DE1173594B - Regelstab fuer einen Kernreaktor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. KL: G 21

Deutsche Kl.: 21 g - 21/31

Nummer: 1173 594
Aktenzeichen:

Anmeldetag: 24. Juli 1962

Auslegetag: 9. JuU 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regelstab für einen Kernreaktor, der innerhalb des Kerns des Reaktors in einem Führungsrohr beweglich ist und der ein langgestrecktes, zentrales Trägerelement und auf diesem in axialem Abstand zueinander angeordnete neutronenabsorbierende Elemente aufweist. Regelstäbe dieser Art sind bekannt. Die Erfindung bezweckt, eine Regelstabausbildung anzugeben, in der das neutronenabsorbierende Material derart angeordnet ist, daß sich ein größerer Schutz gegenüber thermischen und mechanischen Kräften auf den Regelstab ergibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Regelstab eingangs genannter Art dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den neutronenabsorbierenden Elementen Abstandselemente angeordnet sind, die am Trägerelement befestigt sind, und daß jeweils zwischen einem Abstandselement und den beiden benachbarten neutronenabsorbierenden Elementen flexible Metallscheiben angeordnet sind, die axial gerichtete Druckbelastungen infolge thermischer Ausdehnungen oder Beschleunigungen aufnehmen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung.

Die Zeichnung zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Regelstab- und Antriebsanordnung.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Regelstal> anordnung 10 und eine Antriebsvorrichtung 12 vorgesehen. Die Antriebsvorrichtung 12 ist dem unteren Ende der Regelstabanordnung zugeordnet und mit ihm verbunden. Der dargestellte Aufbau ist insbesondere zur Verwendung in gasgekühlten Kernreaktoren gedacht, in denen das Reaktorgefäß senkrecht steht und in denen die Regelstäbe in den Reaktorkern hinein und aus ihm heraus aus einer Lage unterhalb des Kerns bewegt werden.

Der Kernreaktor 14 nach dem Ausführungsbeispiel weist ein Druckgefäß mit einem Boden 16 auf. Eine Bodengitterplatte 18 ist im unteren Teil des Gefäßes angeordnet, um als Stütze für die Reaktorkernanordnung zu dienen. Diese Reaktorkernanordnung enthält die nicht dargestellten Brennstoffelemente und eine Mehrzahl von Regelstäben, die die Regelstab für einen Kernreaktor

Anmelder:

General Dynamics Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. Weickmann,

Dr.-Ing. A. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann

und Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke, Patentanwälte,

München 27, Möhlstr. 22

Als Erfinder benannt:

Eric Ledin, La Jolla, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. August 1961 (128 913)

lösbar an der Gitterplatte 18 befestigt ist und sich vertikal zu ihr erstreckt. Das Führungsrohr 20 nimmt den Regelstab 22 auf, der das Neutronen absorbierende Material enthält. Die Antriebsanordnung 12 weist einen hydraulisch betätigten Motor 24 auf. Der Motor 24 ist mit dem Steuerstab über eine axial bewegliche Stange 28, 26 verbunden. Diese Stange weist einen unteren hohlzylindrischen Abschnitt 26 und einen oberen Abschnitt 28 auf. Der Antriebsmechanismus kann den Steuerstab 22 in das Führungsrohr im Reaktorkern hinein- und aus ihm herausbewegen, so daß dadurch die Reaktivität im Kern zu regulieren ist. Der Antriebsmechanismus ist auch in Notzuständen so zu betreiben, daß er im wesentlichen sofort den Steuerstab in seine voll eingeschobene Lage im Reaktorkern bringen kann.

Der Steuerstab selbst weist einen zentralen Trägerstab 30 auf, der rohrförmig ist und vorzugsweise aus einer hochtemperaturbeständigen Legierung besteht.

