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Moderatoraufbau eines Kernreaktors Die Erfindung bezieht sich auf
einen Moderatoraulbau eines Kernreaktors, bestehend aus einer Anza :1 von regelmäßig
angeordneten Moderatorblücken von im wesentlichen rechteckigem oder polygonalem
Querschnitt, die ineinandergreifend in Schichten zusammengebaut sind, die ihrerseits
aufeinandergestapelt sind, wobei Kühlmittelkanäle durch die Bauteilgruppen hindurch
durch die gestapelten Schichten laufen und die Seitenflächen der Einzelblöcke so
ausgearbeitet sind, daß an jeder Seitenfläche mindestens zwei vertikal verlaufende
Stützflächen entstehen.
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Bei einem Kernreaktor mit festem Moderator wird der Moderatorblock
meist aus Einzelblöcken aufgebaut. Durch die intensive Neutronenbestrahlung, der
.diese Blöcke während des Reaktorbetriebes ausgesetzt sind, erleiden die Blöcke
im Laufe der Betriebszeit meist eine Formänderung. Diese Formänderung bildet sich
dabei oft in den einzelnen Richtungen verschieden aus und ist auch in den einzelnen
Reaktorzonen verschieden. Außer diesen bleibenden Veränderungen sind die Blöcke
auch den normalen Wärmeausdehnungen unterworfen, die ebenfalls in den einzelnen
Reaktorzonen entsprechend der unterschiedlichen Temperatur verschieden groß sind.
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Bei der Konstruktion des Moderatorblockes müssen diese Einflüsse berücksichtigt
werden. Es ist dafür Sorge zu tragen, daß die Mitten der Blöcke während des Betriebes
ihre Lage behalten und insbesondere auch die Brennstoffkanäle sich an den Stoßfugen
nicht versetzen.
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Die bisher ausgeführten aus Einzelblöcken aufgebauten Moderatorblöcke
trugen diesen Gestaltsänderungen z. B. dadurch Rechnung, daß zwischen den Einzelblöcken
Spalte angeordnet und die Einzelblöcke entweder in diagonaler Richtung an ihren
L2ngskanten oder durch besondere Längsteile gegenseitig abgestützt werden. Bei einer
ausgeführten Konstruktion umfassen die Längsteile mindestens drei Einzelblöcke.
Eine andere Ausführung verwendet Zwischenstücke, welche zwischen die Stirnseiten
zweier benachbarter Blöcke eingelegt sind und sich miteinander in jeweils einer
Richtung abstützen. Für die Zwischenstücke ist dabei ein Material gewählt, welches
sich in der Stützrichtung möglichst wenig verändert. Der Gesamtblock wird bei diesen
Konstruktionen von mehreren äußeren Bandagen zusammengehalten. Ferner sich Moderatoraufbauten
bekannt bei denen die Seitenflächen der Einzelblüeke parallel zur Längsachse der
Einzelblöcke Stätzflächem aufweisen, die an den Stützflächen der Seitenflächen der
Nachbarblöcke anliegen, wobei an jeder Seitenfläche mindestens zwei Stützflächen
entstehen.
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Bei anderen bekannten Konstruktionen wird auf eine seitliche Halterung
der Einzelblöcke gänzlich verzichtet, vielmehr werden diese zu einzelnen Säulen
zusammengefaßt und lediglich an den beiden Stirnseiten, z. B. in den den eigentlichen
Reaktorkern umgebenden stirnseitigen Reflektoren, gehalten. Darüber hinaus sind
noch Ausführungen bekannt, bei denen zwischen die einzelnen Blöcke in entsprechende
Aussparungen Zwischenteile eingesetzt sind, die entweder in tangentialer Richtung
an den Blöcken angreifen und von äußeren Bandagen mit den Blöcken zusammengepreßt
werden oder die in radialen Nuten die Blöcke nach Art einer Paßfeder führen.
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Mit allen diesen bekannten Systemen wird das erstrebte Ziel, einen
von Formänderungen der Einzelblöcke unabhängigen, formbeständigen Blockaufbau zu
schaffen, nur unvollkommen erreicht, da es sich nicht verhindern läßt, daß auch
die verwendeten Zwischenstücke, Paßfedern oder der Reflektor gewisse Formänderungen
erleiden.
