DE1175802B - Moderatorstapel fuer Kernreaktoren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G 21

Deutsche Kl.: 21g-21/20

Nummer: 1175 802

Aktenzeichen: C19584 VIII c / 21 g

Anmeldetag: 10. August 1959

Auslegetag: 13. August 1964

Die Erfindung bezieht sich auf einen Moderatorstapel für Kernreaktoren, bestehend aus übereinander- und nebeneinandergesetzten Einzelblöcken eines festen Moderators, bei dem die Blöcke axial durchbohrt und derart zu Kolonnen übereinandergesetzt sind, daß ihre Bohrungen vertikal liegen und in Fluchtung sind und die Achsen sämtlicher so gebildeter Kanäle durch die Schnittpunkte eines regelmäßigen Netzes verlaufen, wobei die Blöcke des Moderators, ohne Zwischenlage von Platten, direkt mit ihren horizontalen Stirnflächen aufeinandergesetzt sind und der axiale Abstand der Kanäle durch zylindrische Abstandshalter eingehalten ist, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet und in Aussparungen der Blöcke untergebracht sind.

Ein Moderatorstapel für Kernreaktoren muß nicht nur eine hinreichende mechanische Festigkeit aufweisen, sondern den Einzelblöcken auch die Möglichkeit geben, sich unter der Wirkung des Wigner-Effektes allseitig frei ausdehnen zu können. Bei einer derartigen Ausdehnung der Blöcke sollen sich die durch die Bohrungen der Blöcke gebildeten Kanäle nicht verformen. Weiterhin soll zwischen übereinander angeordneten Einzelblöcken einer Kolonne keine merkliche Undichtigkeit für das Kühlmittel auftreten.

Die bisher bekannten Moderatorstapel für Kernreaktoren genügen diesen Forderungen nicht in befriedigendem Maße.

Es ist bereits ein Moderatorstapel bekanntgeworden, bei dem zwischen zwei in einer Kolonne übereinander angeordneten Einzelblöcken je zwei Platten vorgesehen sind, die den gegenseitigen Abstand benachbarter Kolonnen bestimmen und deren Achsen kleinster Wigner-Ausdehnung senkrecht aufeinanderstellen. Bei dieser bekannten Ausführung sind die Platten mit Rillen und Nuten versehen, die parallel zu den Seitenflächen von der mittleren Bohrung der Platte nach außen laufen und dazu dienen, ein Verschieben der einzelnen Teile über einen gewissen Betrag hinaus zu verhindern.

Bei diesem bekannten Moderatorstapel sind an jeder Stoßstelle zwischen übereinanderliegenden Blökken wegen der Zwischenschaltung von zwei Platten insgesamt drei Berührungsflächen vorhanden. Hierdurch sowie bedingt durch das notwendige Spiel zwisehen Nuten und Rippen ergibt sich an den Stoßstellen ein merklicher Leckströmungsweg für das die Kanäle durchströmende Kühlmittel.

Zur Verbesserung der Abdichtung der Brennstoffkanäle hat man daher weiterhin Moderatorstapel der eingangs genannten Art entwickelt, bei denen die Blöcke des Moderators ohne Zwischenlage von Plat-Moderatorstapel für Kernreaktoren

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz, Patentanwalt,

München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Roger Martin, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. August 1958 (772 840)

ten direkt mit ihren horizontalen Stirnflächen aufeinandergesetzt sind. Die sich hieraus ergebende größere Berührungsfläche und die Verringerung der Zahl der Spalten führt zu einer besseren Stabilität des Moderatorstapels und zu geringeren Leckverlusten.

Bei diesem bekannten Moderatorstapel sind die einzelnen Moderatorblöcke mit Bohrungen versehen, in die Abstandshalter eingesetzt sind, wobei jeder einzelne Block an jedem der Abstandshalter nur an einer Stelle anliegt. Die Abstandshalter sind so gewählt, daß jede Kolonne von der benachbarten Kolonne durch einen Zwischenraum getrennt ist, der sich beim Betrieb des Reaktors auf Grund der Wigner-Ausdehnung nach und nach ausfüllt.

