DE1174916B - Vorrichtung zur Regelung eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche KL: 21g-21/31

Nummer: 1174 916

Aktenzeichen: E18353 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 13. Oktober 1959

Auslegetag: 30. Juli 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung eines Kernreaktors, bei welcher zwecks Veränderung der Reaktivität des Kernreaktors neutronenabsorbierende Regelelemente (Kontrollelemente), deren Bewegung gekoppelt ist, von gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns in diesen eingeführt werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art bewegen sich die miteinander gekoppelten und von gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns einführbaren Regelelemente stets beide in der gleichen Richtung, d. h., wenn sich das eine Regelelement in den Kern hineinbewegt, so bewegt sich das andere um den gleichen Betrag heraus. Die Regelelemente in Gestalt von Platten befinden sich in verschiedenen Höhenebenen des Reaktors, und ihre Ebenen sind in verschiedenem Abstand vom Zentrum des größeren, aktiven Teiles desselben gelegen. Durch die sich stets in gleicher Richtung vollziehende Bewegung der beiden Regelplatten kann das Volumen des aktiven Reaktorteiles allmählich vergrößert oder vermindert werden, wodurch eine sich selbst erhaltende Kernreaktion aufrechterhalten und zugleich ein exponentieller Anstieg der Neutronenreaktion vermieden werden soll.

Sonst sind auch Regelvorrichtungen bekannt, bei denen stabförmige Regelelemente von einer Seite des Reaktors her eingeführt werden, wobei ihre Länge so bemessen ist, daß sie den Reaktorkern bei voller Einführung praktisch ganz durchdringen.

Diese Anordnung ergibt aber einerseits den Nachteil, daß bei teilweiser Einführung der Kontrollstäbe der Neutronenfluß des Reaktors nur einseitig beeinflußt wird. Es ergibt sich somit eine stark ungleichmäßig verteilte Wärmeerzeugung im Reaktor. Überdies wird außerhalb des Reaktorkerns verhältnismäßig viel freier Raum benötigt, um die Stäbe ausziehen zu können.

Bei einer anderen Einrichtung sind von einer Seite drei Reihen von Regelelementen in gewissen Abständen verteilt angeordnet. Diese lassen sich von einer Lage, in der jeweils drei Elemente der verschiedenen Reihen miteinander zur Deckung kommen, bis zu einer Lage verstellen, in der die verschiebbaren Elemente zweier Reihen die Zwischenräume zwischen den festen Elementen der dritten Reihe überdecken. Eine gleichmäßige Beeinflussung der Neutronenabsorption läßt sich hierbei nur in gewissen Grenzen erreichen, da sämtliche Regelelemente stets im Reaktorkern verbleiben, so daß auch bei der Einstellung auf geringste Neutronenabsorption, in der jeweils drei Elemente der verschiedenen Reihen zur Vorrichtung zur Regelung eines Kernreaktors

Anmelder:

Escher Wyss Aktiengesellschaft, Zürich (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Albrecht, Patentanwalt,

Berlin 28, Edelhofdamm 26

Als Erfinder benannt:

Dr. Werner Spillmann, Zürich (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 19. September 1959 (78 442)

Deckung gebracht sind, die Reaktivität stark vermindert ist. Es ist nachteilig, daß die Durchtrittsfläche auch in der günstigsten Lage gegenüber der Gesamtfläche erheblich vermindert ist und die nebeneinanderliegenden Elemente hierbei stärker abschirmen als das einzelne Element allein, so daß nur eine Beeinflussung der Reaktivität in verhältnismäßig kleinem Bereich möglich erscheint.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die vorbeschriebenen Nachteile zu vermeiden und die Reaktivität über den gesamten Bereich des Reaktorkerns regem zu können und dabei eine ungleichmäßige Verteilung der Wärmeentwicklung im Reaktor zu vermeiden.

Ausgehend von einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art besteht die Erfindung darin, daß die von den gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns ausgehenden Bewegungen gegenläufig und zueinander symmetrisch sind.

Dadurch wird es möglich, die neutronenabsorbierenden Regelelemente entweder gleichzeitig aus dem Reaktor herauszuziehen oder in diesen hineinzuführen und stets eine zwangläufige Verbindung zwischen den beiden Elementen vorzusehen, welche diese Elemente veranlaßt, stets zueinander symmetrische Lagen auf dem Weg durch den aktiven Teil des Reaktors einzunehmen. Die Elemente haben somit in allen Regellagen den gleichen Abstand vom Reaktorzentrum, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der Wärmeentwicklung im Reaktor gewährleistet ist. Dabei ist es möglich, die Regelelemente entweder ganz in den Bereich des Reaktorkerns einzufahren oder sie ganz aus dem aktiven Bereich des

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Reaktors auszufahren. Die Erfindung ergibt eine günstige Beeinflussung der Reaktivität über den gesamt zur Verfugung stehenden Bereich und eine gleichmäßige Beeinflussung des Neutronenflusses bei gleichmäßiger Verteilung der Wärmeentwicklung im Reaktor. Die Vorrichtung zeichnet sich außerdem durch ihre Einfachheit und Betriebssicherheit aus.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Kontrollelemente durch einen doppelten Seil- oder Kettentrieb, der auf beiden Seiten aus dem aktiven Teil des Reaktors hinausführt, miteinander verbunden sind.

