DE1231817B - Schwimmbeckenreaktor zum Untersuchen von unter strahlung stehenden Stoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

G 21 c

Deutsche KL: 21g-21/12

Nummer: 1231817

Aktenzeichen: C 24149 VIII c/21 g

Anmeldetag: 18. Mai 1961

Auslegetag: 5. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwimmbeckenreaktor zum Untersuchen von unter Strahlung stehenden Stoffen mit wenigstens einem außerhalb des Reaktorkerns angeordneten, zur Aufnahme der zu bestrahlenden Stoffe bestimmten, einen Teil einer geschlossenen Rohrleitung bildenden Versuchskanal, der sich auf einer mit der Innenwandung des Schwimmbeckens fest verbundenen Halterung abstützt.

Mit zunehmender Entwicklung der Kernindustrie wächst auch der Bedarf an Strahlungsquellen, die sich zur Untersuchung des Verhaltens von Stoffen bei Bestrahlung eignen. Ein wesentliches Erfordernis für eine solche Strahlungsquelle ist die leichte Zugänglichkeit der Strahlungszone, so daß Untersuchungsproben bequem und ohne Umbauarbeiten in die Strahlungszone eingebracht und wieder aus ihr entfernt werden können.

Als für diesen Zweck geeignet erweisen sich Schwimmbeckenreaktoren, deren die Brennstoffelemente und die Steuer- und Regelstäbe enthaltender Kern durch das Wasser des Schwimmbeckens hindurch relativ einfach erreicht werden kann.

Um Reaktoren dieses Typs für die Untersuchung des Strahlungsverhaltens von Stoffproben nutzbar zu machen, muß man Versuchskanäle vorsehen, in denen die Untersuchungsproben in die Strahlungszone in der Umgebung des Kernes gebracht werden können und in denen man über eine Kühlvorrichtung einen Gasstrom zur Kühlung der Stoffproben erzeugen kann.

In der britischen Patentschrift 731474 und der deutschen Auslegeschrift 1078 245 sind Reaktoren beschrieben, bei denen im Inneren des Kernes solche Versuchskanäle vorgesehen sind. Gemäß der österreichischen Patentschrift 205 613 umgeben die Versuchskanäle den Reaktorkern ringförmig und stützen sich auf einer mit der Innenwandung fest verbundenen Halterung ab. Bei dem auf S. 109 der Zeitschrift »Energie Nucleaire« vom Mai/Juni 1959 beschriebenen Schwimmbeckenreaktor bilden die Versuchskanäle einen Teil einer geschlossenen Rohrleitung und umgeben den Kern in festem Abstand. Auch die Versuchskanäle bei dem auf den S. 108 und 109 der Zeitschrift »Nuclear Engineering« vom Mai 1960 beschriebenen Schwimmbeckenreaktor sind im Zuge einer geschlossenen Rohrleitung in festem Abstand vom Reaktorkern angeordnet.

Der wesentliche Mangel aller dieser bekannten Reaktoren liegt in der Unveränderbarkeit des Abstandes der Versuchskanäle vom Kern des Reaktors. Die Beschickung und die Entleerung der Versuchskanäle Schwimmbeckenreaktor zum Untersuchen von
unter Strahlung stehenden Stoffen

Anmelder:

Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte, München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:

Roger Chabassier, Neuilly-sur-Seine, Seine;

Gerard Dupuy, Paris;

Bernard Lerouge,

Saint-Germain-en-Laye, Seine-et-Oise;

Jean Megret,

Argenteuil, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 20. Mai 1960 (827 832)

muß also in einer Zone intensiver Strahlung vorgenommen werden. Beide Vorgänge müssen also unter Beachtung von Vorsichtsmaßnahmen bzw. unter Verwendung von Abschirmungen vorgenommen werden, wodurch der Vorteil der leichten Zugänglichkeit der Strahlungszone für Versuchszwecke, der für Schwimmbeckenreaktoren an sich gegeben ist, wieder verlorengeht.

