DE1165174B - Kernreaktor mit einem Moderatoraufbau, bestehend aus zu Saeulen gestapelten Graphitbloecken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 g - 21/20

U 8139 VIII c/21g
30. Juni 1961
12. März 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem Druckbehälter, in welchem ein Moderatoraufbau untergebracht ist, der aus mit Kleinstabstand voneinander angeordneten Reihen von zu Säulen übereinandergestapelten Graphitblöcken besteht, an dessen Säulen Halterungen angreifen.

Es ist bereits ein Kernreaktor bekannt, bei welchem eine Reihe von Keilen bzw. Keilanordnungen vorgesehen ist, um radiale Haltekräfte zwischen einem Graphitmoderatoraufbau und dessen Behälter zur Wirkung zu bringen. Die Keilanordnungen werden von oben über eine Schubstange belastet, die mittels einer Feder nach unten gedrückt oder zu bewegen gesucht wird.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Reaktors mit einem Moderatoraufbau, bei welchem die Probleme, die sich aus den durch Bestrahlung hervorgerufenen Dimensionsänderungen ergeben, eine besonders vorteilhafte Lösung finden. Durch die Erfindung soll vermieden werden, daß der Moderatoraufbau einer Druckbeanspruchung ausgesetzt ist.

Dies wird bei dem eingangs genannten Reaktor erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Graphitblocksäulen einzeln an Zugankern aufgehängt sind.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal erstrecken sich die Zuganker durch die Blöcke hindurch, die durch an den Zugankern sitzende Haltebauteile gehalten sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Zuganker in Abwärtsrichtung durch die Säulen hindurch im Querschnitt allmählich abnehmen, was eine wesentliche Einsparung an neutronenabsorbierendem Material bedeutet.

Weiterhin erstrecken sich die Zuganker durch die Vertikalachsen der Blöcke hindurch, und es sind Teile der Blöcke unmittelbar in der Nähe der Zuganker ausgespart.

Die Erfindung wird an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführlicher beschrieben, und zwar zeigt F i g. 1 eine Teildraufsicht im Schnitt,

Fig. 2 eine Teildarstellung im Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1 mit zugefügten Einzelteilen,

F i g. 3 ein vergrößertes Einzelteilstück der F i g. 2, während die

Fig. 4, 5, 6, 7 und 8 bruchstückartige Einzelteilstücke wiedergeben, welche Abänderungen veranschaulichen.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, weist ein gasgekühlter Kernreaktor 1 einen Moderatoraufbau 2 auf, der von einem Druckbehälter 3 eingeschlossen ist. Der Moderator 2 hat obere, untere und seitliche Kernreaktor mit einem Moderatoraufbau,
bestehend aus zu Säulen gestapelten Graphitblöcken

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority,

London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt,

Siegen, Oranienstr. 14

Als Erfinder benannt:

Everett Long,

John Tatlock,

John Michael Laithwaite, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 1. Juli 1960 (Nr. 23 196) - -

Reflektorteilstücke 40, 41 und 42 und besteht aus einer Reihe von Säulen A, die durch längliche, übereinandergestapelte Graphitblöcke 5,43 gebildet werden. Die Säulen 4 werden individuell von oben mittels Zughalterungen in Form von Drähten 6 gehalten, die an einem Kastengitter-Trägeraufbau 7 verankert sind, der im oberen Bereich des Druckbehälters 3 befestigt ist. Jede Säule 4 wird von drei in gleichmäßigem Abstand dreieckförmig angeordneten durchgehenden Haltedrähten 6 gehalten.

