DE1229200B - Kernreaktor mit einem aus Bloecken bestehenden Moderatoraufbau - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

G21c

Deutsche KL: 21g~2X/20

Nummer: 1229200

Aktenzeichen; U 8968 VIII c/21 g

Anmeldetag: 17. Mai 1962

Auslegetag: 24. November 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor mit einem Moderatoraufbau, der aus in einem Druckbehälter in horizontalen Schichten und vertikalen Säulen angeordneten Moderatorblöcken besteht, zwischen dessen Schichten keramische Gitter angeordnet sind, die die Moderatorblöcke an einer waagerechten Verschiebung hindern, wobei jeder Block mit einem oder mehreren Kanälen, die sich der Länge nach durch ihn erstrecken, versehen ist, um die Spaltstoffelemente, die Regelstäbe und Versuchsanordnungen aufzunehmen und um die Leitung für ein Kühlmittel, das mit den Spaltstoffelementen im Wärmeaustausch steht, zu bilden, wobei die Blöcke so gestapelt sind, daß diese Kanäle miteinander fluchten, so daß kontinuierliche, vertikale Durchführungen durch den Kern vorhanden sind, und wobei eine Vielzahl von Druckplatten die seitlichen Begrenzungsflächen des Moderatoraufbaus bildet und diese Druckplatten an den an der Peripherie des Moderatoraufbaus sich befindlichen Enden der keramischen Gitterelemente anliegen und auf diese einen Druck ausüben, der von Federn erzeugt wird, welche zwischen der Druckbehälterwand und den Druckplatten angeordnet sind.

Während der Reaktor in Betrieb ist, treten in diesen Moderatorblöcken Abmessungsänderungen auf, die eine Verschiebung der obenerwähnten Durchführungen zur Folge haben. Erstens erfolgt eine thermische Ausdehnung, und da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Moderators sich gewöhnlich von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des umgebenden Konstruktionsmaterials unterscheidet, verschiebt sich der Kern relativ zu der ihn umgebenden Konstruktion. Zweitens treten Diraensionsänderungen der Materialien, wie allgemein bekannt ist, auf, wenn sie der Neutronenbestrahlung unterworfen werden. Da der Neutronenfluß in einem Reaktorkern der Größe nach von einer Stelle zur anderen variiert, sind die Abmessungsänderungen der Blöcke in dem Teil des Reaktorkerns, in dem der Neutronenfluß am größten ist, größer als die Abmessungsänderungen in den Blöcken, die sich in Gebieten geringerer Neutronenaktivität befinden, Daraus resultiert eine Fehlfluchtung der obenerwähnten Kanäle.

Die Verschiebung eines Regelstabkanals kann in bestimmten Fällen, wenn der Regelstab dadurch festgehalten wird, einen schwerwiegenden Unfall hervorrufen, da die Steuerung des Reaktors ausfallen kann. Ebenso kann ein in dem Reaktor eingeklemmtes Spaltstoffelement zu großen Unannehmlichkeiten und zu einer kostspieligen Entfernung des Elements aus dem Reaktor führen. Darüber hinaus verursacht die Fehlfluchtung von Kühlmittelkanälen eine Verrin-Kernreaktor mit einem aus Blöcken bestehenden
Moderatoraufbau

Anmelder:

United States Atomic Energy Commission,

Germantown, Md. (V, St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,

München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt;

Arthur Paul Fraas, Knoxville, Tenn.;

John Julian Tudor, Oak Ridge, Tenn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität;

V. St. v. Amerika vom 19. Mai 1961 (111416)

gerung des Strömungsquerschnitts für das Kühlmittel, wodurch der Kühhnittelstrom reduziert wird und entweder eine erhöhte Spaltstofftemperatur oder einen größeren Energiebedarf für das Umpumpen des Kühlmittels erfordert, was beides unerwünscht ist. Es kann deshalb eine Verschiebung der Moderatorstruktur zu äußerst unerwünschten Konsequenzen führen.

Von keramischen Materialien, wie Berrylliumoxyd, Magnesiumoxyd, Siliciumkarbid und Aluminiumoxyd, wird Berylliumoxyd wegen seiner moderierenden Eigenschaften, seinem geringen Absorptionsquerschnitt und seinem Ausdehnungskoeffizienten, der etwa dem Ausdehnungskoeffizienten von Stahl entspricht, bevorzugt. Bei der Verwendung dieses Materials beträgt der Unterschied der Ausdehnung zwischen einer Stützkonstruktion aus Stahl und einem Berylliumoxydgitter ein Minimum.

Es ist bekannt, daß die vorausgehend genannten keramischen Materialien zwar Druckbeanspruchungen gut aushalten, aber unter Stoßbelastungen leicht zerstört werden.