Außerdem gestattet die Unveränderbarkeit des Abstandes der Versuchskanäle vom Reaktorkern praktisch keine vom Betrieb des Reaktors unabhängige Variation der für die Proben wirksamen Bestrahlungsintensität. Auch durch die gemeinsame Wirkung eines bewegbaren Abschirmgitters und eines ortsfesten Reaktoroszillators, die zur Regelung des Neutronenflusses bei dem an letzter Stelle genannten bekannten Reaktor vorgesehen sind, erfolgt nämlich eine Beeinflussung der Neutronenabsorption in Kernnähe und damit eine Rückwirkung auf den Betrieb des Reaktors als Ganzes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schwimmbeckenreaktor anzugeben, dessen Versuchskanäle leicht zugänglich sind, sich ohne Schwierigkeiten beschicken und entleeren lassen und

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unabhängig voneinander von Strahlungen unterschiedlicher Stärke durchsetzt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem eingangs angegebenen Reaktor dadurch gelöst, daß die Rohrleitung zusammen mit einer daran angeschlossenen Kühlvorrichtung auf der gemeinsamen Halterung derart gelagert ist, daß der Abstand zwischen dem Versuchskanal und dem Reaktorkern stufenlos einstellbar ist.

Die Lagerung der Rohrleitung auf der Halterung geschieht dabei mit Vorteil in der Weise, daß sie mit einem Träger verbunden ist, der seinerseits über fest mit ihm verbundene Rollen auf fest mit der Halterung verbundenen Schienen geführt ist. Man erhält so eine leichtgängige und genau einstellbare Führung für alle bewegbaren Teile der Bestrahlungseinrichtung. Die Halterung selbst kann als verstellbarer Sockel oder als verstellbares Gerüst ausgebildet und im ersten Falle an einer vertikalen Seitenwand und im zweiten Falle am Boden des Wasserbeckens des Reaktors befestigt sein. Zur Verschiebung der Rohrleitung gegen die Halterung kann ein hydraulischer oder ein mechanischer Antrieb vorhanden sein.

In Weiterbildung der Erfindung ist es von Vorteil, alle Teile der Untersuchungseinrichtung zu einer gegenüber dem Reaktorkern verschiebbaren Einheit zusammenzufassen, indem die Rohrleitung mit einem Motorgebläse und einem Wärmeaustauscher zu einem ein einheitliches Bauteil bildenden Kühlkreis zusammengeschlossen ist, der mit Detektoren zur Feststellung von Radioaktivität im Kühlmittel und einem Träger für einen außerhalb des Versuchskanals angeordneten Reflektor versehen ist. Der Wärmeaustauscher kann dabei entweder als Rohrbündel ausgebildet sein und zur Erzielung eines zwangsweisen Kühl-Wasserumlaufs eine Pumpe aufweisen, oder er kann aus zueinander parallelen Rohrelementen bestehen, die in einem durch natürliche Konvektion im Wasserbecken entstehenden Kühlwasserumlauf liegen.

Zur Verringerung der aufzubringenden Kühlleistung und damit des Gewichts der zu bewegenden Einrichtungen ist es vorteilhaft, die vom Kühlmittel durchströmten Teile der Rohrleitung aus zwei koaxialen Rohren aufzubauen, die einen Ringspalt zwischen sich einschließen, in den ein isolierendes Medium eingeschlossen ist.

Zur Erleichterung der Entnahme der Untersuchungsproben aus dem Versuchskanal kann man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung für deren Aufnahme einen Korb vorsehen, der fest mit einem den Versuchskanal verschließenden Stopfen verbunden ist.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht, die zu beiden Seiten der Achse je eine Ausführungsart einer geschlossenen Rohrleitung zeigt, die um den Reaktorblock des Schwimmbeckenreaktors angeordnet ist und einen Versuchskanal enthält,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch den obersten Abschnitt des Versuchskanals,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen mittleren Versuchskanalabschnitt,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch den unteren Versuchskanalabschnitt,

F i g. 5 einen Querschnitt durch den Versuchskanal längs der Schnittlinie I-I in F i g. 2,

F i g. 6 einen Querschnitt durch den Verschuskanal längs der Schnittlinie II-II in den F i g. 2 und 9,

F i g. 7 einen Querschnitt durch den Versuchskanal längs der Linie III-III in den F i g. 2 und 9,

Fig. 8 einen Querschnitt durch den Versuchskanal längs der Schnittlinie IV-IV in F i g. 3 und

F i g. 9 eine Einzelheiten zeigende Ansicht des Verriegelungssystems für den Deckel und den Korb entsprechend F i g. 2.

