DE1090345B - Kernreaktor mit gruppenweise in Haltern sitzenden Brennstoffelementen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Kern aus dicht benachbarten, zylindrischen Brennstoffelementen, die gruppenweise in Haltern sitzen, welche entgegen der Schwerkraft durch eine Fördervorrichtung im Gleichgewicht gehalten werden, welche die Halter zusammen mit ihren Brennstoffelementgruppen in den Kern ein- und herausführt.

Um eine Kettenreaktion in einem Schnellreaktor aufrechtzuerhalten, muß der aus Kernbrennstoff bestehende Reaktorkern so kompakt bzw. gedrungen wie möglich hergestellt werden, wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß Mittel zum Kühlen des Reaktors zugeführt werden müssen. Dies kann erreicht werden entweder durch einen Flüssigkeitskern, bei welchem Kühlschlangen vorgesehen sind, oder auch durch einen Flüssigkeitskern, bei welchem das Arbeitsmittel kontinuierlich durch einen Wärmeaustauscher geführt wird, oder schließlich durch einen Kern aus festem Kernbrennstoff, welcher aus getrennten bzw. einzelnen Brennstoffelementen (oder aus Abschnitten eines Brennstoffblocks) zusammengebaut ist und vom Kühlmittel umspült wird. Die Forderung nach einem kompakten bzw. gedrungenen Kernaufbau scheint im Widerspruch zur Forderung nach einer konventionellen oder üblichen Einrichtung, welche für das Einführen eines neutronenabsorbierenden Materials in den Reaktorkern aus Steuerzwecken vorgesehen ist, zu stehen, und demzufolge müssen andere Vorrichtungen, welche die Reaktivität des Kerns steuern, vorgesehen werden.

Es ist bereits ein Schnellreaktor bekanntgeworden, welcher bewegliche Steuereinrichtungen für Kernbrennstoffelemente aufweist. Die Steuerantriebsvorrichtung befindet sich dabei oberhalb der Steuereinrichtungen und steht mit diesen an deren oberen Enden in Wirkverbindung. Die Steuereinrichtungen besitzen einen Zahnstangen-Ritzelantrieb, so daß sie langsam auf und ab bewegt werden können. Ferner sind sie mit einem Federsystem ausgestattet, um eine schnelle Abwärtsbewegung ausführen zu können, wobei das Federsystem durch einen Klinkenmechanismus betätigt, wird. Beim Schnell reaktor gemäß der vorliegenden Erfindung ruhen dagegen die Steuereinrichtungen der Kernbrennstoffelemente an ihren unteren Enden auf L-förmigen Bauteilen, welche durch einen Schrauben- und Mutternantriebsmechanismus bewegt werden, der eine lösbare Kupplung in Form eines Elektromagneten besitzt. Die erfindungsgemäße Ausführungsanordnung ist insofern besonders vorteilhaft, als die Steuereinrichtungen nicht vor dem Entladen der Kernbrenn-Stoffelemente aus dem Reaktor heraus abgekuppelt zu werden brauchen, wie dies beim bekannten Schnellreaktor der Fall ist.

Ein weiterer bekannter graphitmodernisierter Kern-Kernreaktor mit gruppenweise in Haltern sitzenden Brennstoffelementen

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy
Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,
Siegen, Oianienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom. 13. März 1957

John Tatlock, Culcheth, Warrington, Lancashire,

und John Alexander Forbes Glass,

Woolton, Liverpool (Großbritannien),

sind als Erfinder genannt worden

reaktor arbeitet mit Uranschrot (Kugeln), die in Kanälen in Graphitmoderatorsäulen lagern, welche von Graphitziegeln umgeben sind. Am unteren Ende jeder Säule befindet sich eine Absperrvorrichtung, welche normalerweise geschlossen ist, um den Uranschrot in den Kanälen zu halten. Nach Öffnen der Absperrvoriichtungen kann der Uranschrot durch die Absperrvorrichtungen hindurch entladen werden. Das Entladen des Schrots geschieht deshalb, um entweder der routinemäßigen Brennstofferneuerung nachzukommen oder zwecks Notabschaltens des Reaktors. Das Wiederladen des Reaktors mit frischem Brennstoff wird durch die Absperrvorrichtungen und die wahlweise einzustellende Rohrleitung hindurch vorgenommen. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht aber keine Möglichkeit, die Auf- und Abwärtsbewegung des Uranschrots in den Kanälen zu steuern, um dadurch eine normale Betriebssteuerung des Reaktors zu bewirken. Dies geschieht vielmehr durch Verändern der Quecksilbermenge in einer geschlossenen Rohrleitung, die sich in den Reaktorkern hinein erstreckt. Außerdem bezieht sich die bekannte Vorrichtung auf einen Schnellreaktor, der ohne Graphitmoderator arbeitet.

