Der Flutraum wird zumindest während eines Brennstabwechsels zu Abschirmzwecken mit Wasser geflutet. Anschließend können dann die verbrauchten Brennelemente bzw. Brennstäbe aus dem Reaktor entfernt und über den Flutraum 4 in das ebenfalls angedeutete Brennelement-Lagerbecken 5 transportiert werden. Der Flutraum 4 weist folglich im Bereich seines Flutraumbodens 6 eine Öffnung 7 auf. Während des Leistungsbetriebes ist diese Öffnung 7 in der Regel mit Abschirmriegeln 8 abgedeckt.
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Erfindungsgemäß ist nun in dem Flutraum 4 eine den Sicherheitsbehälter 2 und folglich auch den Reaktorbehälter 3 überspannende Schutzhaube 9 angeordnet. Diese Schutzhaube 9 schützt den Sicherheitsbehälter 2 und folglich auch den darunter liegenden Reaktorbehälter 3 im Falle einer Beschädigung des Reaktorgebäudes 1 vor herabfallenden Gebäudetrümmerteilen. Kommt es beispielsweise zu einem Flugzeugabsturz im Bereich des Reaktors und wird das Reaktorgebäude 1 von dem herabstürzenden Flugzeug beschädigt, so verhindert die Schutzhaube 9, dass herabfallende Gebäudetrümmerteile, z. B. Betonbinder, den unterhalb der Schutzhaube 9 liegenden Sicherheitsbehälter 2 beschädigen. Die Schutzhaube 9 ist dabei so ausgelegt, dass sie selbst schwerste Gebäudetrümmerteile, z. B. Betonbinder, mit einem Gewicht von mehr als 70 Tonnen aufnehmen kann. Die Schutzhaube 9 ist im Bereich des Flutraumbodens 6 angeordnet. Sie deckt die oberhalb des Sicherheitsbehälters 2 angeordnete Öffnung 7 des Flutraumbodens 6 ab. Aus diesem Grunde weist die erfindungsgemäße Schutzhaube 9 einen verhältnismäßig großen Durchmesser von z. B. 7 m bis 10 m auf. Um die Handhabung einer derart großen und folglich auch schweren Schutzhaube 9 zu vereinfachen und insbesondere den Transport in das Reaktorgebäude 1 durch die vorhandenen Schleusen zu ermöglichen, schlägt die Erfindung vor, dass die Schutzhaube (in der Draufsicht) mehrteilig ausgebildet ist und aus mehreren einzeln transportierbaren Segmenten 11, 12, 13, 14, 15 besteht, welche innerhalb des Reaktorgebäudes 1 zu der Schutzhaube 9 zusammengesetzt werden.
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In den Figuren sind zwei verschiedene Ausführungsformen dargestellt. Die erste Ausführungsform gemäß 2 und 3 wird als ”Trocken-Lösung” bezeichnet, während die zweite Ausführungsform gemäß 4 bis 8 als ”Nass-Lösung” bezeichnet wird. Bei der ersten Ausführungsform besteht die Schutzhaube 9 in der Draufsicht aus den drei Segmenten 11, 12 und 13. Bei der zweiten Ausführungsform besteht die Schutzhaube 9 aus zwei Segmenten und folglich Hälften 14, 15.