Es können auch zwei oder mehrere Kontrollelemente zu einer Kette aneinandergereiht und selbst Kettenglieder eines Kettenrades sein, wobei außerhalb des Reaktorkerns mindestens auf dessen einer Seite ein entsprechend geformtes Kettenrad angeordnet ist, welches die Kette führt und umlenkt und jeweils die aus dem Reaktorkern ausgezogenen Kontrollelemente aufnimmt.

Es ist auch möglich, außerhalb des Reaktorkerns Trommeln zum Aufwickeln von in einer Kette aneinandergereihten Kontrollelementen anzuordnen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele einer Vorrichtung nach der Erfindung vereinfacht dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 einen axialen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung,

F i g. 2 einen Teil einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 2,

F i g. 4 zeigt, wie die Elemente der F i g. 2 über ein Kettenrad geführt werden können,

F i g. 5 einen Teil der F i g. 4 in größerem Maßstab, und

F i g. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI der Fig. 5.

In Fig. 1 ist mit 1 die Wandung eines Druckgefäßes angedeutet, welches den aus einem den Reaktorbrennstoff enthaltenden Kern 2 und einem Reflektor 3 bestehenden Reaktor umschließt. Zur Aufnahme der Regelvorrichtungen sind den Reaktor durchdringende, von Rohren 4 begrenzte Kanäle 5 vorgesehen, von denen in der Figur der Einfachheit halber nur einer gezeigt ist. Das Rohr 4 schließt an eine Öffnung 6 des Druckgefäßes 1 an. Die Regelvorrichtung weist zwei aus neutronenabsorbierendem Stoff bestehende stabförmige Kontroll- bzw. Regelelemente 7 auf. Diese Elemente 7 sind innerhalb des Rohres 4 auf gegenüberliegenden Seiten des Reaktors in der Achsrichtung des Rohres derart verschiebbar angeordnet, daß sie zwecks Veränderung der Reaktivität des Reaktors mehr oder weniger weit in diesen eingeführt werden können. Die beiden stabförmigen Kontrollelemente 7 sind über ein Kabel 8 miteinander verbunden, welches auf der einen Seite über Führungsrollen 9, eine durch eine Feder 10 belastete Spannrolle 11 und eine durch nicht gezeigte Mittel betätigte Antriebsrolle 12 und auf der anderen Seite über Führungsrollen 13 und eine Umlenkrolle 14 geleitet ist. Die Rollen 9 und 11 sowie die Antriebsrolle 12 sind in einem außerhalb des Reaktors an dessen Druckgefäß 1 angeflanschten Gehäuse 15 untergebracht, während sich die Rollen 13,14 im Innern des Druckgefässes 1 befinden. Im Gehäuse 14 herrscht der gleiche Druck wie im Reaktorgefäß 1, mit dessen Innerem es über die öffnung 6 in Verbindung steht. Eine in der Nähe des oberen Endes des Rohres 4 angebrachte Öffnung 16 gestattet den Austritt eines am unteren Ende in das Rohr eingeführten Kühlmittels in den oberhalb des Reflektors 3 liegenden Raum im Druckgefäß 1. Durch das Kabel 8 sind die beiden Kontrollelemente 7 derart miteinander gekoppelt, daß sie sich bei Betätigung der Regelvorrichtung, beispielsweise durch Drehen der Antriebsrolle 12 vermittels eines nicht dargestellten Elektromotors, gleichzeitig um die gleiche

ίο Strecke in zueinander entgegengesetzter Richtung bewegen. Die Stäbe 7 sind in F i g. 1 in einer Lage gezeigt, in welcher sie zusammen den Bereich des Reaktorkerns 2 einnehmen. Sie sind hier in einer Lage, in welcher die Neutronen stark absorbiert werden. Zur Verminderung der Neutronenabsorption werden die Kontrollelemente 7 durch Drehen der Antriebsrolle 12 gegen den Uhrzeiger voneinander wegbewegt. Sie durchlaufen dabei gleichzeitig gleiche Strecken, bis sie beispielsweise in die durch unter-

ao brochene Linien angedeutete Lage 7' gelangen. Die Neutronenabsorption ist nicht nur bei der vollen Einführung der Kontrollelemente, sondern auch in Zwischenlagen für die obere und die untere Hälfte des Reaktors gleich groß. Die Wärmeerzeugung im