Reaktivität im Kern regeln. Die Bodengitterplatte 18 45 Das obere Ende des Trägerstabs 30 ist mit einem dient ferner als Stütze für Regelstab-Führungs- Hubknopf 32 versehen, der an dem Trägerstab vorzugsweise durch hartlöten befestigt ist. Er erstreckt sich bis über das Führungsrohr hinaus, wenn der Steuerstab voll in den Kern eingebracht ist. Er er-50 möglicht also die Beseitigung des Steuerstabs mittels einer nicht dargestellten Brennstoff-Beschickungseinrichtung, die im oberen Teil des Druckgefäßes an-

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rohre 20. Da der Aufbau des Druckgefäßes und die Konstruktion des Reaktorkerns im einzelnen für die Erfindung nicht wesentlich sind, wird im folgenden nicht weiter auf sie eingegangen.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß die Regelstabanordnung 10 ein Führungsrohr 20 aufweist, das

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geordnet ist. An dem unteren Ende des Trägerstabs anordnung und das Führungsrohr aus Graphit sind 30 ist ein Kupplungselement 34 befestigt, das lösbar im wesentlichen selbsttragend. In Anbetracht des bemit einem komplementären Kupplungselement 36 schriebenen Aufbaus dieser Teile besteht jedoch hinam oberen Abschnitt der Stange 28 zu verbinden ist. reichende Flexibilität, die es der Regelstabanordnung Die Kupplung enthält eine Ringausnehmung, die von 5 gestattet, auch dann wirksam zu sein, wenn sich das Kugeln 38 berührt weiden kann, welche ihrerseits Führungsrohr neigt oder biegt. Das ist etwa erforderunter der Wirkung eines Verriegelungsgliedes 40 am lieh, wenn die Spannungen innerhalb des Reaktoroberen Ende der Stange stehen. kerns einen solchen Effekt hervorrufen. Vom Boden Das neutronenabsorbierende Material am Regel- des Reaktorgefäßes aus erstreckt sich ein im wesentstab ist in relativ zur Gesamtlänge des Stabs kurze io liehen zylindrisches längliches Gehäuse 54 für die zylindrische Segmente 42 aufgeteilt, die auf dem Stange und die Antriebsspindel. An dem unteren Trägerstab in axialem Abstand aufgereiht sind. Die Ende dieses Gehäuses ist lösbar ein Gehäuse 56 für Segmente 42 haben einen Durchmesser, der etwas den Steuerstab-Antrieb befestigt. Der obere Abschnitt kleiner ist als der Innendurchmesser des Regelstab- 28 der Stange ist im wesentlichen kompakt, weist je-Führungsrohrs 22, so daß ein hinreichendes Spiel 15 doch eine Axialbohrung mit relativ kleinem Durchzwischen der Innenwand des Rohrs 20 und dem messer auf, die einen Betätigungsstab 58 aufnimmt, Außenumfang des Stabs besteht. Jeder neutronen- die an ihrem oberen Ende mit dem Verriegelungsabsorbierende Abschnitt wird federnd durch Ab- glied 40 und an ihrem unteren Ende mit einem ähnstandselemente 44 und mehrere Beilagscheiben 46 liehen Verriegelungsglied 60 versehen ist. Wie aus aus flexiblem Metall auf dem Trägerstab 30 gehalten. 20 F i g. 1 ersichtlich, weist das Verriegelungsglied 40 Diese Metallscheiben 46 liegen jeweils zwischen einen zylindrischen Teil auf, der mit einer Ringeinem Abstandselement und einem daran angrenzen- ausnehmung versehen ist und der die Kugeln 38 aufden neutronenabsorbierenden Abschnitt. Die Ab- nehmen kann. Die Kugeln 38 können sich aus ihrer Standselemente 44 sind an dem Trägerstab 30 bevor- Lage, die die Notabschaltung bewirkt, zwischen dem zugt durch Hartlöten befestigt. Die Außenoberfläche 25 äußeren Kupplungselement 34 am oberen Ende des eines jeden Abstandselements ist mit einem Auflage- Regelstabs 22 und dem inneren Kupplungselement 36 ring vorzugsweise aus keramischem Material ver- an dem oberen Teil 2,8 der Stange herausbewegen sehen. und damit die Abwärtsbewegung des Steuerstabs 22 Diese Ringe sind bevorzugt Schlitzringe, die den freigeben. Ein ähnlicher Notabsehaltungsmechanis-Zusammenbau erleichtern. Die Auflageringe gleiten 30 mus 60 