In F i g. 1 ist ein Reaktor 1 dargestellt, dessen Kern mit 2 bezeichnet ist. Zu beiden Seiten des Kernes 2 erkennt man zwei verschiedene Ausführungsformen von Rohrleitungen 3 und 4.

Die Rohrleitung 3 gemäß der einen Ausführungsart gehört einem Kühlkreis an, der von einem Träger 54 gehalten ist, der seinerseits auf einer Halterung in Form eines Sockels 56 ruht. Der Sockel 56 ist an den Stellen 5 und 6 an einer vertikalen Seitenwand des Wasserbeckens befestigt.

Der Träger 54 ist mit Rollen 7 versehen, die auf Schienen 55 laufen, die ihrerseits fest mit der Halterung 56 verbunden sind. Zur Verschiebung des Trägers 54 gegen die Halterung 56 ist eine von außerhalb des Wasserbeckens her steuerbare Feinregeleinrichtung vorgesehen, die einen hydraulisch oder mechanisch arbeitenden Antrieb 14 aufweist.

Für die Erzielung des Kühlmittelumlaufs in der Rohrleitung 3, deren Kernstück der Versuchskanal 9 ist, ist ein Motorgebläse 8 vorhanden. Zu dem von dem Gebläse 8 gespeisten Kühlkreis gehört weiter ein Wärmeaustauscher 12, der mit einer Pumpe 13 ausgestattet ist, die für einen zwangsweisen Kühlwasserumlauf auf der Außenseite des Rohrbündels des Wärmeaustauschers sorgt.

In dem Versuchskanal 9 sind in der Höhe des Reaktorkernes 2 die Untersuchungsproben 10 und 11 untergebracht. In gleicher Höhe sitzt außen an dem Versuchskanal 9 ein Reflektor 17, der auf einem kanalfesten Träger 16 ruht und aus Beryllium besteht. Das obere Ende des Versuchskanals 9 ist mit einem Deckel 15 verschlossen.

Auch bei der weiteren Ausführungsform, die ebenfalls in F i g. 1 dargestellt ist, weist die Rohrleitung 4 einen Versuchskanal 9 mit einem Deckel 15 und einem Träger 16 für einen Berylliumreflektor 17 auf, der in der Höhe des Kernes 2 des Reaktors Untersuchungsproben 10 und 11 enthält.

Bei dieser Ausführungsform ist die Rohrleitung 4 mit einem Träger 57 verbunden, der auf einer Halterung in Form eines Gerüstes 59 bewegbar ist, die an den Stellen 18 und 19 mit dem Boden des Schwimmbeckens verankert ist. Ebenso wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform sind die Rollen 7 und Schienen 58 vorgesehen, die eine Verschiebung des Trägers 57 auf dem Gerüst 59 ermöglichen. Außerdem ist wieder ein Motorgebläse 8 und ein Antrieb 14 vorhanden. Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen liegt darin, daß im zweiten Fall der Wärmeaustauscher 21 durch Rohrelemente 22 gebildet ist, die parallelliegend durch natürliche Konvektion des Wassers im Schwimmbecken gekühlt werden.

In den F i g. 2, 3 und 4 ist jeweils ein Längsschnitt durch den Versuchskanal 9 dargestellt. Bei dem obersten, in F i g. 2 dargestellten Abschnitt erkennt man einen Stopfen 23. Die Abdichtung zwischen dem Stopfen 23 und dem inneren Rohr 24 des Versuchskanals 9 ist durch drei Dichtungen 25, 26 und 27 ge-

währleistet. Der Stopfen 23 trägt eine Verriegelungseinrichtung 28 zum Verriegeln eines Korbes 29, der die Untersuchungsproben 10 und 11 enthält, an dem Stopfen 23. Der Stopfen 23 ist einerseits durch eine Schulter 30 gehalten, die über eine Dichtung 31 auf dem Rohr 24 ruht, und andererseits durch eine Gabel 32 (F i g. 5), die das Rohr 24 und den Stopfen 23 längs zweier parallelen Sehnen durchquert. Die Verriegelungsvorrichtung 28 (Fig. 9) weist eine erste Muffe 33 auf, die an einem Ende des Stopfens 23 mit diesem verbunden ist, und läuft am anderen Ende in einen Ansatz 34 aus.

