DE1046209B

DE1046209B - Kombiniertes Brennstoffelement - Regelelement fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1046209B
Application number: DEM33014A
Authority: DE
Inventors: Dr Musat Vasile Bodnarescu
Original assignee: Metallgesellschaft AG
Current assignee: GEA Group AG
Priority date: 1957-01-24
Filing date: 1957-01-24
Publication date: 1958-12-11

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Regelelement für Kernreaktoren. Die bekannten Regelelemente setzen sich zusammen aus dem Absorberteil, der aus einem Material mit Atomen von großem Neutroneneinfangquerschnitt, z. B. Kadmium oder Bor, besteht und einer Vorrichtung, die es gestattet, diesen Absorberteil in den Kernreaktor ein- und auszufahren. Führt man Regelelemente in einen Kernreaktor, der sich in Betrieb befindet, ein, so werden dort Neutronen eingefangen, die sonst zur Aufrechterhaltung der Kernreaktionen benötigt worden wären. Man kann dadurch die Leistung eines Kernreaktors vermindern und ihn schließlich abstellen. Zum automatischen Einstellen der Leistung, dem sogenannten Trimmen, ist es erforderlich, den Absorberteil· der Regelelemente in jeder gewünschten Eintauchtiefe im Kernreaktor zu führen, während es beim Abschalten darauf ankommt, den Absorberteil möglichst schnell und in seiner ganzen Länge einzufahren. Es bereitet keine Schwierigkeiten, beide erwähnten Funktionen, die des Trimmens und die des Abschaltens, in einer Konstruktion zu vereinen.

Es ist bekannt, in einem Kernreaktor die Trimm- und Abschaltelemente entweder auf Gitterpositionen, also an Stelle von Brennstoffelementen, oder auf Zwischengitterpositionen, also zwischen den Brennstoffelementen, anzuordnen. Bei der Anordnung auf Gitterpositionen fallen die entsprechenden Brennstoffelemente fort. Als bescheidener Ersatz für diese Elemente wird gelegentlich auch ein Teilstück der Kontrollelemente aus Spaltstoff hergestellt, doch bleibt auch bei dieser Maßnahme letztlich die Neutronenflußverteilung": als /Folge vdes- fehlenden Brennstaffelementes gestört. Es genügt auch nicht, an Stelle ·.-_. eines fehlenden ein zusätzliches Brennstoffelement etwa an der Peripherie des Kernreaktors anzuordnen, ~ ~ da der Beitrag eines Randbrennstoffelemenies an der^;-'"^: Gesamtreaktivität viel geringer ist als "der eines Tn Nähe des Reaktorzentrums gelegenen. Bei der Anordnung auf Zwischengitterpositionen ist man durch den knappen zur Verfugung stehenden Raum zwischen den einzelnen Brennstoffelementen behindert und es lassen sich keine großen und damit auch keine sehr wirksamen Trimm- und Abschaltelemente unterbringen. Der Zwischengitterraum wird zudem oft für andere Zwecke, beispielsweise zur Isotopenherstellung benötigt.

Die vorliegende Erfindung begegnet diesen Schwierigkeiten und Nachteilen, indem die Trimm- und Abschaltelemente auf Gitterpositionen angeordnet werden, ohne jedoch dafür die entsprechenden Brennstoffelemente fortzulassen. Der Absorberteil umschließt dazu erfindungsgemäß teilweise das Brennstoffelement in einem gewissen Abstand und kann durch eine be-Kombiniertes Brennstoffelement —
Regelelement für Kernreaktoren

Anmelder:

Metallgesellschaft Aktiengesellschaft,
Frankfurt/M., Reuterweg 14

Dr. Musat Vasile Bodnarescu, Frankfurt/M.,
ist als Erfinder genannt worden

kannte Vorrichtung relativ zum Brennstoffelement in den Kernrealetor beliebig ein- und ausgefahren werden. Er besteht beispielsweise aus einem Rohr, das um das Brennstoffelement konzentrisch angeordnet ist. Die Vorrichtung zum Ein- und Ausfahren dieses Absorberteiles ist in dem Kernreaktordeckel zugleich mit der Haltevorrichtung für das Brennstoffelement untergebracht. Man kann so einen Absorberteil von großem Durchmesser mit entsprechend hoher Wirksamkeit verwenden, ohne Brennstoffelemente fortlassen zu müssen. Man ist daher in der Anzahl solcher mit Brennstoffelementen kombinierten Trimm- - und Ab-"schaltelemente nicht beschränkt. -

Es ist bekannt, bei genügendem Reaktrvitätsüberichttß einzelne Brennstoffelemente durch entsprechend .bemessene Stahlstangen zu ersetzen, da Stahl ähnlich'e Absorbereigenschaften für langsame Neutronen hat wie Uran. Die schwachen, dem Uran entsprechenden Stahlaßsörber, deren Aufgabe es ist, den Neutronenflüß zu "vergleichmäßigen, können ebenso wie die Uran-Brennstoffelemente mit der 'erfindungsgemäßen Trimm- und Abschaltvorrichtung ausgerüstet sein, derart, daß der rohrartige Absorberteil jeweils über die Stahlstange gestülpt werden kann.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung besteht in einer Anordnung, bei der mehrere Absorberteile, die um die gleiche der Absorberanzahl entsprechenden Anzahl Brennstoffelemente angeordnet, untereinander verbunden sind und von einer !gemeinsamen Vorrichtung ein- und ausgefahren werden. Die Trimm- und Abschaltvorrichtung kann am oberen Teil eines der Brennstoffelemente, z. B. dem mittleren, angebracht sein. Es ist auch möglich, die Ein- und Ausfahrvorrichtung für den Absorberteil eines oder mehrerer Brennstoffelemente außerhalb des Kernreaktors anzuordnen.

