DE1095409B - Tauchrohr an Kraftwerkskernreaktoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Tauchrohr an Kernreaktoren, um Materialproben oder Brennstoffelemente dem Neutronenbeschuß in einem Reaktor auszusetzen.

Die bekannten Einrichtungen bestehen aus einem Rohr, das ganz oder teilweise in den Reaktor eindringt. Dabei werden die Tauchrohre meist doppelwandig ausgebildet, und das Kühlmittel strömt im allgemeinen außen zwischen den beiden Wänden des Tauchrohres in die Bestrahlungseinrichtung hinein und nach Kühlung des Versuchskörpers an der Innenseite wieder heraus. Im allgemeinen werden derartige Tauchrohre in den wassergekühlten bzw. wassermoderierten Kern eines Forschungsreaktors oder dicht neben diesem eingesetzt. Das Tauchrohr ragt dabei direkt in das Wasser, oder es ist eine zusätzliche Hülse als Bestrahlungskanal vorgesehen, die für Bestrahlungszwecke fest im Forschungsreaktor angebracht ist. Aus neutronentechnischen Gründen ist ein solcher Bestrahlungskanal meist aus Aluminium ausgeführt, um die Absorption gering zu halten.

Wenn mit einer solchen Einrichtung Proben oder insbesondere Brennstoffelemente zu untersuchen sind, die beim Betrieb in der Praxis hohen Kühlmitteldrücken oder hohen Temperaturen unterworfen sind, so muß die Außenwand des Tauchrohres aus hitzebeständigem Material von entsprechender Druckfestigkeit und Wandstärke ausgeführt werden. Sie muß außerdem noch isoliert werden, damit der Reaktorbetrieb nicht durch im Tauchrohr auftretende, unzulässig hohe Temperaturen oder durch die Erwärmung seiner Moderatorflüssigkeit beeinträchtigt oder gar gefährdet werden kann. Die Dicke der Tauchrohrwand und ihre Isolierung stellen jedoch in neutronentechnischer Hinsicht einen Nachteil dar, da durch die Materialanhäufung Neutronen absorbiert werden und der Neutronenfluß im bestrahlten Körper so gering werden kann, daß die Experimente nur noch wenig mit den wirklichen Verbältnissen gemeinsam haben, denen das Brennstoffelement bei einem späteren Einsatz im Energieerzeugungsreaktor ausgesetzt ist. Außerdem werden die an sich schon teuren Experimente durch die Verringerung des Neutronenflusses zeitlich um ein Mehrfaches verlängert und damit weiter versteuert. Die Kosten für Forschungsreaktoren und Tauchrohrexperimente in denselben sind bekanntlich deshalb so groß, weil die im Reaktor frei werdenden Energien bei niedrigen Temperaturen, die meist unter 100⁰C liegen, abgeführt werden und somit nicht oder nur sehr mangelhaft verwertet werden können.

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht infolgedessen darin, die geschilderten Nachteile, die durch eine große Materialanhäufung in der Wandung des Tauchrohres auftreten, zu vermeiden.

Zu diesem Zweck wird das Tauchrohr an Kraftwerkskernreaktoren erfindungsgemäß als eine Behälterkonstruktion ausgebildet, bei der Taucheinrichtung, Kühlung und Tauchrohr an Kraftwerkskernreaktoren

Anmelder:

Deutsche Babcock & Wilcox-Dampfkessel-

Werke Aktien-Gesellschaft,
Oberhausen (RhId.), Duisburger Str. 375

Dr.-Ing. Wolfgang Junkermann, Mülheim/Ruhr,
ist als Erfinder genannt worden

Gebläse in einer einzigen Einrichtung angeordnet sind.