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Im Folgenden soll zunächst die erste Ausführungsform anhand der 2 und 3 erläutert werden. Die Schutzhaube 9 ist im Bereich des Flutraumbodens 6 oberhalb der Abschirmriegel 8 angeordnet, d. h. bei dieser Ausführungsform verbleiben die Abschirmriegel 8 in ihrer herkömmlichen Position und die Schutzhaube 9 ist oberhalb der Abschirmriegel 8 angeordnet, so dass die Abschirmriegel 8 ihre Abschirmfunktion erfüllen können, während die Schutzhaube 9 die beschriebene mechanische Schutzfunktion übernimmt. Die Schutzhaube 9 bzw. deren Segmente 11, 12 und 13 bestehen jeweils aus einer Vielzahl miteinander verbundener Stahlträger 16, 17. Die einzelnen Stahlträger 16 und 17 sind zu einer netzartigen Struktur miteinander verschweißt. Dabei ist in den Figuren erkennbar, dass jeweils mehrere parallel zueinander angeordnete Längsträger 16 vorgesehen sind, die sich über den gesamten Durchmesser der Schutzhaube 9 erstrecken. Quer zu den Längsträgern 16 verlaufen kurze Verbindungsträger, so dass die Länge der Verbindungsträger 17 zugleich den Abstand der Längsträger 16 definiert. Die Dimensionierung ist dabei so getroffen, dass die verhältnismäßig großen Gebäudetrümmerteile nicht durch das erzeugte ”Raster” hindurch fallen können. Die Stahlträger 16, 17 sind als Breitflanschträger mit einer Breite b von etwa 300 mm und einer Höhe h von etwa 900 mm sowie einer Stegdicke s von 15 bis 20 mm und einer Flanschdicke t von 20 bis 40 mm ausgebildet. Die Längsträger 16 sind im Ausführungsbeispiel beidseitig mit parallel zum Steg verlaufenden Stahlplatten 16' versehen, welche eine Dicke von etwa 50 mm aufweisen.
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Die Schutzhaube 9 ist im ersten Ausführungsbeispiel mehreckig, nämlich achteckig ausgebildet. In 3 sind die drei einzelnen Segmente 11, 12 und 13 erkennbar, welche dann zu der in 2 dargestellten Schutzhaube 9 zusammengesetzt werden. Die einzelnen Segmente 11, 12, 13 werden dabei vorzugsweise miteinander verschraubt. Oberseitig weist die Schutzhaube eine Deckplatte 18 auf, welche eine Dicke von z. B. 20 mm aufweist und als Stahlplatte ausgebildet ist. Sie trägt insgesamt zur Stabilität der Schutzhaube bei, dient jedoch in erster Linie dem Schutz vor herabfallenden Kleinteilen oder kleineren Trümmerteilen.
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Da bei der in den 2 und 3 dargestellten ”Trocken-Lösung” die Abschirmriegel 8 im Bereich des Flutraumbodens 6 angeordnet sind, ist eine zusätzliche Stützkonstruktion 19 vorgesehen, welche im Flutraum 4 angeordnet ist und die Öffnung 7 im Flutraumboden 6 ringförmig umgibt. Diese ringförmige Stützkonstruktion 19 weist einen ringförmigen Bodenrahmen 20 auf, auf welchem über den Umfang verteilte Stützpfeiler 21 befestigt sind. Auf diese Stützpfeiler 21 ist die Schutzhaube 9 mit ihren Längsträgern 16 aufgesetzt. Die Stützpfeiler 21 sind folglich so beabstandet, dass die Längsträger 16 auf die Stützpfeiler 21 aufgesetzt werden (3). Bei dieser Ausführungsform der Schutzhaube 9 aus einer Vielzahl von Breitflanschträgern 16, 17 mit hoher Stabilität, nehmen die Breitflanschträger 16, 17 einerseits die kinetische Energie des herabfallenden Trümmerteils oder einen Teil der kinetischen Energie auf. Andererseits verhindern die Breitflanschträger 16, 17 in der beschriebenen Gitterkonstruktion, dass das Gebäudeteil die Schutzhaube durchdringt. Durch die darunter angeordnete Stützkonstruktion 19 kann ein ebenfalls erheblicher Teil der kinetischen Energie aufgenommen werden, die Stützkonstruktion 19 und insbesondere deren Stützpfeiler 21 können folglich plastisch verformt werden und folglich einen erheblichen Teil der kinetischen Energie aufnehmen.
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Schutzhaube 9 und Stützkonstruktion 20 werden in der Regel fest miteinander verbunden und dann gemeinsam montiert. Die Stützkonstruktion 20 ist folglich vorzugsweise Bestandteil der Schutzhaube 9. Sie können gemeinsam die Sicherheit eines Reaktorgebäudes erhöhen, insbesondere wenn eine dieser Komponenten, z. B. die untere Stützkonstruktion bewusst plastische Verformungen zulässt. Grundsätzlich kommt es im Rahmen der ersten Ausführungsform jedoch auf eine ausreichend hohe Stabilität der Schutzhaube 9 an.