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In der Zeichnung sind dem Vorstehenden entsprechende, mit Brennstoffelementen kombinierte Regelelemente beispielsweise dargestellt. Abb. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung für ein Brennstoffelement im Schnitt. In Abb. 2 ist der Schnitt der erfmdungsgemäßen Trimm- und Abschaltvorrichtung für fünf Brennstoffelemente dargestellt, von denen jedoch nur drei im Schnitt sichtbar werden. In Abb. 3 ist die Vorrichtung der Abb. 2 in Blickrichtung des Pfeiles dargestellt.

Gemäß Abb. 1 setzt sich das Brennstoffelement 1, das die spaltbaren Materialien und das Kühlsystem enthält, im Bereich des dicken Kernreaktordeckels 2 mit der Stange 3 fort, die mit der Flanschplatte 4 endet. An der Platte 4 ist das Rohr 5 befestigt. Um die Stange 3 ist die Gewindehohlspindel 6 angeordnet, die durch den Motor 7 gedreht werden kann. Die Mutter 8, die das Teilstück 9 mit Absorberteil 10 trägt, wird dabei nach oben oder nach unten bewegt, da sie sich selbst nicht mitdrehen kann. Mit Hilfe des Motors 7 kann man daher den Absorberteil beliebig in den Kernreaktor ein- oder ausfahren.

Die Teile 8 und 9 werden durch magnetische Kräfte oder mechanisch, beispielsweise durch Sperrklinken, zusammengehalten. Wird im Falle des Abschaltens die Verbindung der Teile 8 und 9 gelöst, zum Beispiel durch Unterbrechung des elektrischen Stromes des Haltemagneten oder durch mechanisches Ausklinken, dann fällt der Absorberteil in den Kernreaktor und schaltet ihn ab. Der Stoßdämpfer 11 fängt den Absorberteil am Teilstück 9 ab.

Um den Kernreaktor wieder in Betrieb zu nehmen, bringt man die Mutter 8 in die unterste Lage und stellt die Verbindung der Teilstücke 8 und 9 wieder her. Man kann dann den Absorberteil 10 wieder herausfahren. Beim Ein- und Ausfahren wird der Absorberteil 10 an dem gelochten Rohr 12 entlanggeführt, das nur oben und unten mit dem Brennstoffelement 1 verbunden ist, so daß eventuelle Verbiegungen oder Verziehungen des Brennstoffelementes 1 keine Behinderung der Bewegung des Absorberteiles 10 verursachen können. Auch kann der äußere Mantel des Brennstoffelementes 1 als Führung für den Absorberteil 10 dienen, falls nur ein genügendes Spiel vorgesehen wird. Die Verbindung zwischen dem Brennstoffelement 1 und der Platte 4 läßt sich lösen, so daß das Brennstoffelement 1 von dem Absorberteil und der Regelvorrichtung getrennt werden kann.

Für die Teile der Abb. 1, die in den Abb. 2 und 3 wiederkehren, wurden die gleichen Bezugsziffern wie in der Abb. 1 gewählt. Um fünf Brennstoffelemente 1, die sich innerhalb der Hohlräume 13 des Deckels 2 mit den Haltestangen 3 fortsetzen, sind 5 Absorberteile 10 angeordnet. Diese sind an ihren unteren Enden durch die Stege 14 miteinander verbunden und in der Abb. 3 teilweise ausgefahren dargestellt. Die in den Abb. 2 und 3 nicht gezeichnete Ein- und Ausfahrvorrichtung greift an einem der Absorberteile 10, z. B. dem mittleren, an und bewegt so alle fünf.

Claims

Patentansprüche:

1. Regelelement zum Trimmen und Abschalten von Kernreaktoren in Kombination mit einem Brennstoffelement, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronen absorbierende Teil das Brennstoffelement teilweise in einem gewissen Abstand umschließt und durch eine bekannte Vorrichtung relativ zum Brennstoffelement in den Kernreaktor beliebig ein- und ausgefahren werden kann.

2. Regelelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung des Regelelementes oder ein Teil desselben im Deckel des Kernreaktors untergebracht ist.

3. Regelelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberteil bei seiner Bewegung im Bereich des Kernreaktors am äußeren Mantel des Brennstoffelementes entlanggeführt wird.

4. Regelelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorberteil an einem das Brennstoffelement umgebenden Führungsteil, das vom Brennstoffelement unabhängig ist, beispielsweise einem Rohr entlanggeführt wird.

5. Regelelement nach Anspruch 1 bis 4, in Kombination mit mehreren Brennstoffelementen, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Absorberteile die entsprechendenBrennstoff elemente umschließen, jedoch von einer gemeinsamen Vorrichtung angetrieben werden.

6. Regelelement in Kombination mit Brennstoffelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Brennstoffstab und dem Regelelement lösbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Buch »Research Reactors«, S. 168,169, aus der Reihe »Selected Reference Material on Atomic Energy«, London 1955.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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