DE1125562B

DE1125562B - Vorrichtung zur Regelung von Kernreaktoren

Info

Publication number: DE1125562B
Application number: DER23070A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Helmut Schmale
Original assignee: Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE AG
Priority date: 1958-04-03
Filing date: 1958-04-03
Publication date: 1962-03-15

Description

Vorrichtung zur Regelung von Kernreaktoren Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung von Kernreaktoren mit Steigrohren für eine neutronenabsorbierende Flüssigkeit im Reaktorkern.
Bei den bekannten Kernreaktoren erfolgt üblicherweise die Regelung der Kernreaktionen mittels in den Reaktorkern mehr oder weniger tief eintauchender fester Neutronenabsorptionsmittel. Im allgemeinen sind diese Neutronenabsorptionsmittel als Absorberstäbe ausgebildet. Bei den meisten benutzten Ausführungen wird die Eintauchtiefe der Absorberstäbe in den Reaktorkern auf mechanischem Wege über Gestänge, Seile, Winden oder rotierende Teile mit einer speziellen Antriebseinheit für jeden Stab eingestellt. Diese bekannte Ausführungsform ist nicht frei von Nachteilen. So ist innerhalb des Reaktors bzw. unmittelbar am Reaktor ein relativ komplizierter Mechanismus für die Kraftübertragung und die Erzeugung der erforderlichen Kinematik der Bewegung der Absorberstäbe erforderlich. Der Reaktordeckel bzw. der Reaktortankboden muß für jeden Stab eine besondere, größere Durchführung aufweisen, wodurch Konstruktions- und Dichtungsprobleme sowie zusätzliche Gefahrenquellen auftreten. Jeder Stab muß außerdem seine eigene Antriebseinheit sowie eine Vorrichtung zur Positionsanzeige besitzen. Darüber hinaus erfordern die auf bzw. unter dem Reaktor anzuordnenden Antriebseinheiten erheblichen Platzaufwand, was erhöhte Baukosten, eventuell auch erschwerte Brennstoff-Beschickung des Reaktors zur Folge hat. Endlich ist nicht unerheblich der Nachteil, daß die gesamten Antriebseinheiten mehr oder minder radioaktiv verseucht werden und damit der Wartung und Reparatur nur beschränkt zugänglich sind. Die Antriebssysteme selbst sind verhältnismäßig kompliziert und teuer, da im allgemeinen verschiedene Bewegungsgeschwindigkeiten für Einfahren, Ausfahren und Notabschaltung verlangt werden, wozu meist noch die Forderung nach synchroner Bewegung einer ganzen Gruppe von Stäben gleicher Funktion tritt.
Es ist allerdings außerdem bekannt, Flüssigkeiten als Neutronenabsorptionsmittel einzusetzen, die bezüglich ihrer Höhe in Steigrohren des Reaktors hydraulisch oder pneumatisch einstellbar ist. Dabei handelt es sich um Maßnahmen zur Notabstellung des Reaktors. Die normale Reaktorregelung hat man auch in diesem Falle, in dem also neutronenabsorbierende Flüssigkeiten eingesetzt worden sind, mechanisch über die bekannten Regelstäbe vorgenommen. Offenbar ist nicht erkannt worden, auf welche Weise einfach auch die normale Regelung des Reaktors in allen Betriebszuständen mit einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit erfolgen kann. In einem älteren Patent ist zu diesem Prolylem zwar vorgeschlagen wordeu4 daß man die neutronenabsorbierende Flüssigkeit das zugeordnete Röhrensystem laufend durchströmen läßt und dabei die Konzentration des Neutronenabsorbers in der Flüssigkeit je nach der Regelaufgabe anhebt oder senkt; diese Maßnahmen sind jedoch wenig vorteilhaft, da Konzentrationsänderungen des Neutronenabsorbers in der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit nur mit verhältnismäßig langen Einstellzeiten sich verwirklichen lassen, so daß kurzzeitig ablaufende Regelvorgänge und beispielsweise die Notabschaltung auf diese Weise sich nicht verwirklichen lassen.