Die gesamte Einrichtung wird in einen Energiereaktor eingesetzt, der mit etwa gleichem Druck und gleichen Temperaturen betrieben wird. Dabei kann entweder zwischen dem Reaktorinneren und dem Tauchrohr eine Hülse eingeordnet sein, oder aber das Tauchrohr kann über eine Dichtungsplatte und eine gasdichte Stopfbuchse in den Reaktor eingeschoben sein. Die Außenwand des Tauchrohres dient erfindungsgemäß dann nur zur Gasführung der aus versuchstechnischen Gründen getrennt zu behandelnden Kühlgase im Tauchrohr. Unter der Voraussetzung, daß das Tauchrohr nur bei druckentspanntem Reaktor ausgebaut wird, kann auch ein zusätzlich im Reaktor fest eingebautes Tauchrohr verhältnismäßig dünnwandig ausgeführt werden. Es dient nur zur Abgrenzung des immer gewisse radioaktive Verunreinigungen enthaltenen Reaktorkernes gegen die das Tauchrohr auswechselnde Bedienungsmannschaft.

Die Wahl dünner und damit wenig Neutronen absorbierender Wände an dem Tauchrohr ist selbstverständlich nur statthaft, wenn durch eine zuverlässige Druckregeleinrichtung die Drücke im Reaktor, im Tauchrohr und gegebenenfalls im Zwischenraum zwischen dem Tauchrohr und der umgebenden Hülse gleich hoch gehalten werden. Unzulässige Druckdifferenzen werden durch bekannte Mittel, wie Überströmventile oder Reißmembrane, aufgefangen. Diese stellen aber nur eine Sicherung gegen Zerstörung der wertvollen Einrichtungen dar, die normalerweise nicht zur Auswirkung kommen darf, da hierdurch die Versuche erheblich gestört und die Ergebnisse meist unbrauchbar gemacht würden.

Üblicherweise sind die Hilfseinrichtungen für das Tauchrohr, wie vor allem die Pumpen und Meßstrecken, außerhalb des Tauchrohrkörpers irgendwo neben dem Reaktor aufgestellt. Bei dem erfindungsgemäßen Zusammenbau mit einem Energieerzeugungsreaktor und

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dem hohen Druck, der in dessen System herrscht, darf natürlich durch den Anschluß des Tauchrohres keine Gefährdung der Energieproduktion und erst recht keine Gefährdung für die Bedienungsmannschaft gegeben sein. Der Ausbau kann erfolgen, wenn gerade keine Energie benötigt wird, beispielsweise zum Zeitpunkt der Überholung der Stromerzeugungsdampfturbine. Die Gesamteinrichtung muß ebenso sicher sein wie das Kraftwerk ohne ein solches Tauchrohr, da Betriebsausfälle mit noch größerer Sicherheit vermieden werden müssen als bei Forschungsreaktoren, die bei einer eventuell auftretenden kleinen Undichtigkeit im Tauchrohrsystem so lange abgestellt werden können, bis der Mangel behoben ist. Das ist bei einem Kraftwerksreaktor, bei dem das erfindungsgemäße Tauchrohr eingebaut werden soll, jedoch nicht möglich.

Unter Reaktoren sind die Systeme am sichersten, die keine vom Reaktorkühlmittel durchflossenen Rohrleitungen außerhalb des Reaktorbehälters besitzen, also solche Reaktoren, bei denen Reaktorkern, die Kühlgase der durch diese beheizte Dampferzeuger und die Umwälzgebläse für die Kühlgase in einem starkwandigen Druckbehälter untergebracht sind. Für solche Reaktoren ist die erfindungsgemäße Einrichtung, wenn auch nicht ausschließlich, so doch besonders geeignet. Sie wird fest mit der Reaktorwand verflanscht und besitzt in ihrem außerhalb des Reaktors befindlichen Teil solche Festigkeit bzw. derartige Sicherungen, daß sie sicherheitstechnisch als gleichwertiger Bestandteil des Reaktors angesehen werden kann. Sollten dann in den dünnen Zwischenwänden zwischen Reaktorsystem und Tauchrohrsystem Schaden auftreten, so sind die Versuche zwar geschädigt, die Sicherheit des Gesamtsystems, der Bedienungsleute, der Umgebung und des Kraftwerksbetriebes ist jedoch nicht in Frage gestellt.

