DE1125089B

DE1125089B - Regeleinrichtung fuer Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1125089B
Application number: DEU6923A
Authority: DE
Inventors: Arthur Firth
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1959-02-26
Filing date: 1960-02-20
Publication date: 1962-03-08
Also published as: NL248712A; BE588022A; GB869560A; US3088903A; CH381776A; NL112344C; FR1249011A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

U 6923 VIII c/21g

ANMELDETAG: 20. F E B RU A R 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

8. MÄRZ 1962

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Regeln und Notabschalten von Kernreaktoren, die aus einem senkrecht durch den Reaktorkern führenden Kanal besteht, in dem ein länglicher neutronenabsorbierender Bauteil mit Hilfe eines Tragseiles verschiebbar angeordnet ist, und die im Notfall schüttfähige, neutronenabsorbierende Körper in diesen Kanal hineinfließen läßt. In der Kernreaktor-Technik ist es allgemein üblich, aus neutronenabsorbierendem Material bestehende Steuerbauteile vorzusehen, die in den Reaktorkern einzuführen und aus ihm herauszunehmen sind. Bei derartigen Steuerbauteilen handelt es sich um fein und grob einstellbare Steuerstäbe, die sich im Normalbetrieb in Steuerkanälen im Reaktorkern befinden, um eine Steuerung der Reaktivität während des Betriebs des Reaktors zu ermöglichen, und außerdem um Abschaltstäbe, welche sich vollständig außerhalb des Reaktorkerns befinden, während der Reaktor in Betrieb ist, und in die Steuerkanäle im Reaktorkern eingeführt werden, um die Abschaltung zu bewirken. Falls der Kernreaktor in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Schiff, untergebracht ist oder wenn er sich ortsfest in seismischen Störungen unterworfenen Gebieten befindet, so kann eine Verwerfung oder sonstige Störung der Geometrie des Reaktorkerns eintreten. Dadurch kann eine derartige Verformung der Steuerkanäle hervorgerufen werden, daß das Einführen der Abschaltstäbe in den Reaktorkern zwecks Abschaltung nicht mehr möglich ist.

Es ist eine Einrichtung zur Abschaltung eines Kernreaktors bekannt, bei welcher eine Vielzahl von einzelnen Körpern (im nachfolgenden »Bremskörper« genannt) aus einem neutronenabsorbierenden Material von einem Behälter außerhalb des Reaktorkerns aus in den Reaktorkern eingeführt wird. Eine andere bekannte Vorrichtung zur Abschaltung eines Kernreaktors beim Versagen der normalen Kontrollstäbe und Abschaltvorrichtungen weist ein Rohr auf, welches sich in einem im wesentlichen lotrechten Kanal im Reaktorkern befindet und dessen^ unteres Ende normalerweise verschlossen ist, wobei die Bremskörper bei Betätigung der Einrichtung in das Rohr eingebracht werden. Bei dieser Vorrichtung werden die Bremskörper in Kugelform in einem Vorratsbehälter gehalten oder aufbewahrt, welcher Auslaßöffnungen hat, die mit dem oberen Beschickungsende des Rohres in Verbindung stehen. Es wird ein Magnetfeld quer zu den Auslaßöffnungen des Behälters erzeugt, und die Bremskörper enthalten ein Material, welches magnetisch ist, aber eine geringe Halte- und Koerzitivkraft hat, so daß ein Entleeren der Regeleinrichtung für Kernreaktoren

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

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

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 26. Februar 1959 (Nr. 6802)

Arthur Firth, London, ist als Erfinder genannt worden

Bremskörper durch die Auslaßöffnungen in das Rohr hinein bis zum Zeitpunkt der Wegnahme bzw. des Verschwindens des Magnetfeldes verhindert wird.

Die Verwendung solcher Einrichtungen macht die Konstruktion eines Kernreaktors insofern schwierig, als neben den für die Aufnahme der normalen Steuer- und Drosselstäbe benötigten Kanälen noch weitere Kanäle vorgesehen werden müssen. Außerdem muß ein Zugang zu den Einrichtungen durch den Druckbehälter hindurch, der den Reaktorkern enthält, vorgesehen werden, was eine Schwächung des Druckbehälters zur Folge hat.

Um diese Mängel zu beheben, besteht bei der vorliegenden Vorrichtung zum Regeln und Notabschalten von Kernreaktoren erfindungsgemäß der in dem Kanal bewegbare Bauteil aus einem mit den schüttfähigen, neutronenabsorbierenden Körpern gefüllten Gehäuse, welches nach unten durch einen an dem Tragseil befestigten Abschlußteil, auf dem das Gehäuse infolge seines Gewichtes schlüssig aufsitzt, abgeschlossen ist, und beim Absenken des Abschlußteiles, im Falle einer Verklemmung des Gehäuses im Kanal, trennt sich der Abschlußteil vom Gehäuse und gibt eine Öffnung frei, so daß die neutronenabsorbierenden Körper in den Kanal ausfließen.