Eine zweite Muffe 35, deren äußerer Durchmesser ein wenig kleiner ist als der innere Durchmesser der Muffe 33, ist fest mit dem Korb 29 verbunden. In der ersten MuSe 33 sind drei Kugeln 36 vorgesehen, die die Muffe 35 in bezug auf die Muffe 33 festlegen, wenn sie in die entsprechend geformten Ausnehmungen 37 in der fest mit der Muffe 35 verbundenen Hülse 35« eingreifen. Die Kugeln 36 werden in zo ihrem Gehäuse 37 dank einer dritten Muffe 38 gehalten, die unter der Wirkung einer Feder 39 in Anlage an die Schulter 34 der Muffe 33 kommt und in dieser Stellung die Kugeln 36 in die Kugelaufnahme 37 bringt.

Zum Lösen des Stopfens 23 vom Korb 29, welches im allgemeinen in einem geheizten Laboratorium ausgeführt wird, genügt es, die Muffe 38 zu verschieben, indem man die Feder 39 mit der in der Muffe 38 vorgesehenen Ringnut 40 bis in eine Stellung verschiebt, daß die Muffe 38 keine Druckkraft mehr auf die Kugeln ausübt. Die Kugeln befinden sich daher nicht mehr in ihrer Ausnehmung 37, so daß sich der Stopfen 23 von dem Korb 29 lösen läßt.

Beim Zusammensetzen ist lediglich darauf zu achten, daß die Ausnehmungen 37 gegenüber den Kugeln 36 liegen. Hierzu sind auf der Muffe 35 zwei Anschläge 41 vorgesehen, von denen in der Zeichnung lediglich einer sichtbar ist, und Öffnungen 42, in denen die Anschläge 41 auf der Muffe 33 eingreifen können. Es genügt dann, den Stopfen 23 in bezug auf den Korb 29 zu drehen, damit die Anschläge 41 in die Öffnungen 42 eingreifen; denn lediglich dann befinden sich die Kugeln 36 gegenüber den Ausnehmungen 37.

Man erkennt aus den F i g. 2 bis 8 und insbesondere aus den F i g. 5, 6, 7 und 8, daß die Leitungen, in denen das Kühlgas umläuft, aus zwei konzentrischen Rohren 24 und 43 gebildet sind, zwischen denen ein freier Ringspalt 44 gelassen ist. In diesen Spalt 44 ist ein Strömungsmittel, z. B. von der gleichen Beschaffenheit wie das Kühlströmungsmittel, eingeschlossen, um so eine Wärmeisolation zwischen dem Wasser des Schwimmbeckens und dem Kühlströmungsmittel in der Rohrleitung zu erhalten.

In F i g. 2 erkennt man auch die Absaugleitung 47 für das Gas, das in dem Versuchskanal 9 strömt.

Aus den F i g. 3 und 4 ist die Lage der Untersuchungsproben 10 und 11 in dem Versuchskanal ersichtlich. In F i g. 4 erkennt man die Zuführungsleitung 48 für das Kühlgas.

Außerhalb des Versuchskanals (F i g. 2) ist eine Vorrichtung 49 vorgesehen, die eine Feder 50 und eine Kugel 51 umfaßt und als Verriegelung für die Gabel 32 dient, wenn diese den Stopfen 23 hält.

F i g. 5 bis 8 zeigen das äußere Rohr 24 des Versuchskanals, das innere Rohr 43 des Versuchskanals und den Ringspalt 44 zwischen diesen beiden Rohren, in dem das als Wärmeisolierung vorgesehene Strömungsmittel eingeschlossen ist.