In einem anderen älteren Patent ist ein Verfahren zur pneumatisch-hydraulischen Regelung von Kernreaktoren vorgeschlagen worden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß in Standrohre eingebrachte und mit diesen in den Reaktor eingebaute, geschlossene oder glockenförmige Schwimmer als Absorbermaterial oder aus Absorbermaterial mit Aluminiumüberzug durch Änderung des Flüssigkeitsstandes in den Standrohren bzw. in den Schwimmerglocken entsprechend der gewünschten Regelung mehr oder weniger tief eingetaucht werden. Diese Maßnahmen haben jedoch die Probleme der Regelung eines Kernreaktors mit einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit unbeeinflußt gelassen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur Regelung von Kernreaktoren zu schaffen, die es ermöglicht, alle Betriebszustände des Reaktors mit einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit zu regeln. Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß die Vorratstanks für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit oberhalb des Reaktorkerns angeordnet sind und daß die Steighöhe der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit pneumatisch durch Veränderung des Gasdruckes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in den Steigrohren einstellbar ist.
Die neutronenabsorbierende Flüssigkeit wird also hierbei durch den Gasdruck mehr oder minder aus dem Reaktorkern heraus in den Speisetank bzw. in die Speisetanks hineingedrückt.
Im. einzelnen läßt sich dies auf verschiedene Weise verwirklichen. So geht ein Vorschlag dahin, daß die Speiseleitungen für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit den Reaktordruckbehälter oberhalb der Oberseite des Reaktorkerns durchdringen. Die Vorratstanks für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit sind zweckmäßig innerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordnet. Im übrigen wird man bei der vorliegenden Vorrichtung im allgemeinen mehrere Steigrohre parallel zusammenschalten. Es empfiehlt sich, als Steigrohre und für die Zuleitungen koaxiale Rohrsysteme vorzusehen und die neutronenabsorbierende Flüssigkeit durch das Innenrohr mit dem Vorratsbehälter in Verbindung zu bringen sowie das Druckgas im Außenrohr zuströmen zu lassen.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß bei der vorliegenden Vorrichtung zur Regel von Kernreaktoren keine sich mechanisch bewegenden oder zu bewegenden Teile in oder am Reaktor mehr notwendig sind, daß die Anzahl der notwendigen Durchführungen durch das Reaktordruckgefäß zu Regelzwecken bzw. deren Dimensionen stärkstens reduziert sind und daß alle Regelorgane vollständig außerhalb des Strahlungsfeldes unschwer angeordnet werden können. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Vorrichtung eine absolut synchrone Bewegung der Absorber, d. h. der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit, innerhalb von gewünschten Absorbiergruppen. Eine einfache pneumatische oder hydraulische Steuerung über Ventile bietet zudem den Vorteil stufenlose Anpassungsmöglichkeiten der Bewegungsgeschwindigkeit der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit im Reaktorkern für spezielle Funktionen. Da sowohl Graviation als auch Druckminderung in den Steuerleitungen im Sinne eines Einfahrens der Absorbersäule in den Reaktorkern wirken und durch die Verwendung einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit keine Verwerfungen oder Verkantungen wie bei Steuerstäben möglich sind, ist das System der vorliegenden Regelvorrichtung im ganzen als besonders sicher anzusehen, wobei insbesondere auch die Notabschaltung unschwer sich verwirklichen hassen wird. Es ist daher technisch weniger störanfällig und im Vergleich mit bekannten Vorrichtungen zurRegelung vonKernreaktoren billig. Schließlich bietet sich mit einem solchen Regelsystem die prinzipielle Möglichkeit zur Erzielung völlig selbsttätiger und verzögerungsfrei arbeitender Regeleffekte an, die zur Konstanthaltung von Druck und Temperatur des Reaktorkühlmittels bzw. Moderators ausgenutzt werden können. Durch die Verwendung einer neutronenabsorbierenden Flüssigkeit und den sich damit ergebenden Lager- undVerdrängungsmöglichkeiten ist ferner noch eine Mehrzweckausnutzung der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit durch gleichzeitige Heranziehung für Abschirmzwecke oder als Zwischenschicht zur Eliminierung einer Plattierung des Reaktordruckbehälters möglich. Im Ergebnis kann auf optimale Weise sowohl die betriebsmäßige Regelung als auch dieNotabstellung mit dervorliegenden Regelvorrichtung von Kernreaktoren durchgeführt werden.
Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt; es zeigt Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt einen Kernreaktor mit einer Regelvorrichtung nach der Erfindung, Fig.2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig.1.
In den Figuren ist das Reaktordruckgefäß mit 1 bezeichnet worden, wobei auf das Reaktordruckgefäß 1 ein Deckel 2 aufgesetzt ist. Im Reaktor sind Steigrohre 3 für eine neutronenabsorbierende Flüssigkeit F angeordnet, die den Reaktorkern 1 a durchdringen. Die neutronenabsorbierende Flüssigkeit enthält beispielsweise einen Neutronenabsorber in gelöster oder suspendierter Form. Die Einstellung der Flüssigkeitssäulenhöhe im Reaktorkern l a erfolgt über den Druck eines nerten Schutzgases. Damit ein Druckverlust oder eine auftretende Undichtigkeit im System unter keinen Umständen zum Totalverlust der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit führen kann, wird innerhalb des Reaktors mit unten geschlossenen Rohren 3 gearbeitet, in die jeweils ein zweites, dünneres Rohr 4 eingesteckt ist. Jedes Einsteckrohr 4 mündet in einen besonderen Tank für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit ein, der als abschließender Hut 5 auf das eigentliche Steigrohr 3 aufgesetzt ist. Die Änderung der absorptionsmäßig ins Gewicht fallend wirksamen Flüssigkeitssäulen zwischen 3 und 4 erfolgt in der Weise, daß die Flüssigkeit über eine an die gemeinsame Sammelleitung für die Rohre 3 angeschlossene Druckleitung 6 aus dem Ringraum zwischen 3 und 4 heraus und über die Einsteckrohre 4 in die angeschlossenen Behälter 5 gedrückt wird. Zum Ausfahren der Flüssigkeitssäulen aus dem Reaktorkern la wird über das Ventil 7 aus den Gashaschen 8 Druckgas in das System eingelassen, zum Einfahren der Flüssigkeitssäulen wird über das Ventil 9 Gas abgelassen. Wenn ein Ablassen des Gases aus Aktivitäts- oder wirtschaftlichen Gründen unratsam ist, kann der Gaskreis durch Zuschaltung eines Drucktanks mit Kompressor ebenfalls geschlossen werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zur Regelung von Kernreaktoren mit Steigrohren für eine neutronenabsorbierende Flüssigkeit im Reaktorkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratstanks für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit oberhalb des Reaktorkerns angeordnet sind und daß die Steighöhe der neutronenabsorbierenden Flüssigkeit pneumatisch durch Veränderung des Gasdruckes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in den Steigrohren einstellbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitungen für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit den Reaktordruckbehälter oberhalb der Oberkante des Reaktorkerns durchdringen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratstanks für die neutronenabsorbierende Flüssigkeit innerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordnet sind. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Steigrohre parallel zusammengeschaltet sind. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Steigrohre und für die Zuleitungen koaxiale Rohrsysteme vorgesehen sind und daß die neutronenabsorbierende Flüssigkeit durch das Innenrohr mit dem Vorratsbehälter in Verbindung steht und das Druckgas im Außenrohr zuströmt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 735 811; M. A. Schultz, »Control of Nuclear Reactors and Power Plants«, 1955, New York, S. 98. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsche Patente Nr. 1042 145, 1050 925.