Dieser Moderatorstapel ermöglicht zwar eine freie Ausdehnung der Kolonnen in Querrichtung, nicht jedoch eine unterschiedliche Ausdehnung der einzelnen Moderatorkolonnen in Längsrichtung. Da jedoch im Zentrum des Moderatorstapels regelmäßig wesentlich höhere Temperaturen als in den äußeren Bereichen herrschen, versuchen sich die einzelnen Kolonnen des Moderatorstapels in Längsrichtung unterschiedlich auszudehnen. Da dies bei dem bekannten Moderatorstapel nicht möglich ist, werden die als Verbindungselemente wirkenden Abstandshalter auf Scherung oder Biegung beansprucht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Moderatorstapel der eingangs genannten Art so auszubilden, daß dieser Nachteil vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Einzelblöcke an den horizontalen Kanten der Stirnflächen in an sich bekannter Weise quer zu die-

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sen Kanten verlaufende Nuten aufweisen, in die plattenförmige Keile zur gleichzeitigen Verbindung je zweier übereinander und zweier nebeneinander befindlicher Einzelblöcke eingreifen, und daß die Abstandshalter beidseitig mit ihrer Stirnfläche an je einen plattenförmigen Keil angrenzen.

Quer zu den Kanten der Einzelblöcke verlaufende Nuten sind an sich von dem eingangs erwähnten Moderatorstapel her bereits bekannt. Sie dienen jedoch bei dieser Ausführung lediglich zur Verbindung übereinanderliegender Blöcke ein und derselben Kolonne, nicht dagegen zur Aufnahme von Verbindungselementen, die die Blöcke benachbarter Kolonnen miteinander verbinden.

Der wesentliche Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß nicht nur eine freie Querausdehnung der Moderatorblöcke, sondern auch eine unabhängige Ausdehnung der einzelnen Kolonnen des Moderatorstapels in Längsrichtung gewährleistet ist. Hierdurch werden unzulässige mechanische ao Spannungen vermieden. Die Kanäle bleiben ferner gerade und einwandfrei abgedichtet.

Da die bei der Erfindung verwendeten Keile und Abstandshalter nur einen kleinen Raumbedarf aufweisen, können sie aus einem mechanisch besonders widerstandsfähigen und dem Wigner-Effekt nur wenig unterworfenen Material hergestellt werden, wie z. B. Berylliumoxyd.

Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigt

Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung der Verbindung zweier übereinander angeordneter Einzelblöcke einer Kolonne,

F i g. 2 einen Längsschnitt (längs der Linie x-x der Fig. 3) durch einen Teil des Moderatorstapels gemäß der Erfindung,

F i g. 3 einen Schnitt durch den Stapel (längs der Linie y-y der F i g. 2).

Der Moderatorstapel gemäß der Erfindung setzt sich — wie in F i g. 1 schematisch veranschaulicht — aus Graphiteinzelblöcken 1 zusammen, die in Richtung ihrer Längsachse durchbohrt sind und dadurch einen durchgehenden vertikalen Kanal 2 bilden.

Zur gleichzeitigen Verbindung je zweier übereinander und zweier nebeneinander befindlicher Einzelblöcke dienen plattenförmige Keile 3, die in Nuten 4 eingesetzt werden. Diese Nuten 4 liegen quer zu den horizontalen Kanten der Stirnflächen der Einzelblöcke 1.

Der axiale Abstand benachbarter Kolonnen des Moderatorstapels wird durch Abstandshalter 5 gewährleistet, die in zwei Höhenebenen derart angeordnet sind, daß sie in der Aufsicht jeweils ein Quadrat bilden (vgl. F i g. 1). Diese Abstandshalter 5 sind in Aussparungen 6 der Blöcke 1 untergebracht und grenzen mit ihren Stirnflächen 7 an je einen plattenförmigen Keil 3 an.

Die Tiefe der Nuten 4 ist hinreichend klein und das Spiel zwischen den Keilen 3 und den Nuten 4 genügend groß, um eine Wigner-Dehnung in horizontaler und vertikaler Richtung sowie eine kleine Drehung der Einzelblöcke 1 um ihre Längsachse zu gestatten.

Die Abstandshalter 5 sind in ihrem mittleren Bereich im Durchmesser abgesetzt und auf diese Weise von den benachbarten Graphitblöcken weitgehend thermisch isoliert. Die Stirnflächen 7 der Abstandshalter 5 können leicht konvex gekrümmt sein, was eine Relativbewegung zwischen benachbarten Kolonnen erleichtert. Die plattenförmigen Keile 3 werden in diesem Falle zweckmäßig mit einer entsprechenden Aushöhlung versehen.