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In den 4 bis 8 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, welche als ”Nass-Lösung” bezeichnet wird. Die Schutzhaube 9 besteht aus den beiden Segmenten 14, 15. Die Schutzhaube 9 ist dabei als Dichthaube ausgebildet, welche die Öffnung 7 des Flutraumes 4 flüssigkeitsdicht verschließt. Diese Schutzhaube 9 erfüllt folglich eine Doppelfunktion. Zum einen schützt sie den Sicherheitsbehälter 2 in der beschriebenen Weise vor herabfallenden Gebäudetrümmerteilen und zum anderen schützt sie den unterhalb des Flutraumes 4 liegenden Hohlraum vor Wassereintritt. Dieses ermöglicht es nun, dass der Flutraum 4 auch während des Leistungsbetriebes des Reaktors geflutet werden kann. Damit wird zunächst einmal eine zusätzliche Kühlmittelreserve zur Verfügung gestellt. Außerdem können jedoch die bislang eingesetzten Abschirmriegel entfallen, da das Flüssigkeitsreservoir im Flutraum eine ausreichende Abschirmwirkung erzeugt. Schließlich kann die zusätzliche Kühlmittelreserve auch die Funktion eines Löschmittels übernehmen, wenn z. B. brennende Flugzeugteile herabstürzen.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Schutzhaube 9 mehrschalig aus zwei übereinander angeordneten Schalen 22, 23 zusammengesetzt. Da die Schutzhaube 9 in der beschriebenen Weise aus den beiden Segmenten 14, 15 besteht, ist jedes dieser Segmente 14, 15 jeweils aus zwei Schalen 22 bzw. 23 zusammengesetzt. Die obere Schale 22 bildet dabei die Dämpfungsschale, welche von einem herabfallenden Trümmerteil plastisch verformt wird. Die darunter angeordnete Schale 23 bildet eine untere Sicherheitsschale, welche das von der Dämpfungsschale 22 abgebremste Trümmerteil aufnimmt. Das Trümmerteil wird folglich von der Dämpfungsschale 22 durch bewusst zugelassene plastische Verformung abgebremst und kommt dann auf der Sicherheitsschale 23 zur Auflage. Dabei ist die Schutzhaube 9 in diesem Ausführungsbeispiel kuppelförmig mit einer konvex gewölbten Oberfläche ausgebildet.
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Die obere Dämpfungsschale 22 weist eine gitterförmige bzw. netzartige Stützkonstruktion 24 auf, welche von mehreren sternförmig verlaufenden Stützstreben 25 sowie mehreren die Stützstreben miteinander verbindenden Ringstreben 26 aufweist. Ferner ist die Stützkonstruktion 24 mit einem Deckblech 27 abgedeckt. In den Figuren ist erkennbar, dass die Stützstruktur 24 aus den sternförmigen Streben 25 und den Rundstählen besteht, die zu Halbkreisen geformt sind und folglich die ringförmigen Ringträger 26 der beiden Hälften 14 bzw. 15 der Schutzhaube 9 bilden. Im Ausführungsbeispiel finden sich die Rundstähle 26 auf der Kuppel und vermindern die Kerbwirkung auftreffender Trümmerteile. Das Deckblech 27 kann folglich zwischen den sternförmigen Stegen 25 und den Rundstählen 26 angeordnet sein. Die Rundstähle 26 verteilen die Last auf die Oberfläche der Kuppel. Der ggf. senkrecht und folglich mit seiner Fläche auftreffende Binder beginnt zu kippen, so dass sich die Auflagefläche vergrößert.