Die Blöcke 5, 43 haben rechteckigen Querschnitt, wobei die Körnung der Blöcke parallel zu deren Länge verläuft. Die Blöcke 5 sind von Kühlmittelkanälen 8 durchsetzt, in welchen Kernbrennstoffelemente 9 untergebracht sind, die zur Bildung von durch Kabeln bzw. Seile 10 gehaltenen Brennstoffelementesträngen miteinander verbunden sind, während die Blöcke 43 nicht von Kühlmittelkanälen durchdrungen sind und den Reflektor 42 bilden. Der Zugang zum Beschicken der Kühlmittelkanäle 8 in den Blöcken 5 wird durch Standrohre 11 erreicht, deren obere Enden an einer Ladefläche 44 enden, die von der oberen Fläche einer biologischen Betonabschirmung45 gebildet wird, welche den Druckbehälter 3 umgibt. Die Standrohre 11 sind an der Ladefläche durch herausnehmbare Abschirmungspropfen

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46 verschlossen, die außerdem die Halterung für die Kabel bzw. Seile 10 bilden. Die Steuerung oder Einregelung des Reaktors 1 erfolgt durch Borstahl-Regelstäbe 60, welche an Ketten 61 vom Antriebsrrechanismus 62 hinabhängen, der oberhalb der Regelstab-Standrohre 63 angeordnet ist. Der Zugang zum Reaktorkern wird durch Löcher 64 geschaffen, die durch weggeschnittene Teilstücke einiger der Blöcke 5 gebildet werden.

wärts zu strömen. Die Blöcke 43 haben flache Aussparungen 48, um durch die Zapfen 28 lokalisiert zu werden. Die Platte 29 könnte, falls erwünscht, durch eine gitterartige Halterung ersetzt werden, jedoch 5 kann durch Vorsehen einer festen Platte die durch die Scheidewand 14 (Fig. 1) gebildete Gasdichtung eingespart werden. Die Seitenhalterung bzw. -steifigkeit nach dem Moderator 2 hin wird durch einen umschließenden bzw. Einschlußzylinder 31 erreicht,

Kohlendioxyd-Kühlgas, welches mit einem Druck 10 der aufrecht auf der Platte 29 angeordnet ist.
von 21 kg/cm² umläuft, gelangt in den Druckbehäl- F i g. 6 veranschaulicht ein weiteres abgeändertes

~ - ■ - - Ausführungsbeispiel, bei welchem die Blöcke 5 oder Blöcke 43 an ihren Seitenflächen durch Keile bzw.

Paßfedern 33 aus Graphit verkeilt sind. Jeder Block

ter3 und verläßt diesen über Einlaß- und Auslaß-Rohrleitungen 12, 13. Das Kühlmittel wird gezwungen, in Aufwärtsrichtung durch die Kühlmittelkanäle 8 des Moderators 2 zu strömen, und zwar 15 hat zwei Schlitze 34 an zwei seiner Seitenflächen und durch eine Gasdichtung zwischen dem Moderator 2 zwei Schitze 35 an den übrigen beiden Seitenflächen.

Die Keile bzw. Paßfedern 33 sitzen in den Schlitzen 34 fest und in den Schlitzen 35 locker. Die Keile bzw. Paßfedern 33 bilden auf diese Weise die Halte-

und dem Druckbehälter 3, die durch eine Quer- bzw.
Scheidewand 14 gebildet wird, welche am Druckbehälter befestigt ist und eine verstärkte Kante 15 aufweist, die in Schlitze 16 hineinragt, welche in die 20 rung für einen Block im Falle des Versagens eines

Seitenflächen von benachbarten Blöcken 43 des Haltedrahtes 6 (oder Haltestabes 25) in einem be-

Seitenreflektors 42 eingeformt sind. nachbarten Block.

