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Vorrichtung zum Regeln von Kernreaktoren mittels neutronenabsorbierender
Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln von heterogenen
oder homogenen Kernreaktoren. Es ist bekannt, solche Kernreaktoren mittels Absorberstäben
zu regeln, die über elektromechanische, hydraulische oder pneumatische Antriebe
mehr oder weniger weit in den Kern eingefahren werden. Ferner können auch Reaktivitätsänderungen
zum Zwecke der Regelung durch Aus-und Einfahren von Brennelementen oder Moderatorteilen
erzielt werden.
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Ferner ist ein Regelverfahren bekannt, bei dem als Regelmedium neutronenabsorbierende
Flüssigkeiten verwendet werden, deren Standhöhe in innerhalb des Reaktorkerns angeordneten
Rohren oder sonstigen Hohlräumen veränderbar ist. Als Regelflüssigkeit dienen insbesondere
flüssige Metalle, beispielsweise Lithium, welches gegebenenfalls mit Natriumzusatz
verwendet wird.
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Bei einem Regelverfahren dieser Art ist im Reaktorkern ein Standrohr
angeordnet, in welchem die Regelflüssigkeit eine stets gleichbleibende Höhe einnimmt,
solange eine Pumpe das einen Wärmetauscher durchlaufende Medium umwälzt. Das Standrohr
ist von einem äußeren Ringrohr umgeben, in dem sich ebenfalls ein Teil der Regelflüssigkeit
befindet. Die Standhöhe der Regelflüssigkeit in diesem Ringrohr ist abhängig vom
Flüssigkeitsstand in einem mit diesem verbundenen, außerhalb des Reaktorkerns angeordneten
Standbehälter, sie kann verändert werden durch Betätigung eines Ablaßventils und
eines Zulaufventils, durch welche der Behälter mit einem Vorratstank in Verbindung
steht, Zum Regeln dient dabei der im äußeren Ringrohr befindliche Teil des Regelmediums,
während die im inneren Standrohr vorhandene Flüssigkeit nicht am Regelvorgang beteiligt
ist, sondern als parasitärer Absorber dauernd einen Teil der erzeugten Neutronen
absorbiert. Nachteilig ist bei der bekannten Einrichtung das Fehlen einer Druckausgleichsleitung
zwischen dem Standbehälter und dem äußeren Ringrohr, so daß der Druckausgleich über
die freie Atmosphäre mit der Gefahr des Austretens von Radioaktivität verbunden
ist. Außerdem kann die Einrichtung nicht zum Schnellabschalten des Reaktors verwendet
werden, weil dann die gesamte, im Standbehälter vorhandene Flüssigkeit abgelassen
und zum Vorratstank umgepumpt werden muß, was einen erheblichen Zeitraum beansprucht.
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Bei einer anderen, ähnlichen Regeleinrichtung wird der Flüssigkeitsstand
im äußeren Ringrohr pneumatisch durch Veränderung des Gasdruckes oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
geregelt. Die Wirksamkeit dieser Regelung wird ebenfalls dadurch beeinträchtigt,
daß die im inneren Standrohr vorhandene Flüssigkeit nicht am Regelvorgang teilnimmt,
sondern als parasitärer Absorber einen Unwirtschaftlichkeitsfaktor darstellt.
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Auch ist die Gleichmäßigkeit der Regelung in den einzelnen Steuerröhren
nicht absolut gewährleistet. Wenn auch durch eine Ringleitung der pneumatische Druck
in den Ringräumen der Steuerröhren gleich hoch gehalten werden kann, so hängt die
Standhöhe der Flüssigkeitssäule auch noch von deren statischem Gegendruck ab. Dieser
hängt jedoch vom Füllungsgrad der einzelnen oberhalb der Steuerröhren befindlichen
Behälter sowie von dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels in diesen vollkommen geschlossenen
Behältern herrschenden Gasdruck ab.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum
Regeln von Kernreaktoren mittels neutronenabsorbierender Flüssigkeiten zu schaffen,
bei der die Nachteile der bekannten Anlagen vermieden werden. Ausgehend von einer
derartigen bekannten Regelvorrichtung, bei der die Standhöhe der neutronenabsorbierenden
Flüssigkeit, insbesondere eines flüssigen Metalls, in innerhalb des Reaktorkerns
angeordneten Röhren oder sonstigen Hohlräumen veränderbar ist, welche mit oberhalb
des Reaktorkerns angeordneten Vorratsbehältern in kommunizierender Verbindung stehen,
besteht die Erfindung darin, daß die Standhöhe der Regelflüssigkeit durch gegen
den statischen Druck aus den Vorratsbehältern wirkende Pumpen regelbar ist. Durch
die vorgeschlagene Maßnahme können die Steuerröhren als einfache Standrohre ausgebildet
sein, in denen das Steuermedium unter der Wirkung der gegen den statischen Druck
aus dem Vorratsbehälter arbeitenden Pumpe auf der gewünschten Standhöhe gehalten
werden kann. Es können somit Doppelrohre
vermieden werden, was eine
erhebliche Vereinfachung der Regelvorrichtung mit sich bringt. Der wesentliche Vorteil
der Erfindung liegt in der leichten und raschen Regelbarkeit des Reaktors, wobei
die gesamte Regelflüssigkeit am Regelvorgang teilnimmt und nicht ein Teil der Regelflüssigkeit
als parasitärer Absorber wirkt.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß eine rasch
wirksame Schnellabschaltung möglich ist, weil unter der Wirkung des statischen Druckes
beim Abstellen der Pumpe die Steuerröhren sofort völlig mit der Steuerflüssigkeit
aufgefüllt werden. Die schnelle Abschaltung tritt auch selbsttätig beim Ausfall
der Pumpe ein. Damit wird bei Versagen der Energieversorgung der Reaktor mit absoluter
Sicherheit abgeschaltet, ohne daß der Abschaltvorgang von der Funktion irgendeines
anderen Teiles abhängig ist.
