DE1200967B - Kernreaktor mit einem Reaktorkern aus in einem Traggeruest gelagerten laenglichen Brennelementen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

G21c

Deutsche KL: 21g-21/20

U6802VIIIc/21g 9. Januar 1960 16. September 1965

Die Erfindung betrifft Kernreaktoren und bezieht sich insbesondere auf die Handhabung des Brennstoffs für diese. Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Reaktoren, bei denen der Brennstoff bei hohen Temperaturen gehandhabt werden muß, wie dies beispielsweise bei Schnellreaktoren der Fall ist.

Für die Beschickung eines Reaktorkerns sind Bohrungen in dem den Kern umgebenden Behälter erforderlich. Um ein Minimum an Bohrungen zu erreichen, ist bereits vorgeschlagen worden, den Kern als Ganzes beweglich auszubilden, so daß ζ. Β. durch Drehen desselben jede beliebige Brennelementstelle mit einer Beschickungsbohrung in Flucht gebracht werden kann. Es ist auch bekannt, die Brennstoffelemente in einem Reaktorkern so anzuordnen, daß sie quer zu ihrer Länge bewegt werden können; der Zweck einer solchen Bewegung bestand bisher darin, durch die Veränderung der Abstände zwischen den Brennelementen die Reaktivität steuern zu können, was auf diese Weise möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird die Querbewegung der Brennelemente zur Erleichterung der Beschickung ausgenutzt.

Ein Reaktorkern, dessen in einem Traggerüst gelagerte längliche Brennelemente quer zu ihrer Längsrichtung beweglich angeordnet sind, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Traggerüst aus einzelnen Traggestellen zur Aufnahme je eines Satzes von Brennelementen besteht, die abwechselnd versetzt nebeneinander angeordnet sind, so daß die Brennelementensätze nur über bestimmte Abschnitte hinweg eine reaktive Gruppe bilden, und daß jedes Traggestell eine Be- und eine Entladestelle für die Kernreaktor mit einem Reaktorkern aus in einem Traggerüst gelagerten länglichen Brennelementen

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Eiserner Str. 227

Als Erfinder benannt:

Leslie Reginald Blake, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 12. Januar 1959 (1140)

einer Einrichtung zur Handhabung der Brennelemente,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach der LinieΠ-Π der Fig.l,

Fig.3 eine ähnliche Schnittansicht wie in der F i g. 2 von einer abgeänderten Ausführungsform und

Fig.4 eine Grundrißansicht der nebeneinander angeordneten, den Reaktorkern bildenden Traggestelle mit Brennelementen.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist dort eine Ausführungsform gezeigt, die auf einen Schnellreaktor abgestellt ist, d. h. ein Kernreaktor, der schnelle Neutronen für eine Kettenspaltreaktion in spaltbaren

Brennelemente besitzt, wobei die Anordnung der ein- 35 Brennstoff und infolgedessen keinen Moderator verzelnen Traggestelle so getroffen ist, daß die Entlade- wendet. Das Traggestell 1 für Brennstoffelemente hat

scheibenartige Form und kann neben andere ähnliche Traggestelle gesetzt werden, wobei die Traggestelle abwechselnd um 180° versetzt angeordnet sind. Aufeinanderfolgende Traggestelle überlappen sich versetzt, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Jedes Traggestell enthält eine Anzahl Kernbrennelemente 2, wobei der Reaktorkern durch die innerhalb der strichpunktierten Linie 3 in der F i g. 4 dargestellte Gruppe gebildet wird. Die Traggestelle 1 ruhen auf Säulen 4 und sind gegenseitig verschiebbar in einem Behälter mit flüssigem Kühlmittel angeordnet.

Das Traggestell 1 weist zwei senkrechte hohle

stellen außerhalb der Zone der reaktiven Gruppe zu liegen kommen.

Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Entladestellen sich in Zonen befinden, wo Neutronenflußdichte und Temperatur relativ niedrig sind. Daher kann der Brennstoff an diesen Stellen in viel weniger gefährlichem Zustand entnommen werden, als wenn er unmittelbar aus dem Reaktorkern selbst herausgenommen werden müßte. Im Betrieb bewegt sich der an der Beschickungsstelle eingebrachte Brennstoff allmählich auf den Umfangsbereich des Reaktorkerns zu und gelangt schließlich zur Entladestelle.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 die Seitenansicht eines Traggestelles für einen Brennelementensalz eines Schnellreaktors mit Pfosten 5 und 6 auf, die durch ein Querstück 7 in der Mitte und ein weiteres Querstück 8 am Fußende miteinander verbunden sind. Der Pfosten 5 hat einen schrägen Arm 9, der auf Rollen 10 in der Säule 4

509 687/347

ruht, und der Pfosten 6 hat einen schrägen Arm 11, der zwischen Rollen 12 in einer weiteren Säule 4 ruht. Der Teil 13 des Pfostens 5 über dem Querstück? ist mit Ausnahme einer Öffnung 14 an der Oberseite (s. die F i g. 4), die mit dem hohlen Innenraum des Pfosten 5 in Verbindung steht, vollständig geschlossen. Ebenso hat der Pfosten 6 einen Teil 15, der sich über dem Querstück 7 befindet und eine Öffnung 16 an der Oberseite (s. die Fig. 4), die mit dem hohlen Innenraum in Verbindung steht, aufweist.