An Hand der F i g. 2 und 3 ist veranschaulicht, wie die Kontrollstäbe des Kernreaktors durch das Niveau der Abstandshalter 5 hindurchgeführt werden. Üblicherweise werden die Kontrollstäbe an den Stellen angeordnet, an denen vier Kolonnen des Moderatorstapels zusammentreffen. Zu diesem Zweck ist bei der Ausführung gemäß den F i g. 2 und 3 an dieser Stelle ein Metallrohr 8 aus einem die Neutronen wenig absorbierenden Material, beispielsweise Beryllium, eingesetzt. An die Außenfläche 9 dieses in einer zylindrischen Ausnehmung des Moderatorstapels untergebrachten Rohres 8 stützen sich die entsprechend ausgebildeten Abstandshalter 5 an.

Wie F i g. 2 erkennen läßt, ist zwischen den mit einer inneren Abschrägung 10 versehenen Enden des Metallrohres 8 und der umgebenden Wandung der Moderatorblöcke 1 ein hinreichender Zwischenraum vorgesehen, um eine gegebenenfalls unterschiedliche Ausdehnung der Blöcke in Längs- und Querrichtung zu gestatten.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Moderatorstapel für Kernreaktoren, bestehend aus übereinander- und nebeneinandergesetzten Einzelblöcken eines festen Moderators, bei dem die Blöcke axial durchbohrt und derart zu Kolonnen übereinandergesetzt sind, daß ihre Bohrungen vertikal liegen und in Fluchtung sind und die Achsen sämtlicher so gebildeter Kanäle durch die Schnittpunkte eines regelmäßigen Netzes verlaufen, wobei die Blöcke des Moderators, ohne Zwischenlage von Platten, direkt mit ihren horizontalen Stirnflächen aufeinandergesetzt sind und der axiale Abstand der Kanäle durch zylindrische Abstandshalter eingehalten ist, die in zwei zueinander senkrechten Richtungen angeordnet und in Aussparungen der Blöcke untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelblöcke (1) an den horizontalen Kanten der Stirnflächen in an sich bekannter Weise quer zu diesen Kanten verlaufende Nuten (4) aufweisen, in die plattenförmige Keile (3) zur gleichzeitigen Verbindung je zweier übereinander und zweier nebeneinander befindlicher Einzelblöcke eingreifen, und daß die Abstandshalter (5) beidseitig mit ihrer Stirnfläche (7) an je einen plattenförmigen Keil angrenzen.

2. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nuten (4) so klein und das Spiel zwischen den Keilen (3) und den Nuten so groß ist, daß eine Wigner-Dehnung sowie eine kleine Drehung der Einzelblöcke (1) um ihre Längsachse möglich sind.

3. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (3) einen kreisförmigen Umfang aufweisen.

4. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (3) einen polygonalen Umfang aufweisen.

5. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keile (3) einen aus ge-

raden und gekrümmten Abschnitten zusammengesetzten Umfang aufweisen.

6. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite jedes Einzelblockes (1) zwei parallele, hohlkehlartige Aussparungen (6) und an der Unterseite des gleichen Blockes zwei rechtwinklig zu den oberen Aussparungen liegende, gleichfalls hohlkehlartige Aussparungen (6) vorgesehen sind.

7. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der aus Graphit bestehenden Abstandshalter (5) parallel zu derjenigen Achsrichtung des Materials liegen, in der die Wigner-Ausdehnung ein Minimum ist.

8. Moderatorstapel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kontrollstäbe des Kernreaktors im Bereich der Stellen angeordnet sind, an denen vier Einzelblöcke (1) zusammentreffen und daß zurHindurchfuhrung der Kontrollstäbe durch das Niveau der Abstandshalter (5) ein aus Berillium bestehendes Rohr (8) vorgesehen ist, das in einer in die Blöcke eingearbeiteten zylindrischen Ausnehmung sitzt und an dessen Außenfläche (9) sich die entsprechend ausgebildeten Abstandshalter abstützen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1756 800;
belgische Patentschriften Nr. 559 090, 553 218;
französische Patentschrift Nr. 1160 325;
britische Patentschrift Nr. 782 922.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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