DE1230507B

DE1230507B - Device for regulating the reactivity of a heterogeneous nuclear reactor

Info

Publication number: DE1230507B
Application number: DEG35600A
Authority: DE
Inventors: Dr Walter Schreiber
Original assignee: KERNENERGIEVERWERT GES fur
Current assignee: KERNENERGIEVERWERT GES fur
Priority date: 1962-07-31
Filing date: 1962-07-31
Publication date: 1966-12-15

Description

Vorrichtung zum Regeln der Reaktivität eines heterogenen Kernreaktors Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Regeln der Reaktivität eines heterogenen Kernreaktors, welche aus zwischen den Brennelementen bewegten und über außerhalb des Reaktorkerns angeordnete Rollen geführten flexiblen Bändern besteht, an denen neutronenabsorbierende Elemente befestigt sind. - Wenn man bei einer Regelvorrichtung durch die Gassen zwischen den Brennelementen des Kerns ein aus biegsamen Blechen gebildetes homogenes Band hindtirchführt, dessen eine Hälfte aus kerntechnisch wirksamem, d. h. neutronenabsorbierendem, und dessen andere Hälfte aus kerntechnisch nicht wirksamem, ileutronendurchlässigem Werkstoff gefertigt ist, ergeben sich vor allem Schwierigkeiten bei der Auswahl der Werkstoffe, die gleichzeitig den gestellten physikalischen und mechanischen Anforderungen (insbesondere der Aufspulbarkeit). genügen müssen. -- Es ist auch bereits bekannt, die für die Regelung von Reaktoren verwendeten bekannten Regelstäbe in einzelne kurze Abschnitte zu unterteilen, die mit Ab- ständen hintereinander auf einem flexiblen Band angeordnet werden und in axialer Richtung der Brennelemente und gegebenenfalls auch durch Bohrungen hindurch, die in den Brennelementen vorgesehen sind, durch den Kern hindurch bewegt werden. Bei dieser Anordnung werden die neutronenabsorbierenden Elemente in gleicher Weise wie die bekannten Regelstäbe parallel zur Längsrichtung der Brennelemente in den Kein eingefahren. Dadurch weisen sie den bekannten Nachteil auf, daß die Brennelemente verhältnismäßig ungleichmäßig über ihre axiale Erstrekkung ausgenutzt werden. Bei Durchführung der bekannten Bänder durch in Längsrichtung der Brennelemente sich erstreckende Bohrungen muß die Regelungskette außerdem das Druckgefäß durchdringen, wodurch sich weitere Konstruktionsschwierigkeiten ergeben.Device for regulating the reactivity of a heterogeneous nuclear reactor The invention relates to a device for regulating the reactivity of a heterogeneous nuclear reactor, which consists of flexible belts that are moved between the fuel elements and are guided over rollers arranged outside the reactor core and to which neutron-absorbing elements are attached. - If, in a regulating device, a homogeneous strip made of flexible metal sheets is passed through the lanes between the fuel elements of the core, one half of which is made of nuclear-technically effective, i.e. H. neutron-absorbing material, and the other half of which is made of neutron-permeable material that is not nuclear-technically effective, there are above all difficulties in the selection of materials that simultaneously meet the physical and mechanical requirements set (in particular the ability to be reeled). have to suffice. - It is also previously known to divide the known control rods used for controlling reactors in individual short sections with intervals, one behind the other on a flexible band are arranged in the axial direction of the fuel, and optionally also through bores through which are provided in the fuel assemblies, are moved through the core. In this arrangement, the neutron-absorbing elements are retracted in the same way as the known control rods parallel to the longitudinal direction of the fuel elements in the channel. As a result, they have the known disadvantage that the fuel elements are used relatively unevenly over their axial extent. When the known bands are passed through bores extending in the longitudinal direction of the fuel assemblies, the control chain must also penetrate the pressure vessel, which results in further construction difficulties.

Die vorliegende Erfindung geht nun von der Aufgabe aus, eine Regelungsvorrichtung zu schaffen, welche eine verbesserte und gleichmäßigere Ausnutzung der Brennelemente ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgesehen, die sich dadurch auszeichnet, daß mehrere parallele Bänder durch senkrecht zu den Bändern angeordnete neutronenabsorbierende Stäbe nach Art eines Lattenrostes miteinander verbunden sind.The present invention is based on the object of a control device to create which an improved and more uniform utilization of the fuel assemblies enables. To solve this problem, a device is of the type mentioned at the outset Kind provided, which is characterized by the fact that several parallel bands through neutron-absorbing rods arranged perpendicular to the bands in the manner of a Slatted frames are connected to each other.