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Insbesondere in 6 ist erkennbar, dass sich die Stützkonstruktion 24 (bestehend aus Trägern 25 und Trägern 26) lediglich über einen Teil der Höhe und folglich auch lediglich über einen Teil des Durchmessers der oberen Dämpfungsschale 22 erstrecken. Die obere Dämpfungsschale 22 weist folglich einen (oberen) stabilen Bereich auf, in welchen die Stützkonstruktion 24 integriert ist und einen (unteren) flexiblen Bereich, welcher lediglich von dem Deckblech 27 gebildet wird. Der stabile Bereich leitet die eintretende kinetische Energie auf den flexiblen Bereich ab. Um dieses zu gewährleisten, ist die beschriebene Stützstruktur 24 vorgesehen. Der flexible Bereich verarbeitet die kinetische Energie durch Umformarbeit. Der in den Figuren dargestellte ”unterste” Rundstahl 26' begünstigt die Verformung und schützt zusätzlich den stabilen Bereich. Die Umformarbeit findet unterhalb des dargestellten Rundstahls 26' statt. Dadurch wird das Unterteil nur gering belastet, da es die auftretenden Spannungen großflächig in das Bauwerk ableitet.
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Während die bereits beschriebene obere Dämpfungsschale 22 insgesamt stark verformt und folglich zerstört werden kann, um die kinetische Energie aufzunehmen, soll die untere Sicherheitsschale 23 verhindern, dass das Trümmerteil die Schutzhaube durchdringt. Auf der unteren Sicherheitsschale 23 bleibt das abgebremste Gebäudetrümmerteil folglich liegen oder es rutscht ggf. seitlich ab, ohne jedoch in den Bereich des Sicherheitsbehälters zu fallen. Dazu weist die untere Sicherheitsschale 23 eine Sicherheitskonstruktion auf, welche aus mehreren sternförmig verlaufenden Sicherheitsstreben 28 besteht. Auf diese sternförmige Sicherheitskonstruktion 28 ist wiederum ein Deckblech 29 aufgesetzt. Die untere Sicherheitsschale 23 weist ferner eine umlaufende untere Dichtfläche 30 auf, welche einer korrespondierenden Dichtfläche im Bereich des Flutraumbodens zugeordnet ist. Dazu sind in die untere Dichtfläche 30 im Ausführungsbeispiel zwei umlaufende Ringdichtungen 31 integriert.
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Ferner sind in den 7 und 8 die auf der Oberseite der unteren Sicherheitsschale 23 angeordneten Führungsstege 32 erkennbar, welche gleichsam Zentrierbleche für die auf die untere Sicherheitsschale 23 aufgesetzte obere Dämpfungsschale 22 bilden.
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Bei der in den 5 bis 8 dargestellten Nass-Lösung ist die Schutzhaube 9 – wie ausführlich erläutert – mehrschalig ausgebildet, sie besteht einerseits aus der oberen Dämpfungsschale 22 und andererseits aus der unteren Sicherheitsschale 23. Die Kombination dieser beiden Schalen wird im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels als Schutzhaube bezeichnet.
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In abgewandelter, nicht dargestellter Ausführungsform besteht jedoch auch die Möglichkeit für eine Nasslösung eine Schutzhaube einerseits und eine darunter angeordnete separate Dichthaube andererseits vorzusehen. Die Dichthaube verschließt dann vorzugsweise flüssigkeitsdicht die Öffnung im Flutraumboden, während die darüber angeordnete Schutzhaube die Dichthaube überspannt. Konstruktiv kann eine solche Schutzhaube (in etwa) so ausgestaltet werden, wie die Dämpfungsschale 22 in den Figuren. Die darunter angeordnete Dichthaube kann (in etwa) so ausgestaltet werden, wie die insgesamt in den 7 und 8 dargestellte Sicherheitsschale 23. Die Auslegung hinsichtlich der Belastung kann jedoch von den beschriebenen Ausführungsbeispielen variieren. So ist es zweckmäßig, wenn die Dichthaube im Wesentlichen eine Dichtfunktion übernimmt und die darüber angeordnete Schutzhaube dann die auftretenden Lasten auffängt. Schutzhaube und Dichthaube können dann so aufeinander abgestimmt sein, dass die Schutzhaube die Last nicht in die Dichthaube, sondern in eine geeignete Auflagefläche des Gebäudes einleitet. Dieses ist in den Figuren nicht dargestellt.