Schraubenf ederanordnungen bekannter Ausbildung, welche dazu dienen, Druckplatten gegen den Umfang des Moderatoraufbaus zu pressen, haben die Neigung, bei großer Federbelastung völlig zusammenge*- drückt zu werden, so daß die Federn hart ausschlagen und dadurch erhebliche Stoßkräfte auf das keramische Gitter übertragen. Als Folge davon entstehen

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Beschädigungen des Gitters, ein Verklemmen der daß sich eine Vielzahl von kontinuierlichen Kanälen Regelstäbe und eine" Fehlfluchtung der Kühlkanäle. ergibt, die den Reaktor in vertikaler Richtung Wird andererseits der Deformationsbereich ver- durchdringen. Die Blöcke werden in vertikaler Richgrößert, um die Übertragung von Stoßkräften zu rung von Führungen 15 zusammengehalten, die sich vermeiden, so können durch die großen seitlichen 5 von dem Boden jedes Blockes aus erstrecken und in Verschiebungen, die dann möglich sind, dennoch eine Erweiterung 4 a in dem Kanal 4 oben in dem Beschädigungen des Gitters, Verklemmen der Re- Block unmittelbar darunter passen,
gelstäbe und Fehlfluchtung der Kühlkanäle auf- Wie in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellt ist, sind treten. die oberen Kanten jedes Blockes eingekehlt oder aus-Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- io geschnitten, so daß ein gitterartiges System von sich gründe, eine federnde Abstützung für das Gitter zu kreuzenden Kanälen 5 gebildet wird, in die genau schaffen, welche größere seitliche Verschiebungen passende, kurze Stücke aus einem keramischen Maverhindert, ohne daß die Gefahr besteht, daß größere terial Sa, beispielsweise aus Berylliumoxyd, einge-Stoßkräfte auf das stoßempfindliche keramische setzt sind. Das Gittersystem, das auf diese Weise Gitter ausgeübt werden. 15 gebildet wird, ist mit jedem Block durch Ansätze 6 Diese Aufgabe .'wird dadurch gelöst, daß erfin- verkeilt, die in Aussparungen 7 passen. Wie in den dungsgemäß die Federn aus einer Vielzahl von Rohr- Zeichnungen dargestellt, sind die Längen der kerafedern, in Form von Ringstreifen, bestehen, wobei mischen Gitterabschnitte annähernd gleich der Breite die Zylinderachsen dieser Rohrfedern, um einen mög- der Moderatorblöcke 1. Wie aus den nachfolgenden liehst geringen Strömungswiderstand für das zwi- 20 Ausführungen klarwerden wird, kann jedoch jede sehen den Druckplatten und dem Druckbehälter geeignete Länge verwendet werden, soweit ein kondurchströmende Kühlmittel zu erzeugen, senkrecht, tinuierliches Gitter dadurch geschaffen wird, da das d. h. parallel zum Kühlstrom orientiert sind und wo- Gitter unter Druck gehalten und niemals einer Zugbei der Abstand der Druckfedern voneinander so be- belastung ausgesetzt wird.

messen ist, daß sich die Seiten von benachbarten 25 Das Gittersystem, das zwischen jeweils zwei Druckfedern bei einer vorbestimmten Deformation Schichten gebildet wird, endigt an der Peripherie des derselben berühren,, so daß bei einer über ein be- Moderatoraufbaus, an der das Gitter gegen eine Vielstimmtes Maß hinausgehenden Deformation dieser zahl von Stahlplatten 8 stößt, die in zweifacher Hin-Feder der elastische Widerstand derselben wesentlich sieht als Wärmeschild für den Reaktorkern und als zunimmt, während sie sich bei normaler Betriebs- 30 Druckplatten für das Gittersystem dienen. In dem weise des Reaktors nicht berühren. Raum zwischen den Platten 8 und der Wandung 3 Durch die diese Ausbildung der Federabstützung des Druckbehälters ist eine Vielzahl von einstellbaren für das keramische Gitter wird erreicht, daß die Rohrfedern 9 angeordnet, von denen jeweils zwei auf Federn unter normalen Betriebsbedingungen in dem jede Platte einer Schicht aus Moderatorblöcken 1 durch die entsprechenden Federkonstanten bedingten 35 treffen. Diese Federn sind in Höhe jedes der Gitterlinearen Bereich arbeiten. Wenn der Moderatorauf- systeme angeordnet und sind so eingestellt, daß sie bau stärkeren mechanischen Stoßen ausgesetzt ist über die Platten 8 einen Druck auf die Gitter aus- oder durch Vorgänge, die sich in seinem Inneren ab- üben.