Erfindungsgemäß wird ein Kernreaktor mit einem Kern aus dicht benachbarten lotrechten, zylindrischen Brennstoffelementen, die gruppenweise in Haltern sitzen, welche entgegen der Schwerkraft durch eine Fördereinrichtung im Gleichgewicht gehalten werden,

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welche die Halter zusammen mit ihren Brennstoffelementgruppen in den Kern ein- und herausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter an ihren unteren Enden mit der Fördervorrichtung in Verbindung stehen und zusammen mit ihren Brennstoffelementgruppen unter dem Einfluß der Schwerkraft bei Betätigung einer in der Fördervorrichtung sitzenden Kupplung frei aus dem Kern herausfallen.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht der Reaktorkernes,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Brennstoffelementhalters,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie IH-III der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie V-V der Fig. 3 in verkleinertem Maßstab, Fig. 6 einen Längsschnitt durch den Reaktorbehälter,

In der Zeichnung ist ein Behälter 1 (Fig. 6) dargestellt, der den Reaktorkern 2 eines schnellen Reaktors aufnimmt. Der Behälter 1 weist eine sternförmige Kernplatte 3 für das Halten der Brennstoffelemente auf.

Die Brennstoffelemente sind in Aussparungen 4 (Fig. 1) in der Platte 3 befestigt, welche in einem inneren Mantel 5 von sternförmigem Querschnitt sitzt. Ein äußerer Mantel 6 von sechseckigem Querschnitt ist relativ zum Mantel 5 so angeordnet, daß dieEcken7 des Mantels 5 an den Mantel 6 heranreichen. Unterfeilüngsplatten 8, welche vom Mantel 6 nach den Einkehlungen 9 des Mantels 5 reichen, sind so angeordnet, daß sie die zwischen dem Mantel 5 und dem Mantel 6 liegenden Aushöhlungen in zwölf gleiche, im Schnitt dreieckige Abschnitte 10 unterteilen. Zwölf im Schnitt dreieckige Halter 11 sind so angeordnet, daß sie in die im Schnitt dreieckigen Abschnitte lö hinein- und aus diesen herausbewegt werden können.

Die Halter 11 können mittels sechs an ihnen angebrachten Rollen 12 in die Abschnitte 10 hinein- und aus diesen herausbewegt werden, wobei die Wand des Mantels 5, die Unterteilungsplatten 8 und die Lagereinsätze 13,14 Lagerflächen für die Rollen 12 bilden.

Die Mäntel 5 und 6 sind durch Bolzen 15 miteinander verbunden, welche in die hinterlegten Platten

16 hineingeschraubt sind. Die Bolzen 15 und die hinterlegten Platten 16 halten außerdem die Lagereinsätze 13.

Die Unterteilungsplatten 8 sind vermittels Bolzen

17 mit den Mänteln 5, 6 verbunden, welche außerdem die Lagereinsätze 14 sichern.

Jeder Halter 11 (Fig. 2, 3, 4 und 5) weist drei Platten 18 auf (Fig. 3), welche durch Schrauben 19 (Fig. 2) miteinander verbunden sind. Die sechs Rollen 12 (Fig. 3 und 4) sind in zwei Ebenen (in der Ebene der Fig. 3 und in der Ebene der Fig. 4) durch Schrauben 21 in den Löchern 20 befestigt. Die Platten

18 weisen Rippen 22 auf, welche dazu dienen, zehn der Kernbrennstoffelemente zu halten. Zwei Rollen 12, welche mit Abstand voneinander und in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, werden somit auf jeder Fläche des Halters 11 freigegeben. Die Kernbrennstoffelemente werden in einem perforierten Block 23 (Fig. 3, 4 und 5) gehalten, welcher vermittels Schrauben 24 (Fig. 2) mit den Platten 18 verbunden ist. Ein konischer Abschnitt 25 weist Löcher 26 auf, welche eine Strömung des Kühlmittels durch den Halterrahmen 11 hindurch zulassen. Ein schnabelförmiges Endstück 27 ist auf der Linie 28 am konischen Abschnitt 25 festgeschweißt.