Vorzugsweise sind die Bremskörper von kugelförmiger Gestalt, damit die Möglichkeit eines Verklemmens der Bremskörper im Gehäuse auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Das Hubseil oder -kabel kann durch die Gehäusemitte geführt werden, und zwar mittels eines axial

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angeordneten Führungsrohres, das sich über eine Teillänge durch das Gehäuse hindurch vom oberen Ende desselben her erstreckt, wobei das Hubseil mit dem beweglichen Bauteil verbunden ist, welcher einen beweglichen Stopfen aufweist, der mit einer Sitzfläche am unteren Ende des Gehäuses zusammenwirkt.

Es kann ein mit dem Steuerkanal gleichlaufendes Entladungsrohr vorgesehen werden, welches an seinem unteren Entleerungsende mit einem Gitterrost in Verbindung steht, welcher den Durchgang von Kühlluft zuläßt, aber dafür sorgt, daß die Bremskörper im Rohr verbleiben, wenn diese Körper vom Gehäuse aus in das Rohr entleert werden.

Die vorliegende Vorrichtung arbeitet normalerweise wie herkömmliche Steuerstäbe in den Steuerstabkanälen eines Reaktorkerns. Wenn sich jedoch eine der Einrichtungen in ihren jeweiligen Kanälen verklemmt, was beispielsweise auf eine Verformung des Reaktorkernaufbaus zurückzuführen sein kann, so können diese Vorrichtungen nicht mehr als normale Kontrollstäbe arbeiten, und beim Wegnehmen der mechanischen Spannung in den Hubseilen der Einrichtungen trägt das darauffolgende Entleeren der Körper aus neutronenabsorbierendem Material zum Abschalten des Reaktors bei, und zwar zusätzlich zu denjenigen Einrichtungen, die noch als normale Steuerstäbe bewegt werden können, um ein Abschalten zu bewirken.

Die vorliegende Vorrichtung schafft einen Steuerstab, der durch unvorhergesehene Störungen, wie Verformungen des Reaktorkerns, in seiner Bewegung nicht aufgehalten werden kann. Es sind außer den normalen Steuerstabkanälen keine anderen Kanäle erforderlich, wodurch die Konstruktion des Reaktors vereinfacht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nunmehr an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 im Mittelschnitt ein Teilstück eines Steuerbauteils in einem Kanal innerhalb des Reaktorkerns, während die

Fig. 2 und 3 Schnitte gemäß der Schnittlinien H-II und IH-III in Fig. 1 wiedergeben.

Fig. 1 zeigt einen Teil der Innenkonstruktion bzw. des Reaktorkerns 1 eines Kernreaktors. Ein Kanal 2, der lotrecht durch den Reaktorkern 1 hindurchführt, ist mit einer Röhre 3 ausgekleidet, in welcher ein Steuerbauteil 4 (welcher sowohl ein Regel- als auch ein Abschaltstab sein kann) von länglicher zylindrischer Gestalt sitzt, der an einem Kabel oder Seil 5 hängt. Der Steuerbauteil 4 weist ein röhrenförmiges Gehäuse 6 auf, welches oben und unten jeweils mit Endmuffen oder -stopfen T bzw. 8 verbunden ist. Die Endmuffe 7 schließt das obere Ende des Gehäuses 6 ab und dient als Halterung für ein Führungsrohr 9 des Hubseils 5. Das Führungsrohr 9 wird in axialer Richtung innerhalb des Gehäuses 6 durch ein Armkreuz 10 gehalten (s. Fig. 2). Die untere Endmuffe 8 bildet eine Sitzfläche 11 für einen konischen Verschlußbauteil 12, der einen rohrförmigen Ansatz 13 hat, welcher im unteren Ende des Führungsrohres 9 mit Gleitsitz geführt ist. Das Hubseil 5 ist mit einem Endstück 14 versehen, welches in den Ansatz 13 des Verschlußkonus' 12 eingeschraubt wird. Das Gehäuse 6 ist mit Borstahl- (Schrott-) Kugeln 15 gefüllt, und am Konus 12 sitzt ein Stoßdämpfer 16, welcher als Verlängerung einen Aufprall- bzw. Schlagbolzen 17 aufweist.

Die Röhre 3 ist am unteren Ende (Fig. 3) mit einem Kastengitter 18 mit relativ großer Tiefen- bzw. Höhenabmessung ausgestattet, welches aus einer Gruppe von sich durchzusetzenden Stegen 19 und einer Haltebüchse 20 besteht, die in das Rohr 3 eingeschweißt ist. Die Größe der Öffnungen oder Löcher im Gitterkörper 19 ist so gehalten, daß ein Durchfallen der Kugelkörper 15 durch das Gitter 18 hindurch verhindert wird. Ein Anschlag 21 ist in der Hülse 20 an Kreuzarmen 22 befestigt.