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung wird demnach das Regelprinzip verfolgt, daß die Reaktivität über die ganze Länge der Brennelemente und nicht, wie bisher üblich, fortlaufend von einem Ende aus geregelt wird. Es ist demnach nicht erforderlich, bei Nachlassen der Leistung des Reaktors alle Brennelemente auszuwechseln. Vielmehr kann nach einer gewissen Zeit durch Umsetzen der Brennelemente der Kein wieder aktiviert werden, und daher können die ursprünglich vorhandenen Brennelemente viel länger als bei den üblichen Regelvorrichtungen ausgenutzt werden. Da die neue Regelvorrichtung nicht durch das Innere der Brennelemente hindurchläuft, braucht auch die endlose Kette nicht durch die Wandung des Druckgefäßes hindurchzugehen. Es genügt im vorliegenden Fall, daß die Antriebswelle des Fördermechanismusses für die Regelvorrichtung von außen in das Druckgefäß eindringt.With the device according to the invention, the control principle is accordingly pursues that the reactivity over the entire length of the fuel elements and not, as usual, is continuously regulated from one end. It is accordingly not required, all fuel assemblies if the performance of the reactor decreases to replace. Rather, after a certain time, by moving the fuel assemblies the none can be activated again, and therefore the originally existing Fuel assemblies are used much longer than with the usual control devices. Since the new control device does not pass through the interior of the fuel assemblies, The endless chain does not have to pass through the wall of the pressure vessel either. It is sufficient in the present case that the drive shaft of the conveyor mechanism for the control device penetrates the pressure vessel from the outside.

Weitere Vorzüge der Erfindung sind darin zu sehen, daß bekannte und bewährte Werkstoffe für die raumsparende Regeleinrichtung verwendet werden können. Dynamische Massenkräfte, die z. B. bei einem durch einen Kernreaktor angetriebenen Schiff durch dessen Schlingerbewegungen entstehen, können eine solche Regelung nicht wesentlich beeinflussen. Im Vergleich mit den bekannten Regelvorrichtungen können die Durchmesser der Trommeln zum Aufspulen des aus Regelstäben zusammengesetzten, also inhomogenen Bandes kleiner gehalten oder durch Rollen ersetzt werden. Weiterhin läßt sich ein beliebig variabler Übergang von der Reaktorfeinregelung bis zur sicheren Reaktorabschaltung erreichen, indem man die Abstände zwischen den einzelnen Regelstäben einer gewünschten Regelkennlinie entsprechend verschieden wählt. In gleicher Weise ist es möglich, den Absorptionscharakter der einzelnen Regelstäbe einer gewünschten Regelkennlinie entsprechend verschieden zu wählen.Further advantages of the invention are to be seen in the fact that known and Proven materials can be used for the space-saving control device. Dynamic mass forces that z. B. in a powered by a nuclear reactor Such a regulation cannot be applied to the ship caused by its rolling movements influence significantly. In comparison with the known control devices can the diameter of the drums for winding the control rods, So inhomogeneous tape can be kept smaller or replaced by rollers. Farther an arbitrarily variable transition from the reactor fine control to the safe Achieve reactor shutdown by adjusting the distances between the individual control rods different according to a desired control characteristic chooses. In the same way it is possible to determine the absorption character of the individual control rods to be selected differently according to a desired control characteristic.

Eine weitere Ausgestaltung der Regelvorrichtung besteht darin, daß auf den flexiblen Bändern in den regelstabfreien Zonen Versteifungsstäbe aus nichtabsorbierendem Material befestigt sind. Auch können zwei Lattenroste in der gleichen Gasse zwischen den Brennelementen des Kerns gegensinnig bewegbar einander unmittelbar benachbart angeordnet sein.Another embodiment of the control device is that on the flexible bands in the control rod-free zones stiffening rods made of non-absorbent Material are attached. You can also have two slatted frames in the same aisle between the fuel elements of the core can be moved in opposite directions immediately adjacent to one another be arranged.