Wie aus F i g. 3 ersichtlich, wird das Gewicht jedes Die Haltedrähte 6 oder Haltestäbe 25 können aus Blockes 5 (oder Blockes 43) auf seinen Haltedraht 6 irgendeinem geeigneten, in der Kerntechnik verwenmittels Bunde bzw. Schultern 17 übertragen, die in 25 deten Material, beispielsweise aus rostfreiem Stahl der Nähe des oberen Endes des Blockes an den oder Zirkonium, hergestellt sein. Zirkonium hat den Drähten sitzen. Die oberen Flächen der Bunde 17 Vorteil niedrigeren Neutroneneinfangs als rostfreier stehen mit Anlageflächen in Verbindung, die durch Stahl, ist jedoch kostspieliger und von geringerer die Endflächen 18 von Bohrungen 19 gebildet Zugfestigkeit. Bei einem typischen Ausführungsbeiwerden. Graphitbuchsen 20 ersetzen den Graphit, 30 spiel würden für eine Säule von 6 Blöcken mit welchen zur Aufnahme der Bunde 17 aus dem Block einer Länge von je 0,9 m und einem Querschnitt von entfernt worden ist. Die Buchsen 20 jedes Blockes 77,4 cm² bei einem Gewicht von 680 kg drei Haltewerden durch die obere Endfläche des jeweils dar- drähte 6 aus rostfreiem Stahl einen Durchmesser von unterliegenden Blockes in ihrer Lage gehalten. annähernd 6,35 mm und aus Zirkonium einen Durch-

Die Blöcke werden an ihren Endflächen in gerin- 35 messer von etwa 10,4 mm haben. Wenn zwei Halte-

gem Abstand voneinander gehalten, um ein gewisses stäbe 25 an Stelle von drei Haltedrähten 6 verwendet Maß von Flexibilität in der Säule zu gewährleisten.
Um ein Auslecken von Kühlmittel aus den Kanälen 8
zu verhindern, sind parallelwandige Graphitbuchsen
21 vorgesehen, die die Blöcke untereinander ver- 40
binden.

Gemäß dem in F i g. 4 dargestellten abgeänderten Ausführungsbeispiel können die Drähte 6 durch eine Reihe von Zughalterungen in Form von Haltestäben

25 ersetzt werden, wobei zwei sich diametral gegen- 45 daß die Zugbeanspruchung in Richtung auf die überliegende Stäbe an jedem Block 5 (oder Block 43) unteren Enden des Drahtes geringer wird. Die befestigt sind. Die Stäbe 25 sind an den Enden durch Innenwandungen der Buchsen 20 haben eine entgelenkige Verbindungen in Form von Kugeln 26 und sprechende leichte Verjüngung 48. Der Grad der Pfannen 27 verbunden, so daß benachbarte Blöcke Verjüngung ist abhängig von der Last der Blöcke 5 so miteinander in Verbindung stehen, daß ein ge- 50 (oder 43) durch die Säulen 4 hindurch, welche Last ringes Ausmaß von Flexibilität in den Säulen erzielt durch die Säulen hindurch nach unten allmählich abwird. Eine weitere Abänderung besteht darin, daß nimmt. Durch allmähliche Verkleinerung des Quer-Graphitbuchsen 21 α mit äußeren Flächen 22 von schnittes der Drähte 6 in dieser Weise ist es möglich, konvexer Form vorgesehen sind, die in konkaven das in den Reaktorkern durch die Drähte 6 einge-Aussparungen 23 in den Enden der Blöcke sitzen. 55 brachte Material um etwa die Hälfte zu vermindern, Die Buchsen 21 α sichern die Kontinuität der verglichen mit einer Ausführungsform, bei der keine Kanäle 8, wälrend sie gleichzeitig eine leichte relative Verjüngung verwendet wird.

Winkelbewegung zwischen den Enden benachbarter Mit der gleichen Wirkung kann bei Verwendung

Blöcke gestatten. von Stäben 25 als Halterung für die Säulen 4 der

F i g. 5 veranschaulicht Abänderungen der Aus- 60 Durchmesser der Stäbe 25 in Abwärtsrichtung durch

führungsform gemäß Fig. 1, wobei die Säulen 4 an die Säulen 4 hindurch von Block zu Block allmählich

den Enden durch buchsenartige Zapfen 28 lokalisiert verkleinert werden.