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Besonders vorteilhaft ist, daß nach einer weiteren Ausgestaltung die
freien Volumina des durch oder um den Reaktorkern als Steuerröhren ausgebildeten
Behälterteils über Druckausgleichsleitungen mit dem freien Volumen des außerhalb
des Reaktorkerns befindlichen Vorratsbehälters verbunden sind. Dadurch -wird ein
geschlossener Kreislauf, bestehend aus der Regelflüssigkeit und dem über deren Spiegel
in den Standröhren und dem Vorratsbehälter befindlichen gasförmigen Medium geschaffen.
Zur Erzielung einer Stoßdämpfung ist es zweckmäßig, an das obere Ende der im Kern,
durch oder um den Kern verlaufenden Behälter einen nach oben sich verengenden Teil
anzuschließen. Auch können zu dem gleichen Zweck statt Verengungen Blenden eingebaut
werden.
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Nach einer weiteren Ausbildung kann der die Steuerflüssigkeit enthaltende
Behälterteil als zwischen Reaktorkern und Reflektor angeordnete Ringkammer ausgebildet
sein. Durch diese Ausbildung kann durch Heben und Senken des Absorberspiegels die
Reflektorwirkung variiert werden. Daraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die
Neutronenflußverteilung nur am Rande des Kerns gelöst wird, wodurch ein gleichmäßiger
Akkord erzielt wird, als dies bei Verwendung von Absorberstäben im Kern möglich
ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Regelsystem, bei dem der durch den Kern verlaufende
Behälterteil aus mehreren in Achsrichtung des Kerns verlaufenden Röhren besteht;
F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung mit einem als Ringkammer ausgebildeten Behälterteil,
der zwischen Reflektor und Kern angeordnet ist.
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Bei der Vorrichtung nach F i g. 1 verlaufen mehrere Röhren
2 durch den Kern 1 parallel zu seiner Achse. Diese Röhren weisen an
ihrem oberen Ende zum Zwecke der Schwingungsdämpfung konische Querschnittsverengungen
2a auf, an die sich eine Druckausgleichsleitung 3 anschließt, die mit einem Vorratsbehälter
4 verbunden ist, den das obere Ende des außerhalb des Kerns liegenden Behälterteils
5 aufweist. Zum Heben und Senken des flüssigen Absorbers dient eine elektromagnetische
Pumpe 6. Bei der Vorrichtung gemäß der F i g. 2 ist an Stelle der durch den Kern
verlaufenden Röhren eine Ringkammer 7 vorgesehen, die zwischen dem Kern und einem
Reflektor 8 angeordnet ist.
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Da der Vorratsbehälter 4 oberhalb des Kerns liegt, muß die Pumpe gegen
den überdruck der äußeren Flüssigkeitssäule arbeiten, um den Absorberspiegel im
Kern in einer vorgegebenen Höhe zu halten. Bei Schnellabschaltung schaltet lediglich
die Pumpe ab, wodurch der Absorber infolge Schwerkraft in den Kern abgesenkt wird.
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Die vorgeschlagene elektrohydraulische Regelung mit flüssigen Absorbern
zeichnet sich gegenüber den bekannten Vorschlägen dahin gehend aus, daß das System
einfach und robust ist, ein als elektrische Größe vorliegendes Regelsignal unmittelbar
in eine Linearbewegung des Absorbers umgesetzt wird, keine mechanische Drehbewegung
durch den Reaktordeckel oder durch den Reaktortank hindurchgeführt zu werden braucht
und kein besonderer Mechanismus für die Auslösung des Schnellschlusses erforderlich
ist.