F i g. 6 — ein Querschnitt an der Stelle H-II von Fig. 2 — zeigt die Feder 39, die Muffe35 und die Anschläge 41.

F i g. 7 — ein Querschnitt an der Stelle ΙΙΙ-ΠΙ von F i g. 2 — zeigt insbesondere die Muffe 38 und die Muffe 34 mit den Kugeln 36 sowie die dazugehörigen Ausnehmungen 37 in der Hülse 35 a der Muffe 35.

Fig. 8 — ein Schnitt an der StelleIV-IV von F i g. 3 — zeigt eine Untersuchungsprobe, die aus einem Brennstoffelement 10 mit Kühlflügeln 52 und vier Rippen 53 von größeren Abmessungen besteht. Der Korb 29 setzt sich aus vier U-förmigen Teilen 54 zusammen, die kreuzweise angeordnet sind und die die vier großen Rippen 53 des Brennstoffelementes halten.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schwimmbeckenreaktor zum Untersuchen von unter Strahlung stehenden Stoffen mit wenigstens einem außerhalb des Reaktorkerns angeordneten, zur Aufnahme der zu bestrahlenden Stoffe bestimmten, einen Teil einer geschlossenen Rohrleitung bildenden Versuchskanal, der sich auf einer mit der Innenwandung des Schwimmbeckens fest verbundenen Halterung abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung zusammen mit einer daran angeschlossenen Kühlvorrichtung (z. B. 12 oder 21) auf der gemeinsamen Halterung (z. B. 56 oder 59) derart gelagert ist, daß der Abstand zwischen dem Versuchskanal (9) und dem Reaktorkern (2) stufenlos einstellbar ist.

2. Schwimmbeckenreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (3 oder 4) mit einem Träger (54 oder 57) verbunden ist, der seinerseits über fest mit ihm verbundene Rollen (7 oder 20) auf fest mit der Halterung (56 oder 59) verbundenen Schienen (55 oder 58) geführt ist.

3. Schwimmbeckenreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem verstellbaren Sockel (56) besteht, der an einer vertikalen Seitenwand des Wasserbeckens befestigt ist.

4. Schwimmbeckenreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem verstellbaren Gerüst (59) besteht, das am Boden des Wasserbeckens befestigt ist.

5. Schwimmbeckenreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschiebung der Rohrleitung (3 oder 4) gegen die Halterung (56 oder 59) ein hydraulischer oder ein mechanischer Antrieb (14) vorgesehen ist.

6. Schwimmbeckenreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (3 oder 4) mit einem Motorgebläse (8) und einem Wärmeaustauscher (12 oder 21) zu einem ein einheitliches Bauteil bildenden Kühlkreis zusammengeschlossen ist, der mit Detektoren zur Feststellung von Radioaktivität im Kühlmittel und einem Träger (16) für einen außerhalb des Versuchskanals (9) angeordneten Reflektor (17) versehen ist.

7. Schwimmbeckenreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (12) als Rohrbündel ausgebildet ist und eine Pumpe (13) zur Erzielung eines zwangsweisen Kühlwasserumlaufs aufweist.

8. Schwimmbeckenreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (21) aus zueinander parallelen Rohrelementen (22) besteht, die in einem durch natürliche Konvektion im Wasserbecken entstehenden Kühlwasserumlauf liegen.

9. Schwimmbeckenreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der von Kühlmittel durchströmte Teil der Rohrleitung (3 oder 4) aus zwei koaxialen Rohren (24 und 43) besteht, die einen Ringspalt (44) zwischen sich

einschließen, in den ein isolierendes Medium eingeschlossen ist.

10. Schwimmbeckenreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufnahme der Untersuchungsproben (10 und 11) ein Korb (29) vorgesehen ist, der fest mit einem den Versuchskanal (9) verschließenden Stopfen (23) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 078 245;
österreichische Patentschrift Nr. 205 613;
britische Patentschrift Nr. 731474;
Energie Nucleaire, Mai-Juni 1959, S. 109;
Nuclear Engineering, März 1960, S. 108.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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