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Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion wird den bekannten Konstruktionen
gegenüber dieses Ziel dadurch erreicht, daß die vertikal verlaufenden Stützflächen
an jeder Seitenfläche gegensinnig und in der gleichen Ebene liegend angeordnet sind,
daß die Ebenen der Stützflächen aller Seitenflächen sich in einer gemeinsamen Längsachse
(x x). des Einzelblockes schneiden und daß die Stützflächen jedes Einzelblockes
an den entsprechenden Stützflächen der in der gleichen Weise ausgearbeiteten Seitenflächen
der Nachbarblöcke anliegen. Durch diese Maßnahmen gemäß der Erfindung wird erreicht,
daß es mit der vorliegenden Ausführungsform erstmals möglich wird, einen Reaktorkern
aufzubauen,
bei welchem die geometrische Lage der Kontrollstäbe
und Brennelementkanälä durch Änderung, Wachsen oder Schrumpfen der den Block bildenden
Bauteile nicht mehr beeinflußt wird. Bei der neuen Konstruktion werden, so wie bisher
üblich,. ebenfalls zwischen den Einzelblöcken in zwei Ebenen Spalten frei gelassen;
dämit sich die Blöcke frei `äüsdehnen oder auch schrumpfen .:können; :auf.
besondere Zwischenteile wird ,bei der neuen Konstruktion jedoch verzichtet. Die
seitliche Abstützung und Führung erfolgt vielmehr durch unmittelbare Berührung der
benachbarten Blöcke an radial zur Längsachse der Blöcke angeordneten Flächen. Eine
starre Abstandshalterung der Blöcke ist somit, ähnlich wie bei der bereits bekannten
Konstruktion mit zwischengelegten Paßfedern; nicht mehr vorhanden, und die genannte
Blockschichtung kann sich unter dem Einfluß von Wärmedehnungen zusammenschieben
oder auch auseinanderziehen. Auf Grund dieser Führung der Einzelblöcke gemäß der
Erfindung verändern sich dabei alle Blockabstände und Spaltweiten gleichmäßig. Diese
Eigenschaft ermöglicht insbesondere bei Blöcken mit sechseckigem Querschnitt einen
einfachen Zusammenbau des neuen Systems. Die hierzu benötigte Montagevorrichtung
ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Zur Fixierung der Blöcke wird eine den Gesamtblock umschließende Stützkonstruktion
verwendet, an der die auf der Mantelfläche angeordneten Einzelblöcke befestigt sind.
Der Gesamtblock folgt so der Wärmeausdehnung dieser Stützkonstruktion, während gleichzeitig
alle Einzelblöcke ihre Formänderungen unabhängig ausbilden können.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Einzelblock mit quadratischem Querschnitt in
perspektivischer Darstellung, F i g. 2 einen Schnitt durch eine Blockschichtung
in Höhe I-1 der F i g. 1, F i g. 3 einen Schnitt durch die gleiche Blockschichtung
in Höhe 11-II der F i g. 1, F i g. 4 einen Schnitt durch eine Schichtung mit sechseckigen
Einzelblöcken, F i g. 5 eine Montagevorrichtung für sechseckige Einzelblöcke, F
i g. 6 einen Einzelblock ähnlich F i g. 1, jedoch mit schrägen Seitenflächen und
sechseckigem Querschnitt.
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Der in F i g. 1 perspektivisch dargestellte Einzelblock
1 mit quadratischem Querschnitt ist an seinen Seitenflächen 2 derart ausgearbeitet,
daß an jeder Seitenfläche zwei gegensinnig in der gleichen Ebene liegende ebene,
radial zur Blockachse x-x stehende Stützflächen 3 gebildet werden. Die Breite dieser
Stützflächen ist dabei größer als die größte zwischen den benachbarten Blöcken gewünschte
Spaltweite. An den Stirnflächen 4 ist der Block mit einem Zentrieransatz
5 bzw. mit Rücksprüngen versehen. In der Blockschichtung greifen die einzelnen Blöcke
mit diesen Zentrierungen an den Stirnflächen und mit den vorstehenden Teilen der
Seitenflächen allseitig ineinander. Die Stirnflächen liegen dabei fest ohne Spalt
aufeinander, während zwischen den Seitenflächen ein geringer Spalt frei bleibt und
die Blöcke in dieser Richtung nur über die Stützflächen 3, die an den Stützflächen
der benachbarten Blöcke anliegen, in radialer Richtung geführt werden. Damit sich
die auf diese Weise geführten Blocksäulen in axialer Richtung frei ausdehnen können,
werden die Ausnehmungen an den Seitenflächen der Blöcke zweckmäßigerweise mit der
Überdeckung s ausgeführt.