Dieser Anschlag 21 dient zum Aufnehmen des Schlagbolzens 17 am Stoßdämpfer 16, falls der Steuerbauteil 4 sich in freiem Fall in der Röhre 3 bewegt, wie dies beim Bruch des Hubseiles oder -kabeis 5 vorkommen könnte.

Im Normalbetrieb wird mittels des Hubkabels 5 der Steuerbauteil 4 aus dem Reaktorkern 1 heraus- oder in diesen hineinbewegt, und zwar über das Endstück 14, den Ansatz 13, den Verschlußkonus 12, die Endmuffe 8 und das Gehäuse 6, um dadurch die Reaktivität des Reaktors einzuregeln. Der Konus 12 wird durch die Zugkraft im Hubseil 5 gegen die Aufnahmefläche 11 gedruckt, und dadurch wird die Entleerung der Schrotkugeln 15 aus dem Steuerbauteil 4 in die Röhre 3 verhindert.

Während des Normalbetriebes des Reaktors tritt Kühlluft durch das Rohr 3 hindurch, über den Steuerbauteil 4 hinweg ein, wobei das (tiefe) Kastengitter 18 keinen nennenswerten Strömungswiderstand für die Kühlluft bietet.

Wenn jedoch der Reaktor schwere mechanische Schäden erleidet, wie dies beispielsweise bei einem Erdbeben der Fall sein kann, so kann eine Störung im Reaktorkern 1 auftreten, die eine Verformung der Röhre 3 mit sich bringen kann. Unter solchen Umständen kann der Steuerbauteil 4 sich im Rohr 3 verklemmen, und wenn dies bei einem Versuch geschieht, ihn in den Reaktorkern einzulassen oder abzusenken, so wird es durch das Nachlassen der Zugkraft im Hubseil 5 dem Konus 12 ermöglicht, sich unter dem Einfluß seines Eigengewichts und des Gewichts der darüber befindlichen Borstahlkugeln 15 abzusenken, so daß die Kugeln 15 aus dem Gehäuse 6 heraus in die Röhre 3 fallen. Die Kugeln 15 werden durch das Gitter 18 in der Röhre 3 gehalten, und dies trägt folglich dazu bei, den Reaktor abzuschalten bzw. seine Leistung zu drosseln, wobei natürlich eine solche Kugelentleerung auch bei allen anderen Steuerbauteilen vorkommt, die in ähnlicher Weise verklemmt sind. Außerdem werden für solche Betriebsfälle noch Vorkehrungen getroffen, daß diejenigen Steuerbauteile (Regel- und Drosselstäbe), die sich noch frei bewegen können, in den Reaktorkern hineinfallen und so ihrerseits bei der Stillegung des Reaktors mitwirken.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Regem und Notabschalten von Kernreaktoren, die aus einem senkrecht durch den Reaktorkern führenden Kanal besteht, in dem ein länglicher neutronenabsorbierender Bauteil mit Hilfe eines Tragseiles verschiebbar angeordnet ist, und die im Notfall schüttfähige, neutronenabsorbierende Körper in diesen Kanal hineinfließen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß der in diesem Kanal bewegbare Bauteil aus einem mit den schüttfähigen, neutronenabsorbierenden

Körpern (15) gefüllten Gehäuse (6) besteht, welches nach unten durch einen an dem Tragseil (5) befestigten Abschlußteil (12), auf dem das Gehäuse (6) infolge seines Gewichtes schlüssig aufsitzt, abgeschlossen ist, und daß beim Absenken des Abschlußteiles (12), im Falle einer Verklemmung des Gehäuses (6) im Kanal, sich der Abschlußteil (12) vom Gehäuse (6) trennt und am Gehäuse eine öffnung freigibt, so daß die neutronenabsorbierenden Körper in den Kanal ausfließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neutronenabsorbierenden Körper von kugelförmiger Gestalt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubseil durch die Kanalmitte in einem konzentrisch zur Kanalachse angeordneten Führungsrohr (9) geführt wird, das sich in das Gehäuse (6) hinein vom oberen Ende desselben her erstreckt, und daß der mit dem Tragseil (5) verbundene bewegliche Bauteil die Form eines konischen Stopfens hat und mit einer entsprechenden Gegenfläche am unteren Ende des Gehäuses zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal mit einer Röhre (9) ausgekleidet ist, die am unteren Ende durch einen gitter- oder siebförmigen Bauteil (18) abgeschlossen ist, welcher Kühlluft durch das Rohr hindurchläßt, jedoch die neutronenabsorbierenden Körper (15) in dem Rohr zurückhält, wenn diese aus dem Gehäuse in das Rohr ausfließen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2773 823;
Nucleonics, Bd. 16, 1958, Nr.

5, S. 86;
Nuclear Engineering, Bd. 3, 1958, Heft 28, S. 279.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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