spielen, einem großen Seitendruck ausgesetzt ist, In F i g. 4 ist eine Rohrfeder deutlicher dargestellt, werden die Rohrfedern so weit zusammengedrückt, ₄₀ Diese Rohrfeder aus Stahl übt einen Druck auf eine daß sie miteinander in Eingriff kommen, wodurch U-Schiene 11 aus, die auf die Druckplatte 8 aus Stahl die Abfederung des den Moderator umgebenden aufgeschweißt ist, und wird von unten von Führungs-Mantels wesentlich härter wird. platten 12 gehalten, welche an der Wandung 3 des Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Vorrich- Druckbehälters angeschweißt sind. Eine Platte 13, tang gemäß der Erfindung wird an Hand der Figuren 45 die in verstellbarem Abstand von der Druckbehälterbeschrieben, wandung 3 mittels eines Schraubensatzes 14 angeord-F i g. 1 zeigt teilweise den Grundriß eines Reaktors net und von unten durch die Führungsplatten 12 gegemäß der Erfindung; halten wird, drückt auf die Rohrfeder 10, so daß die Fig. 2 zeigt teilweise den Aufriß dieses Reaktors; Feder unter Druck gesetzt werden kann und eine Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer 50 Druckbelastung auf das Gittersystem überträgt.
Schicht aus Moderatorblöcken, die von der in den Die beschriebenen Rohrfedern sind in verschiede-F i g. 1 und 2 dargestellten Reaktorkonstruktion ein- ner Hinsicht für die Lösung der gestellten Aufgabe geschlossen ist; sehr geeignet und vorteilhaft. Erstens können die F i g. 4 zeigt eine Einzelheit eines Reaktors gemäß Federn, die in dem Peripherieraum rund um den Reder Erfindung. 55 aktor angeordnet und von dem Reaktor durch Druckin den F i g. 1 und 2 ist im Horizontalschnitt bzw. platten 8 getrennt sind, auf einer gleichmäßigen im Vertikalschnitt ein Teil der Konstruktion eines Temperatur gehalten werden, indem ein Teil des Reaktors gemäß der Erfindung dargestellt. Es ist nur Reaktorkühhnittels durch sie geleitet wird. Die etwas mehr als ein Quadrant eines geraden, zylindri- röhrenförmige Ausbildung der Federn begünstigt sehen Kerns dargestellt. Die anderen Quadranten 60 diese Kühlung. Deshalb kann ein im wesentlichen sind dem dargestellten identisch gleich. In den F i g. 1 gleichförmiger Druck jederzeit in den Gittern auf- und 2 ist eine Vielzahl von in mehreren Schichten rechterhalten werden. Zweitens sind, wie in Fig. 1 gestapelten Moderatorblöcken 1 dargestellt, die bei- dargestellt ist, die Federn vorzugsweise dicht nebenspielsweise aus Graphit bestehen. Diese Schichten einander angeordnet, so daß ihre Verformung unter sind auf einem Stützgitter 2 aus Stahl aufgeschichtet 65 Druck durch die benachbarten Federn weitgehend und befinden sich innerhalb eines Stahlmantels 3. begrenzt ist. Diese Anordnung trägt sehr zu der Jeder Block weist einen vertikalen Kanal 4 auf, und Steifigkeit und Festigkeit des Federsystems bei, wodie Blöcke sind genau übereinander angeordnet, so durch die Fähigkeit der Konstruktion plötzlich auf-

tretenden lateralen Kräften, die sich bei Explosionen u. dgl. ereignen, zu widerstehen, sich erhöht.

Das dargestellte und beschriebene Beispiel soll die Erfindung erläutern, ohne sie zu beschränken.

Claims (1)

1. 5 Patentanspruch:

   Kernreaktor mit einem Moderatoraufbau, der aus in einem Druckbehälter in horizontalen Schichten und vertikalen Säulen angeordneten Moderatorblöcken besteht, zwischen dessen Schichten keramische Gitter angeordnet sind, die die Moderatorblöcke an einer waagerechten Verschiebung hindern, wobei jeder Block mit einem oder mehreren Kanälen, die sich der Länge nach durch ihn erstrecken, versehen ist, um die Spaltstoff elemente, die Regelstäbe und Versuchsanordnungen aufzunehmen und um die Leitung für ein Kühlmittel, das mit den Spaltstoffelementen in Wärmeaustausch steht, zu bilden, wobei die Blöcke so gestapelt sind, daß diese Kanäle mit- ao einander fluchten, so daß kontinuierliche, vertikale Durchführungen durch den Kern vorhanden sind, und wobei eine Vielzahl von Druckplatten die seitlichen Begrenzungsflächen des Moderatoraufbaus bildet und diese Druckplatten an den an der Peripherie des Moderatoraufbaus sich befindlichen Enden der keramischen Gitterelemente anliegen und auf diese einen Druck ausüben, der von Federn erzeugt wird, welche zwischen der Druckbehälterwand und den Druckplatten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn aus einer Vielzahl von Rohrfedern in Form von Ringstreifen bestehen, wobei die Zylinderachsen dieser Rohrfedern, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand für das zwischen den Druckplatten und dem Druckbehälter durchströmende Kühlmittel zu erzeugen, senkrecht, d. h. parallel zum Kühlstrom orientiert sind und wobei der Abstand der Druckfedern voneinander so bemessen ist, daß sich die Seiten von benachbarten Druckfedern bei einer vorbestimmten Deformation derselben berühren, so daß bei einer über ein bestimmtes Maß hinausgehenden Deformation dieser Feder der elastische Widerstand derselben wesentlich zunimmt, während sie sich bei normaler Betriebsweise des Reaktor nicht berühren.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Auslegeschriften Nr. 1059 582,

   1100191; österreichische Patentschriften Nr. 204140,

   518;
   USA.-Patentschrift Nr. 2 872 398.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   609728/306 11.66 © Bundesdruckerei Berlin