sind, die an der oberen Fläche einer Halteplatte 29 F i g. 8 veranschaulicht, wie die Anzahl der Haltebefestigt sind, welche mit der Innenwand des Druck- drähte für die Blocksäulen 4 verringert werden kann, behälters 43 verschweißt ist. Die Platte 29 weist Aus- 65 und zeigt einen Graphitblock 5 a, der von zwei parsparungen 30 auf, um dem einströmenden Kühlmittel allel verlaufenden Kühlmittelkanälen 8 a durchdie Möglichkeit zu geben, innerhalb der mit den drungen ist, wobei der Block durch einen einzelnen Kanälen 8 der Blöcke 5 fluchtenden Zapfen 28 auf- Draht 6 a (oder durch einen Stab ähnlich einem Stab

werden, dann liegt ihr Durchmesser jeweils für rostfreien Stahl oder Zirkonium in der Größenordnung von 7,62 oder 13,97 mm.

F i g. 7 zeigt, wie der Anteil von neutronenabsorbierendem Material, welches durch die Drähte 6 in den Reaktorkern eingebracht wird, durch eine abwärts gerichtete leichte Verjüngung 47 vermindert werden kann, und zwar auf Grund des Umstandes,

25) gehalten wird, der durch die Mitte des Blocks zwischen den Kanälen 8 a hindurchgeht. Ein Schlitz 50 verläuft quer durch gegenüberliegende Seitenflächen am unteren Ende des Blocks 5 α und erstreckt sich in Längsrichtung über den größeren Teil der Längsabmessung desselben. Der Schlitz 50 nimmt einen Gewichthaltebund 17 a auf, der am Draht 6 a befestigt ist, und kann mit Graphit gefüllt werden oder auch ungefüllt (oder teilweise gefüllt) bleiben, um eine Entlastung von den Beanspruchungen zu erzielen, die durch Bestrahlungswachstum hervorgerufen werden.

Dadurch, daß die Säulen 4 über Haltedrähte oder -anker 6 (oder Stäbe 25) gehalten werden, erfahren viele Probleme, die auf Dimensionsänderungen infolge Bestrahlung zurückzuführen sind, eine besonders gute Lösung. Die Säulen erhalten eine Flexibilität, die dazu beiträgt, die Brennstoffelementkanäle 8 trotz dieser Dimensionsänderungen in Flucht zu halten. Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform kann ein Anwachsen oder ein Schrumpfen ungehinderter und demzufolge unter kleinerer Beanspruchungen erfolgen.

Der Moderatoraufbau 2 kann mit den an ihren Seitenflächen in Berührung stehenden Blöcken 5, 43 so zusammengebaut werden, daß Neutronen-Strömungswege vermieden werden. Liegt die Notwendigkeit für Abstände bzw. Zwischenräume nicht vor, so wird die Planung des Moderatoraufbaus vereinfacht, wobei Ziegel od. dgl., welche bisher für die herkömmlichen Planungen charakteristisch waren, jetzt nicht mehr erforderlich sind.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einem Druckbehälter, in welchem ein Moderatoraufbau untergebracht ist, der aus mit Kleinstabstand voneinander angeordneten Reihen von zu Säulen übereinandergestapelten Graphitblöcken besteht, an dessen Säulen Halterungen angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitblocksäulen (4) einzeln an Zugankern (6, 25) aufgehängt sind.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (ζ. Β. 6) sich durch die Blöcke hindurch erstrecken, die durch an den Zugankern sitzende Haltebauteile (17) gehalten sind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (6, 25) in Abwärtsrichtung durch die Säulen (4) hindurch im Querschnitt allmählich abnehmen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuganker (ζ. B. 6 a) sich durch die vertikalen Achsen der Blöcke (z. B. 5a) erstrecken und daß Teile der Blöcke unmittelbar in der Nähe der Zuganker ausgespart (50) sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 054 604;
belgische Patentschrift Nr. 559 090;
französische Patentschriften Nr. 1198 353,
274, 1192 270, 1214 246, 1222 477

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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