Die Zeichnung stellt den Gegenstand der Erfindung an einem Beispiel und in vereinfachter Form dar. Es zeigt

Abb. 1 ein Tauchrohr, das in eine Hülse im Reaktorkern einführbar ist, und

Abb. 2 ein direkt in den Reaktorkern einführbares Tauchrohr.

Der in Abb. 1 dargestellte Reaktor, der gegenüber dem Tauchrohr in erheblich verkleinertem Maßstabe dargestellt ist, um die Einzelheiten des Tauchrohres besser zeigen zu können, besteht aus dem Reaktorkern 1, dem Druckbehälter 2 und dem biologischen Schild 3. Der Kraftwerksreaktor kann auch als eine Behälterkonstruktion ausgeführt werden, bei der Kern, Dampferzeuger und Gebläse in einem Behälter angeordnet sind. Von der Seite dringt fingerhutförmig eine Hülse 4 durch den Schild 3 und den Druckbehälter 2 in den Kern des Reaktors. In diese Hülse 4 wird das Tauchrohr 5 geschoben, in dessen vorderem, dem Reaktorkern zugewandtem Ende das Prüfstück, z. B. ein Brennstoffelement 6, angeordnet ist. Über ein von einem Motor 7 angetriebenes Gebläse 8 wird das Kühlmittel in Richtung der Pfeile 9 entlang der Wandung 10 des Tauchrohres 5 geführt und tritt am Ende des Tauchrohres über das Brennstoffelement 6 in das Innere der Taucheinrichtung. Die dabei entstehende Wärme wird über den Wärmeaustauscher 11 abgeführt. Das Tauchrohr 5 ist mit der Hülse 4 über die Flansche 12 druck- und gasdicht verbunden.

Da die Verwendung einer fest eingebauten Hülse 4 im Reaktor den Nachteil aufweist, daß drei Drücke, und zwar die Drücke in den beiden Systemen und der Druck zwischen denselben, etwa gleich hoch gehalten werden müssen, ist es vorteilhaft, gegebenenfalls auf diese Hülse zu verzichten.

Entsprechend der in Abb. 2 gezeigten Einrichtung wird das Tauchrohr 5 durch eine weitgehend gasdichte Stopfbuchse 13 in den Reaktor eingeführt, die hinter einer Dichtungsklappe 14 liegt. Bei dieser Einrichtung wird das Tauchrohr 5 bei druckentspanntem Reaktor so weit herausgezogen, daß das Tauchrohr nur noch in der Stopfbuchse festsitzt. Danach wird die Klappe 14 geschlossen und das Tauchrohr ganz entfernt. Die Einführung des Tauchrohres erfolgt in der Weise, daß es zunächst in die Stopfbuchse eingeführt und sodann in den Reaktor hineingeschoben wird, wobei sich die Klappe, die in einer entsprechenden Konstruktion, z. B. als Irisblende, ausgebildet sein kann, öffnet und auf oder um das Tauchrohr 5 legt. Auf diese Weise ist das Tauchrohr direkt an den Kraftwerksreaktor angeschlossen und den gleichen Bedingungen, obwohl es ein Forschungsbrennstoffelement in seinem Inneren birgt, unterworfen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Tauchrohr an Kraftwerkskernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr als Einbehälterkonstruktion ausgebildet ist, bei der Taucheinrichtung, Kühlung und Gebläse in einer einzigen Einrichtung angeordnet sind.

2. Tauchrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Reaktorinneren und dem Tauchrohr eine Hülse angeordnet ist.

3. Tauchrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr über eine Dichtungsklappe und eine gasdichte Stopfbuchse in den Reaktor einschiebbar ist.

4. Tauchrohr nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß unzulässige Druckdifferenzen durch bekannte Mittel, wie Überströmventile oder Reißmembranen, auffangbar sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 731 474.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 679/431 12.