Der Teil 17 des Pfostens 5 zwischen den Querstücken? und 8 und der entsprechende Teil 18 des Pfostens 6 sind an den einander zugekehrten Seiten offen, so daß ein Brennelement seitlich in den Teil 17 geschoben und in dem Pfosten 5 senkrecht nach oben bewegt und durch die Öffnung 14 entnommen werden kann. Umgekehrt kann ein Brennelement durch die Öffnung 16 in dem Pfosten 6 abgesenkt und dann seitlich aus dem Teil 18 herausbewegt werden. Durch diese Anordnung können Brennelemente 2 in das Traggestell 1 eingesetzt und an einer festgelegten Stelle wieder herausgenommen werden.

Die Brennelemente 2 sind in dem Traggestell 1 nach den Seiten hin beweglich und zu diesem Zweck an dem Querstück 7 angehängt, das als Schiene ausgebildet ist. Jedes Brennelement 2 weist an seinem oberen Ende ein hohles, zylindrisches Tragstück 20 auf, das an einem zylindrischen Teil 21 der Schiene 7 gleiten kann. Das Tragstück 20 besitzt einen Schlitz 22 für den Durchtritt des nichtzylindrischen Teiles der Schiene7 (s. die Fig. 2). Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, kann die Schiene 7 aber auch aus zwei Teilen bestehen, die, wenn sie zusammengesetzt sind, eine Innennut mit einem Teil 23 bilden, der rechteckigen Querschnitt hat, und einem Teil 24, der in den Teil 23 übergeht und rautenförmigen Querschnitt hat. Ein an der Spitze eines jeden Brennelements 2 befestigter Zapfen 25 ist so geformt, daß er einen Teil 26 aufweist, der in dem Teil 24 gleiten kann; der Schaft 27 des Zapfens 25 läuft dabei mit Spiel in dem Teil 23. Wie der F i g. 1 entnommen werden kann, ist die Schiene 7 geneigt, so daß die Brennelemente die Schiene 7 hinunterrutschen. (von rechts nach links in der Fig. 1), nämlich von der Beschikkungsstation L nach der Entnahmestation U.

Beim Betrieb des Reaktors enthält jedes Traggestell 1 einen vollständigen Satz von Brennelementen 2, und die Schiene 7, die sich in der Länge um einen kleinen Betrag durch einen Teil 34 fortsetzt, hält oder trägt alle Brennelemente 2 mit Ausnahme desjenigen, das sich im Teil 18 des Pfostens 6 befindet und den aufwärts gerichteten Kühlmittelstrom weitgehend unterdrückt.

Das Anhängen der Brennelemente an die Schiene 7 erfolgt durch einen Mechanismus 33, der längs des Pfostens 6 unterhalb der Beschickungsöffnung 16 liegt oder in eine hohle Säule 29 seitlich des Pfostens 6 eingesetzt ist. Der Mechanismus 33 betätigt einen Kolben 28, der während des Beschickungsvorganges das nächste Brennelement transportiert und an die Schiene hängt; wenn ein neues Brennelement eingesetzt wird, so sichert der Kolben 28 dieses in seiner Lage gegen Verschiebung durch hydraulische Kraft, die durch den Kühlmittelfluß ausgeübt wird. Der Mechanismus 33 enthält außerdem einen zweiten Kolben 32, der einen ständigen Druck auf die Brennelemente in deren Mitte ausübt, was ein Ausweichen der vorgeordneten Brennelemente verhindert. Der Kolben 32 wird auch während der Brennstofferneuerung dazu verwendet, daß er über ein Brennelement 2 bewegt wird. Der Mechanismus 33 wird nur während des Beschickens und der Entnahme betätigt; während des Betriebes des Reaktors wird er in seiner Lage mit dem Kolben 28 gesichert, der ausgeschoben wird, um dadurch das Brennelement 2 festzulegen, und mit dem Kolben 32 mit ständigem Druck gegen das Brennelement 2 drückt. Die Kolben 28 und 32 können mechanisch betätigt werden, beispielsweise durch eine Zahnstange und Zahnräder oder aber auch durch ein Druckmittel.