ist für das untere Ende des oberen Abschnitts auf der Innenfläche des Führungsrohrs 20 und bilden 28 der Stange vorgesehen. Er gestattet eine lösbare dadurch eine Abstützfläche zwischen dem Steuerstab Verbindung zwischen dem unteren Ende der oberen und dem Führungsrohr. Die flexiblen Beilagscheiben Stoßstange 28 und dem oberen Ende des hohlzylin-46 sind vorzugsweise bei relativ verschiedenen Tem- drischen Abschnitts 26 der Stange, der darunterliegt, peraturen vorgespannt, so daß eine gewisse mini- 35 Der Betätigungsstab 58. der die Verriegelungsmale Druckbelastung der Abschnitte bei den Be- glieder 40 und 60 verbindet, ist mit einer Feder in triebstemperaturen des Reaktors gewährleistet ist. seine untere Stellung vorgespannt. In dieser unteren Die Abstandselemente 44 bestehen vorzugsweise aus Stellung sind beide Kupplungen geschlossen. Um die einer geschmiedeten Hochtemperaturlegierung. Die Kupplungen zu lösen, wird das untere Antriebsdurch die flexiblen Scheiben 46 bewirkte federnde Ab- 40 gehäuse 56 mit allem, was es enthält, fortgenommen, Stützung der neutronenabsorbierenden Abschnitte und ein Werkzeug wird durch den Bodenteil des gestattet eine axiale Druckbelastung auf Grund unter- Gehäuses eingesetzt und nach oben durch den hohlen schiedlicher thermischer Ausdehnungen und/oder Be- Mittelraum der Führungsspindel gesteckt, bis es das schleunigungsbelastungen durch den Antriebsmecha- untere Ende des Verriegelungsglieds 60 erreicht. Bei nismus. 45 der anfänglichen Bewegung des Werkzeugs nach Die Endabchnitte des Steuerstabs 22 sind jeweils oben wird die Regelstabanordnung 22 vom oberen mit einem Reflektor 48 aus Graphit od. dgl. versehen. Teil der Stange 28 gelöst, so daß die Regelstabanord-Diese Reflektoren 48 sind geometrisch den neutronen- nung nach oben durch das Führungsrohr 20 herausabsorbierenden Abschnitten ähnlich. Wird bei der geschoben werden kann. Bei der weiteren Aufwärtsbeschriebenen Anordnung ein unvorhersehbarer ther- 50 bewegung löst das Werkzeug die Verriegelung 60 mischer oder mechanischer Stoß hinreichender Stärke zwischen den beiden Stangenabschnitten, so daß der auf das neutronenabsorbierende Material ausgeübt, hohlzylindrische Stangenteil 26 nach unten bewegt der das Giftmaterial zerbrechen kann, so bleibt die werden kann. In der Führungsbuchse 63 befindet sich Wirkung eines solchen Stoßes in der Regel auf eine vorzugsweise eine innere Schulter 61. die eine Abrelativ kurze Länge der Gesamtlänge des Steuerstabs 55 wärtsbewegung des Stangenteils 28 verhütet, wenn beschränkt. Bei maximaler Wärmeerzeugung im die Führungsspindel 62 und der hohlzylindrische Kern, die etwa zu einem Schmelzen der metallischen Stangenteil 26 entkuppelt sind und zur Wartung her-Abstandselemente 44 führen kann, fallen die neu- ausgenommen werden. Der hohlzylindrische Stangentronenabsorbierenden Abschnitte in dem Führungs- teil 26 ist mit seinem unteren Ende mit einem Kugelrohr nur um ein kurzes Stück, das gegenüber der Ge- 60 Schraubtrieb verbunden. Dieser weist eine Führungssamtlänge des Steuerstabs sehr klein ist. spindel 62 und eine Kugelmutter 64 auf, die in be-Das Führungsrohr 20 ist lösbar an dem Gitter 18 kannter Weise so angeordnet sind, daß bei Drehung mittels einer mit Unterbrechungen versehenen der Führungsspindel eine Axialbewegung der Kugel-Schraubkupplung eines Bajonettverschlusses od. dgl. mutter in dem Gehäuse 54 erfolgt. Das untere Ende verbunden, der zwischen einem Kragen 50 am un- 65 der Führungsspindel ist mit dem hydraulischen Motor teren Ende des Führungsrohrs und einem komple- 24 verbunden. Dieser Motor enthält einen axial vermentären Kupplungselement 52, das auf der Gitter- schiebbaren Kolben. Die Kugelmutter 64 ist festplatte befestigt ist, bewirkt wird. Die Regelstab- gesplintet oder in anderer Weise gegen Drehung in-