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Der in F i g. 1 gezeigte Einzelblock ist mit einer Bohrung zur Aufnahme
von Brennstoffelementen versehen. Die gleichen Blöcke, jedoch ohne die Bohrung,
werden für den umgebenden Reflektor verwendet. Die Konstruktion gemäß der Erfindung
kann darüber hinaus jedoch auch für solche Reaktoren verwendet werden, bei denen
der Brennstoff im Moderator enthalten ist. Die Blöcke werden dann ebenfalls mit
Kühlmittelbohrungen versehen, oder es werden in den Seitenflächen offene Kühlkanäle
eingearbeitet, so daß das Kühlmittel in den Spalten zwischen den Einzelblöcken strömen
kann.
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Bei Einzelblöcken mit sechseckigem Querschnitt werden, ebenso wie
in F i g. 1 für einen quadratischen Block dargestellt, an allen sechs Seitenflächen
Stützflächen herausgearbeitet. Abweichend von der in F i g. 1 dargestellten Ausführung
können bei beiden Konstruktionen an jeder Seitenfläche auch mehr als zwei beispielsweise
drei Stützflächen herausgearbeitet werden.
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Einen Schnitt durch eine Blockschichtung in Höhe I-I der F i g. 1
zeigt F i g. 2 einen Schnitt in Höhe II-11 F i g. 3. Für sechseckige Blöcke ist
ein ähnlicher Schnitt in F i g. 4 dargestellt. Aus diesen Darstellungen ist zu erkennen,
wie jeder Einzelblock in radialer Richtung von den Nachbarblöcken durch den Spalt
6 getrennt ist, gleichzeitig jedoch über die Stützflächen 3 von den Nachbarblöcken
in allen Richtungen geführt wird.
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Das Zusammenfügen der einzelnen Blöcke kann bei quadratischen Blöcken
in der Weise erfolgen, daß zunächst die Blöcke zu einzelnen Reihen, dann die einzelnen
Reihen zu einzelnen Ebenen und schließlich die einzelnen Ebenen zum Gesamtblock
zusammengebaut werden Eine bequemere Montage ist jedoch mit einer besonderen Vorrichtung
möglich, auf die die Blöcke einer Ebene aufgesetzt werden können und mit der dann
die Blöcke in allen Richtungen gleichzeitig zusammengefügt werden.
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Für die Montage von sechseckigen Blöcken ist in F i g. 5 eine derartige
Montagevorrichtung gezeigt. Sie besteht im wesentlichen aus einer Grundplatte 7,
den darauf beweglichen Zentrierblöcken 8, mehreren Leitlinealen 9 und den drei Steuerwinkeln
10 mit ihren über das Getriebe 11 gekuppelten Spindelantrieben 12. Die mit Langlöchern
versehenen Steuerwinkel 10 und Leitlineale 9 bilden ein hexagonales Gitter, in dessen
Kreuzungspunkten die Zentrierblöcke 8 angeordnet sind. Mit den Spindelantrieben
12 können die Steuerwinkel 10 gleichzeitig radial verstellt werden, so daß sich
das gesamte Gitter verschiebt und sich dabei die Abstände der Zentrierblöcke 8 zueinander
ändern. Beim Zusammenbau einer Blockschicht wird zunächst das Gitter mit Hilfe der
Spindelantriebe auseinandergezogen. Auf die Zentrierblöcke werden dann die Graphitblöcke
in der entsprechenden Anordnung aufgesetzt und durch Betätigung der Spindelantriebe
die Blöcke ineinandergefügt.
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In F i g. 6 ist eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die Seitenflächen
der Blöcke gezeigt, die sowohl für Blöcke mit quadratischem als auch für Blöcke
mit sechseckigem Querschnitt angewendet werden kann. Die Stützflächen 3 stehen hier
ebenfalls radial
zur Blockachse x-x, die Seitenflächen 2 sind jedoch
geneigt ausgeführt. Ein Vorteil dieser Ausführung besteht darin, daß in den Ecken
zwischen benachbarten Blöcken keine so großen Hohlräume entstehen und damit die
Neutronenleckverluste geringer sind.
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Eine weitere Möglichkeit, die Neutronenleckverluste zu verringern,
besteht bei einer Blockschichtung gemäß der Erfindung darin, -daß die von den Stützflächen
gebildeten Achsen x-x und die mit diesen zusammenfallenden Kühlkanäle etwas außerhalb
der Blockmitten der Einzelblöcke angeordnet sind. Beim Zusammenfügen werden dann
die einzelnen Blockschichten derart übereinandergelegt, daß der Versatz zwischen
den Achsen x-x und den Blockmitten in den einzelnen Schichten in verschiedenen Richtungen
liegt.