In der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Regelvorrichtung beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 eine lattenrostartige Regelvorrichtung, F i g. 2 eine schematische Stirnansicht der Regelvorrichtung gemäß F i g. 1, F i g. 3 -eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Regelvorrichtung und F i g. 4 eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Regelvorrichtung mit zwei gegensinnig geführten Regelstabbändern.In the following description and the drawing, preferred embodiments of the control device are illustrated by way of example. It shows F i g. 1 a slatted frame-like regulating device, FIG . FIG. 2 shows a schematic front view of the control device according to FIG. 1, Fig. 3 shows a plan view of a further embodiment of the regulating device and FIG . 4 shows a plan view of another embodiment of the control device with two control rod belts guided in opposite directions.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Regelvorrichtung nach Art eines Lattenrostes verwendet ein zusammengesetztes Band mit flachen Stäben 1 aus neutronenabsorbü#rendem Werkstoff. Diese Stäbe 1 und weitere ähnliche Stäbe 3, die nur zur Versteifung dienen und aus nichtabsorbierendem Werkstoff bestehen, sind auf flexiblen, schmalen, bandförmigen Trägem 2 aus rostfreiem Stahl in ähnlicher Weise aufgereiht wie die Stäbe eines Rolladens auf die Rolladengartbänder.The in the F i g. 1 and 2 shown control device in the manner of a slatted frame uses a composite belt with flat bars 1 made of neutron-absorbing material. These bars 1 and other similar bars 3, which are only used for stiffening and are made of non-absorbent material, are lined up on flexible, narrow, band-shaped supports 2 made of stainless steel in a similar manner as the bars of a roller shutter on the roller shutter garden belts.

Zum Antrieb des zusammengesetzten Regelstabbandes dienen zwei Spulen oder Rollensätze 4 und 5, die seitlich des Kerns angeordnet sind und bei der Regelung das zusammengesetzte Band hin- und herbewegen.Two coils or sets of rollers 4 and 5 are used to drive the assembled control rod band.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3 sind die Regelstabbänder auf einer geschlossenen Bahn geführt. Auch hier sind ähnlich wie bei der Anordnung gemäß F i g. 1 und 2 Stäbe 1 aus neutronenabsorbierendem Material und Versteifungsstäbe 3 aus nichtabsorbierendem Material auf den flexiblen Bändern 2 befestigt. Die Bänder 12 laufen über zwei Rollen oder Spulen 14 und 15 und werden durch zwei benachbarte Gassen durch den gruppenweise angeordneten Kern des Reaktors 16, 16', 16" geführt. Die Art der Führung bewirkt gleichmäßige Effekte auf beiden Seiten des Bandes, indem die absorbierenden Stäbe bei der einen Drehrichtung in den Kein hinein und bei der entgegengesetzten Drehrichtung aus dem Kein herausgezogen werden.In the embodiment according to FIG. 3 the control rod bands are guided on a closed path. Here too, similar to the arrangement according to FIG. 1 and 2 bars 1 made of neutron-absorbing material and stiffening bars 3 made of non-absorbent material are attached to the flexible strips 2. The tapes 12 run over two rollers or spools 14 and 15 and are guided through two adjacent alleys through the group-wise core of the reactor 16, 16 ', 16 " Rods can be pulled into the no in one direction of rotation and out of the no in the opposite direction of rotation.

Die soweit beschriebenen Regelvorrichtungen enthalten besondere Spannvorrichtungen, die nicht im einzelnen dargestellt sind und die Aufgabe haben, die biegsamen Bänder straffzuhalten und beim Lösen der Antriebsvorrichtung, beispielsweise im Fall einer ReaktorschneHabschaltung, das Band in eine Richtung zu bewegen, in der die starke Neutronenabsorption erfolgt. In dieser Abschaltstellung liegen also alle Regelstäbe im Inneren des Kernbereiches.The control devices described so far contain special clamping devices, which are not shown in detail and have the task of the flexible strips to keep taut and when releasing the drive device, for example in the case of a Reactor snow shutdown to move the belt in a direction in which the strong Neutron absorption occurs. All control rods are in this shut-off position inside the core area.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 4 erläutert eine weitere Anordnungsmöglichkeit, bei der die Wirkungslage der Regelbewegung auf die Hälfte verringert wird. Mitten durch die Brennelemente 16, 16, führen zwei einander parallel verlaufende, aber stets in entgegengesetzter Richtung bewegte Bänder 22 und 22". Diese Bänder sind in der bereits beschriebenen Weise durch -Stäbe 1, l' mit neutronenabsorbierender Wirkung und ferner durch Stäbe 3, 3' ohne - absorbierende Wirkung zur Versteifung der Bandanordnung miteinander verbunden.The embodiment according to FIG. 4 explains another possible arrangement in which the effective position of the control movement is reduced by half. In the middle through the fuel assemblies 16, 16, carry two mutually parallel, but always moving in the opposite direction belts 22 and 22 ". These bands are in the already described manner by rods 1, l 'with neutron-absorbing effect and also by rods 3, 3 'Non - absorbent effect connected together for stiffening the belt assembly.