nerhalb des Betätigungs-Führungsrohrs oder des Gehäuses 54 gesichert. Der Motor versetzt also die Führungsspindel 62 in Drehung und bewirkt damit eine Vertikalbewegung der Kugelmutter 64 in dem Führungsrohr. Eine lösbare Verriegelung 26 liegt in kurzem Abstand unterhalb der obersten Stellung der Kugelmutter 64. Sie verhütet eine unerwünschte Abwärtsbewegung des Regelstabs und der Stangenanordnung bei Versagen des Antriebsmechanismus. Diese Verriegelung 64 ist normalerweise durch eine Feder in eine Stellung vorgespannt, in der sie in das Gehäuse 54 ragt. Sie ist von einer elektrischen Spule derart zu betätigen, daß sie aus dem Gehäuse zurückgezogen werden kann, etwa während einer Bewegung des Regelstabs. Der Antriebsmechanismus 12 des Regelstabs weist eine Rückanschlagskupplung und Bremse 68 auf, die verhüten, daß sich die Führungsspindel nach unten versetzt.

Der hydraulische Motor 24 ist in geeigneter Weise mit einer Druckmittelquelle über eine Steuerventilanordnung 70 verbunden. In dieser Ventilanordnung 70 ist ein Richtregelventil 72 vorgesehen, das den Druckmittelfluß bei einer normalen Bewegung des Regelstabs in gewünschter Weise leitet. Ferner sind Notabschaltventile 74 und 76 vorgesehen, die nur im Notfall betätigt werden und einen beschleunigten Druckmittelfluß zum Motor hervorrufen. Diesen Notabschaltventilen 74 und 76 sind Leitventile 78 und 80 zugeordnet. Die Verwendung mehrerer Notabschaltventile ist insbesondere wirksam, um die Arbeitsweise des Antriebsmechanismus zu überprüfen, ohne dadurch tatsächlich den Regelstab zu bewegen. Das Druckmittel für das Einschießen des Steuerstabs in den Reaktor ist in einem Sammler 82 enthalten, in dem sich ein fortwährend unter Druck gehaltener Kolben 84 befindet. Der Druck wird durch das komprimierte Gasvolumen unterhalb des Kolbens 84 aufrechterhalten. Dieses Volumen wird zunächst mit einem vorgegebenen Druck mittels einer äußeren Druckgasquelle beladen und fortwährend während des Betriebs des Reaktors unter diesem Druck gehalten. Bei einem Einschießvorgang werden die Einschießleit- und Einschießhauptventile plötzlich so gestellt, daß der Fluß des Druckmittels direkt vom Sammler 82 in den hydraulischen Motor 24 gelangen kann, wodurch der Motor mit großer Beschleunigung betätigt wird.

Der hydraulische Axialkolbenmotor 24, der zum Regelstab-Antriebsmechanismus 12 gehört, weist eine Treibwelle 90 auf, deren oberes Ende mit einer getriebenen Welle 92 verbunden ist. Diese getriebene Welle 92 ist ihrerseits mit der Führungsspindel 62 verbunden. Der getriebenen Welle 92 ist eine Rückschlagkupplungs- und Bremsanordnung 82 zugeordnet, die verhindert, daß die Führungsspindel nach unten versetzt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. In einem Führungsrohr innerhalb des Reaktorkerns beweglicher Regelstab für einen Kernreaktor, bestehend aus einem langgestreckten, zentralen Trägerelement und auf diesem in axialem Abstand zueinander angeordneten neutronenabsorbierenden Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den neutronenabsorbierenden Elementen Abstandselemente angeordnet sind, die am Trägerelement befestigt sind, und daß jeweils zwischen einem Abstandselement und den beiden benachbarten neutronenabsorbierenden Elementen flexible Metallscheiben angeordnet sind, die axial gerichtete Druckbelastungen infolge thermischer Ausdehnungen oder Beschleunigungen aufnehmen.

2. Regelstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neutronenabsorbierenden Elemente zylindrisch sind.

3. Regelstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abstandselement (44) eine zylindrische Außenfläche aus keramischem Material hat, die als wärmebeständige Abstützfläche dient.

4. Regelstab nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Metallscheiben (46) vorgespannt aneinanderliegend zwischen einem Ende des neutronenabsorbierenden Abschnitts (42) und dem Abstandselement (44) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1100 831.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 629/258 6.64

Bundesdiuckerei Berlin