Das Verfahren der Brennstoffentnahme besteht darin, den Beschickungsstutzen der (nicht dargestellten) Beschickungsmaschine in eine Flucht mit der Öffnung 14 des Pfostens 5 am Traggestell 1 zu bringen, durch die das Brennelement ausgetauscht werden soll. Der Stutzen wird dabei in die Öffnung 13 des Pfostens 5 gesenkt, bis er das Tragstück 20 oder den Schaft 27 an dem darunterbefindlichen Brennelement 2 berührt. In dieser Stellung wird das Brennelement 2 auf der halben Länge seines Tragstückes durch einen ausschiebbaren Teil 34 der Schiene 7 gehalten, der im ausgefahrenen Zustand von den Führungsarmen 35 gehalten wird. Der Greifmechanismus erfaßt das Tragstück 20 oder 27 des besagten Brennelementes 2 und schiebt gleichzeitig den ausfahrbaren Teil 34 zurück. Das Brennelement kann jetzt aus dem Pfosten 5 herausgezogen und zu einer geeigneten Speichereinrichtung gebracht werden. Da das Brennelement 2 aus dem Kern herausgezogen wird, ist die Gefahr des Niederschmelzens infolge Spaltungswärme behoben. Sobald das Brennelement 2 den Teil 17 verlassen hat, ist der ausfahrbare Teil 34 frei sich für das nächste Brennelement 2 zu bewegen. Dann werden die Kolben 28 und 32 zusammen betätigt, um alle restlichen Brennelemente 2 an der Schiene 7 entlang nach unten zu drücken. Das Brennelement 2 neben dem leeren Raum, der von dem entnommenen Brennelement 2 herrührt, wird durch Betätigung des Mechanismus 33 hinüberbewegt, um diesen Raum auszufüllen; dabei hängt es an dem ausfahrbaren Teil 34, der sich mit dem Brennelement hinüberbewegt. Bei Verwendung beider Kolben ist eine vollständige Kontrolle über die Brennelemente 2 während ihrer Bewegung möglicherweise in einer vollen Strömung eines flüssigen Metallkühlmittels gewährleistet. Das Ergebnis der Bewegung der Brennelemente 2 besteht darin, das nächste auszutauschende Element 2 in den Teil 17 des Pfostens 5 zu bringen und den Teil 18 des Pfostens 6 zum Einsetzen eines neuen Brennelementes frei zu machen. Während der Kolben 32 an dem nächsten Brennelement 2 bleibt, wird der Kolben 28 zurückgezogen, und der Stutzen der Beschickungsmaschine mit dem neuen Brennelement 2 wird in die Öffnung 16 eingesetzt und gesenkt; der Kolben 32 wird zurückgezogen, sobald das frische Brennelement sich ihm nähert. Wenn das neue Brennelement sich in seiner richtigen Lage befindet, werden die Kolben 28 und 32 an das neue Element 2 herangeführt, so daß die ganze Gruppe der Brennelemente festgehalten wird.
Bei Bedarf können die Traggestelle 1 selbst nach außen bewegt werden, um die Kernreaktion während des Beschickens und der Entnahme zu vermindern. Der vorgeschlagene Aufbau ermöglicht ein gleichmäßigeres Abbrennen der Brennelemente im Reaktor.

Da das Beschicken und Entnehmen auf bestimmte Gebiete beschränkt ist, erhält man mehr Platz über dem Kern zum Auffinden geborstener Brennstoffhülsen, zum Anbringen von Instrumenten und zur Temperaturbestimmung. Nachdem die Entnahme der Brennelemente an Stellen niedrigen Neutronenflusses geschieht, ist hierdurch nur eine geringe Reaktivitätsbeeinflussung bedingt.

Der Erfindungsvorschlag hat nicht nur für Schnellreaktoren, sondern auch für z. B. Materialprüfreaktoren Bedeutung.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Reaktorkern, dessen in einem Traggerüst gelagerte längliche Brennelemente quer zu ihrer Längsrichtung beweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggerüst aus einzelnen Traggestellen (1) zur Aufnahme je eines Brennelementensatzes besteht, die abwechselnd versetzt nebeneinander angeordnet sind, so daß die Brennelementensätze nur über bestimmte Abschnitte hinweg eine reaktive Gruppe bilden, und daß jedes Traggestell eine Be- und eine Entladestelle (L bzw. TJ) für die Brennelemente besitzt, wobei die Anordnung der einzelnen Traggestell so getroffen ist, daß die Entladestellen (U) außerhalb der Zone der reaktiven Gruppe zu liegen kommen.

2. Reaktorkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Traggestell (1) plattenförmig ausgebildet ist und zwei hohle Pfosten (6, 5) aufweist, die als Be- bzw. Entladestelle für die Brennelemente dienen.

3. Reaktorkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (7) des Traggestells (1) als Schiene ausgebildet ist, an der die Brennelemente beweglich aufgehängt sind.

4. Reaktorkern nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Traggestelle (1) abwechselnd um 180° versetzt angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 038 666;
belgische Patentschrift Nr. 526 793;
französische Patentschrift Nr. 1116 762;
britische Patentschriften Nr. 771111, 790 688,
485;

USA.-Patentschrift Nr. 2 725 993.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 687'347 9.65 © Bundesdruckerei Berlin