Die Bänder sind auf die Trommeln 4, 5, 4' und 5' aufgewickelt. Die Achsen der Trommeln 5 und 5' können mit einem gemeinsamen, nicht dargestellten Antrieb verbunden sein, der zugleich Gegenläufigkeit beider Achsen bewirkt. Die Trommeln 4 und 4' können mit ebenfalls nicht dargestellten Drehmomente erzeugenden Spiralfedern versehen werden. Diese ähnlich wie Uhrwerksfedern ausgebildeten Spiralfedern sorgen dafür, daß die Bänder zwischen, den Trommeln im Normalfall straff gehalten werden und in besonderen Fällen (Schnellabschaltung) beim Lösen von Kupplungen zwischen dem Regelantrieb und den Achsen der Trommeln 25 und 25' eine schnelle Bandaufwicklung erfolgt, so daß die Reihe der absorbierenden Regelstäbe 1 und l' voll zwischen die Teile 16 und 16' des Reaktorkems zu liegen kommt. Durch die entgegengesetzten Bewegungen der Trommeln 4 und 5' einerseits und 4' und 5 andererseits und die dadurch bedingte entgegengesetzte Bewegung der die Regelstäbe enthaltenden Bänder soll eine symmetrische Regelung des.Reaktors erreicht werden.The tapes are wound on the drums 4, 5, 4 'and 5'. The axes of the drums 5 and 5 ' can be connected to a common drive, not shown, which at the same time causes both axes to rotate in opposite directions. The drums 4 and 4 'can be provided with spiral springs, which are also not shown, which generate torques. These spiral springs, which are similar to clockwork springs, ensure that the belts between the drums are normally kept taut and, in special cases (quick shutdown), when the clutches between the variable speed drive and the axes of the drums 25 and 25 ' are released, the belt is wound up quickly, so that the row of absorbing control rods 1 and 1 ' comes to lie fully between the parts 16 and 16' of the reactor core. The opposite movements of the drums 4 and 5 ' on the one hand and 4' and 5 on the other hand and the resulting opposite movement of the belts containing the control rods are intended to achieve a symmetrical control of the reactor.

Das Regelstabband wird dadurch mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften ausgebildet, das z. B. der Gehalt an Bor von Stab zu Stab verschieden ist oder daß die Regelstäbe verschiedene Abstände haben. Die Stäbe mit dem schwächsten Absorptionsvermögen können zur Kernmitte hin angeordnet sein, während nach außen hin die Neutronenabsorption der Stäbe zunehmen kann. Auf diese Weise läßt sich ein kontinuierlicher übergang von der Feinregelung des Reaktors bis zur sicheren Reaktorabschaltung erreichen.As a result, the control rod band has different absorption properties formed, the z. B. the boron content is different from rod to rod or that the control bars have different distances. The rods with the weakest absorption capacity can be arranged towards the center of the core, while the neutron absorption towards the outside the bars can increase. In this way a continuous transition can be achieved from fine control of the reactor to safe reactor shutdown.

Claims

Claims: 1. Device for regulating the reactivity of a heterogeneous nuclear reactor, which consists of flexible belts moved between the fuel elements and guided over rollers arranged outside the reactor core, to which flexible belts are attached to which neutron-absorbing elements are attached, characterized in that several parallel belts (2) by perpendicular are connected to the Bändem (2) arranged neutron absorbing rods (1) in the manner of a slatted frame, 2. a control device according to claim 1, characterized in 'that be on the flexible bands (2) in the control rod-free zones stiffening rods (3) made of non-absorbent material - are consolidated. 3. Control device according to claim 1 or 2, characterized in that two slatted frames (22, 22 ') in the same lane between the fuel elements (26, 26') of the core can be moved in opposite directions and are arranged immediately adjacent to one another. 4. Control device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the slatted frames (2) are biased by spring or gravity in the switch-off direction. 5. Control device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the distances between the individual rods (1) of a desired control characteristic are selected to be different. 6. Control device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the absorption character of the individual rods (1) is selected to be different according to a desired control characteristic. References considered: U.S. Patent No. 2,936,277.