a₅ Reaktor wird somit wesentlich gleichmäßiger verteilt sein, als wenn nur von einer Seite her Kontrollelemente eingeführt werden. Wenn die Stäbe 7, wie dargestellt, bis in die Mitte des Reaktors eingeführt werden, haben sie zusammen die gleiche Wirkung wie ein einziger Stab doppelter Länge. Zum Ausziehen der Stäbe wird aber nur ein freier Raum von der Länge des einzelnen Elementes benötigt. Dieser benötigte Raum kann aber noch dadurch verkleinert werden, daß an Stelle jedes Stabes 7 zwei oder mehrere verhältnismäßig kurze Kontrollelemente zu einer Kette aneinandergereiht werden. Die Umlenkrolle 14 kann näher am Reaktor angeordnet werden, da es möglich ist, diese Kette über die Umlenkrolle zu führen.

Eine solche Ausführungsform zeigen die F i g. 2 und 3. Der Kontrollkanal wird hier durch einen zylindrischen Hohlkörper 17 gebildet. Mehrere Kontrollelemente 18, von denen jedes aus einem mit neutronenabsorbierenden Stoff 19 gefüllten metallischen Behältern 20 besteht, sind zu einer Kette aneinandergereiht. Als Füllstoff kann beispielsweise Bor, Cadium oder Hafnium verwendet werden. Eine solche Kette von Kontrollelementen tritt je an die Stelle eines einzelnen Stabes7 der Fig. 1. Statt des Kabels 8 ist zur Verbindung der beiden Gruppen von Kontrollelementen eine Kette 21 vorgesehen, welche aus einem Stoff mit geringer Neutronenabsorption zu bestehen hat. Eine Wand 22 trennt die für die Kontrollelemente 18 und für die Kette 21 vorgesehenen Räume voneinander.

Wie in den F i g. 4 bis 6 dargestellt, lassen sich die Kontrollelemente über ein die Stelle der Umlenkrolle 14 der F i g. 1 einnehmendes Kettenrad 23 führen. Es ist somit möglich, dieses Kettenrad nahe am Ende des den Kontrollkanal begrenzenden Hohlkörpers 17 anzubringen und trotzdem im Bedarfsfall die ganze Reihe der Kontrollelemente 18 aus dem Kanal herauszunehmen. Das Kettenrad 23 ist mit gabelförmigen Zähnen 24 versehen, welche zwischen den einzelnen Kontrollelementen 18 eingreifen und die Verbindungsbolzen 25 der Elemente 18 und der einzelnen Glieder der Kette 21 tragen. Da die Glieder dieser Kette 21 im dargestellten Beispiel nur ein Drittel der Länge der Kontrollelemente 18 aufweisen,

wird auch von den Zähnen 24 im Bereich der Kette 21 nur jeder dritte Verbindungsbolzen 25 erfaßt. Eine Rolle 26 dient dazu, die Kette 21 parallel zu den Kontrollelementen 18 in den Hohlkörper 17 einzuführen.

Die gleiche Vorrichtung kann auch am anderen Ende des Kontrollkanals angebracht werden, wobei eines der Kettenräder zum Antrieb der Regelvorrichtung verwendet werden kann.

Statt die Kontrollelemente über ein Kettenrad zu leiten, können diese auch auf einer Trommel aufgewickelt werden. Es muß aber auf alle Fälle durch irgendwelche Mittel dafür gesorgt werden, daß die beiden auf entgegengesetzten Seiten des Reaktors angeordneten Reihen von Kontrollelementen gleichzeitig um den gleichen Betrag aufgewickelt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung eines Kernreaktors, bei welcher zwecks Veränderung der Reaktivität des Kernreaktors neutronenabsorbierende Regelelemente, deren Bewegung gekoppelt ist, von gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns in diesen eingeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die von den gegenüberliegenden Seiten des Reaktorkerns ausgehenden Bewegungen gegenläufig und zueineinander symmetrisch sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrollelemente durch einen doppelten Seil- (8) oder Kettentrieb (21) der auf beiden Seiten aus dem aktiven Teil des Reaktors hinausgeführt, miteinander verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Kontrollelemente (18) zu einer Kette aneinandergereiht und selbst Kettenglieder eines Kettenrades sind und daß außerhalb des Reaktorkerns (2) mindestens auf dessen einer Seite ein entsprechend geformtes Kettenrad (23) angeordnet ist, welches die Kette führt und umlenkt und jeweils die aus dem Reaktorkern ausgezogenen Kontrollelemente (18) aufnimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb des Reaktorkerns Trommeln zum Aufwickeln von in einer Kette aneinandergereihten Kontrollelementen angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 205 614;
USA.-Patentschriften Nr. 2 898 281, 2 856 336; belgische Patentschrift Nr. 567 089;
britische Patentschrift Nr. 798 466;
»Nuclear Engineering«, Vol. 3, 1958, No. 28, 279.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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