Die zwölf Halter 11, in denen jeweils zehn Kernbrennstoffelemente sitzen, bilden zwölf Steueranordnungen. Die Steuerung der Reaktivität des Reaktorkerns 2 wird dadurch erreicht, daß die Halter 11 in den Reaktorkorn 2 hinein- oder aus diesem herausbewegt werden. Von den Steueranordnungen werden normalerweise nur sechs für die Betriebssteuerung verwendet, während die anderen sechs für äußerste Sicherheitsmaßnahmen zur Verfügung stehen. Die zwölf Steueranordnungen werden durch zwölf gleiche Schrauben und Mutternantriebsvorrichtungen 29 (Fördervorrichtungen) bewegt, welche sich im Reaktorbehälter 1 befinden (Fig. 6).

Jeder Halter ist über einen L-förmigen Bauteil 30 einer der Schrauben- und Mutternvorrichtungen 29 zugeordnet. Der Halter 11 ruht auf dem Fußstück 31 des Bauteils 30, und der rückwärtige Teil 32 des Bauteils 30 wird durch die Schrauben- und Mutternvorrichtung 29 in lotrechter Richtung bewegt.

Jede Schrauben- und Mutternvorrichtung29 schließt eine Kupplung ein, welche lösbar ist, so daß man in Not- bzw. Katastrophenfällen die Steueranordnungen aus dem Reaktorkern herausfallenlassen kann, um dadurch sicherzustellen, daß der Reaktor außer Betrieb gesetzt wird. Die Schrauben- und Mutternvorrichtungen 29 (deren Aufbau und Betätigung in der britischen Patentschrift 786 486 eingehend beschrieben sind) werden elektrisch erregt und verriegelt, so daß jeweils immer nur ein Halter in den Reaktorkern 2 hineinbewegt werden kann, während jedoch im gleichen Zeitpunkt alle Halter freigegeben werden können, um aus dem Reaktorkern herauszufallen.

Eine Brennstoffelementhalteplatte 33, welche der Platte 3 gleicht, ist ebenfalls in Fig. 6 veranschaulicht, in welcher außerdem Kühlmitteleinlaß- und -auslaßrohre 34,35 und Halteplatten 36,37,38 dargestellt sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Kern aus dicht benachbarten lotrechten, zylindrischen Brennstoffelementen, die gruppenweise in Haltern sitzen, welche entgegen der Schwerkraft durch eine Fördervorrichtung im Gleichgewicht gehalten werden, welche die Halter zusammen mit ihren Brennstoffelementgruppen in den Kern ein- und herausführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (11) an ihren unteren Enden mit der Fördervorrichtung (29) in Verbindung stehen und zusammen mit ihren Brennstoffelementgruppen unter dem Einfluß der Schwerkraft bei Betätigung einer in der Fördervorrichtung sitzenden Kupplung frei aus dem Kern herausfallen.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Halter (11) über einen L-förmigen Bauteil (30) einer Fördervorrichtung (29) zugeordnet ist, wobei der Halter (11) auf dem Fußstück (31) des Bauteils (30) ruht und der rückwärtige Teil des Bauteils (30) durch eine Fördervorrichtung in lotrechter Richtung bewegt werden kann.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fördervorrichtung aus einer Schrauben- und Mutternvorrichtung besteht, welche elektrisch erregt und verriegelt wird, so daß lediglich eine Brennstoffelementgruppe jeweils in den Reaktorkern hineinbewegt werden kann, daß

jedoch zu einem Zeitpunkt alle Gruppen freigegeben werden können, um aus dem Reaktorkern herauszufallen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwölf mit gleichem Abstand voneinander angeordnete Halter (11) von gleichseitigem dreieckigem Querschnitt vorgesehen sind und daß der Reaktorkern einen gleichmäßigen sechseckigen Querschnitt aufweist, wobei jede Ecke des Kerns zwei gleichseitige dreieckige Sek-

toren hat und jeder Sektor mit einem Sektor des Trägers zusammenpaßt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 689629, 2 782 158;
»Technische Mitteilungen« 49. Jahrgang, 1956,

S. 438/439;

»Proceedings of the International Conference on the

Peaceful Uses of Atomic Energy«, 1955, S. 330 bis

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

©· 009 610/323 9.60