DE1237234B - Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Kernreaktors - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTwW^ PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1237234

Aktenzeichen: C 33125 VIII c/21;

J 237 234 Anmeldetag: 12.Juni 1964

Auslegetag: 23. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Kernreaktors mit einem kettenförmig ausgebildeten Regelelement veränderlicher Länge aus einem Neutronen absorbierenden Material, das sich durch eine Antriebseinrichtung längs eines den Reaktorkern durchquerenden Kanals verschieben und in einen in der Verlängerung des Kanals angeordneten transportablen Behälter einbringen läßt.

Es ist bekannt, daß die Leistungsregelung eines Kernreaktors im allgemeinen mit Hilfe von Regelelementen erfolgt, die ein hohes Absorptionsvermögen gegenüber den Neutronen aufweisen und die man mehr oder weniger tief in den Kern- oder aktiven Teil des Reaktors einführt. Meist haben diese Regelelemente die Form starrer, zylindrischer Stäbe, die in für ihre Aufnahme bestimmten Kanälen längsverschoben werden können. Die Längsabmessungen dieser Stäbe, die sich vollständig außerhalb des Kernbereiches des Reaktors befinden können, sind infolgedessen von der gleichen Größenordnung wie die Abmessungen des Reaktorkernes. Wenn die Regelstäbe und/oder ihre Betätigungsmechanismen aus der biologischen Schutzummantelung des Reaktorkernes herausragen, muß man für sie eine besondere Strahlungsabschirmung vorsehen, und das Vorhandensein dieser langen Stäbe kann außerdem die Bewegungen sowie das Arbeiten der Beschickungsmaschine des Reaktors erheblich stören. Aus diesem Grund ist es oft zwingend, daß die Stäbe und ihre Antriebsmechanismen diejenige Fläche des Reaktors, von der aus die Beschickung erfolgt, vollständig frei lassen; man ist also genötigt, die Dicke des biologischen Schutzmantels oder den Abstand zwischen diesem Mantel und dem Reaktorkern wesentlich zu vergrößern.

Es sind bereits mehrere Konstruktionen bekanntgeworden, die diese unerwünscht großen Abmessungen verringern und die obenerwähnten Maßnahmen bezüglich der Ausbildung der Schutzummantelung vermeiden; so hat man teleskopartig ineinanderschiebbare Regelstäbe, gelenkig zusammenfaltbare Stäbe oder kettenartig zusammenhängende Platten als Regelorgane verwendet, die man auf Rollen aufwickeln kann. Diese Vorschläge bringen zwar einen Vorteil hinsichtlich der Längsabmessungen der Stäbe; leider stellt sich meistens der Nachteil heraus, daß die Querabmessungen groß werden (was manchmal auch sehr störend wirkt) oder die Betätigungsmechanismen kompliziert ausfallen. Auch ist mitunter die Wirksamkeit derartiger Anordnungen in Frage gestellt, weil die absorbierend wirkenden Flächen der Regelorgane oft zu klein werden.

Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Kernreaktors

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:
Didier Costes, Paris;
Jacques Lebey,

Viroflay, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. Oktober 1963 (952 351), vom 25. Juni 1963 (939 251)

Kettenförmig ausgebildete Regelelemente sind auch in der deutschen Auslegeschrift 1 092 572, den französischen Patentschriften 1188 583, 1 322 620 und der britischen Patentschrift 916 201 beschrieben.

Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1 092 572 besteht das Regelelement entweder aus auf einem Seil aufgereihten durchbohrten Körpern oder aus über ösen oder Gelenke miteinander verbundenen Zylindern. Zwar ist in beiden Fällen eine gewisse Biegsamkeit des Regelelementes gegeben, so daß es etwaigen Krümmungen innerhalb des Kanals zu folgen vermag; eine beliebig dichte Stapelung des nicht eingesetzten Elemententeiles in dem Vorratsbehälter ist jedoch nicht erzielbar, so daß der Raumbedarf des letzteren unnötig groß wird. Die Aufbewahrung des unbenutzten Regelelementes muß auf einer Seiltrommel erfolgen, deren Radius insbesondere bei Ausführung des Regelelementes in Form der an zweiter Stelle genannten Alternative, bei der die Schwenkbarkeit der Einzelelemente gegeneinander allenfalls etwa 90° und dies zumeist auch nur in einer Ebene beträgt, nicht zu klein werden darf. Die Folge ist neben dem erhöhten Raumbedarf auch ein Mehrverbrauch an Antriebsenergie, da ja außer dem Regel-

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element selbst stets auch, die relativ große Masse der Seiltrommel mitbewegt werden muß. Ein für Notfälle im Verlauf des Reaktorbetriebes notwendiges schnelles Anfahren und Anhalten des Regelelementes erfordert also einen erheblichen Kraftaufwand. Wählt man die Abstände zwischen den Einzelelementen größer, um zu einer erhöhten gegenseitigen Beweglichkeit zu kommen, so stößt man bald insofern an eine Grenze, als dann die Verteilung der Absorptionsfähigkeit für die Neutronen längs des Regelelementes sehr ungleichmäßig wird, was sich ungünstig auf die Genauigkeit der Leistungsregelung auswirkt. Man ist also gezwungen, einen Kompromiß zwischen Platzbedarf und Regelgenauigkeit zu schließen, der immer in der einen oder der anderen Richtung Wünsche offenlassen wird.

Gemäß der französischen Patentschrift 1188 583 ist das neutronenabsorbierende Material von einer Hülle umschlossen, deren einzelne Teile sich zwar in gewissem Maß gegeneinander verschieben lassen, aber dennoch den zulässigen Kurvenradius für den Führungskanal bzw. den Durchmesser für die auch in diesem Fall für die Aufbewahrung des unbenutzten Regelelementes erforderliche Seiltrommel auf relativ große Werte festlegen. Auch diese bekannte Ausführung eines Regelelementes ist also mit einem erheblichen Aufwand an Aufbewahrungsplatz und Antriebsenergie verbunden.

Das Regelelement gemäß der französischen Patentschrift 1322 620 besteht aus einer Reihe flacher Scheiben aus einem Material mit hoher Neutronenabsorption, wobei jeweils benachbarte Scheiben über kleine Ringe an den Scheibenrändern miteinander in der Weise verbunden sind, daß sie sich um 180° gegeneinander verschwenken lassen. Im Ruhezustand sind die Scheiben aufeinandergestapelt und werden durch einen zentrale Bohrungen aller Scheiben durchsetzenden Stab federnd zusammengehalten. Für den Einsatz im Reaktor wird der Stapel nach Lösung des Haltestabes auseinandergefaltet und besitzt dann "die Form einer Kette aus aneinanderhängenden Scheiben. Der Hauptnachteil dieser Ausführung eines Regelelementes liegt außer in dem komplizierten und mit der Forderung nach Einhaltung enger Fertigungstoleranzen verknüpften und damit teuren Aufbau in der Umständlichkeit der Führung der Scheiben bei der Verkürzung bzw. der Verlängerung der wirksamen Länge des Regelelementes, durch die sich die Steuergeschwindigkeit für den Reaktorbetrieb stark begrenzt.

Das Regelelement nach der brtischen Patentschrift 916 201 besitzt als tragendes Element eine Kette aus ineinanderhängenden Gliedern, die jeweils von zylindrischen Hüllen umkleidet sind, die als Behälter für ein Material mit großer Absorptionsfähigkeit für Neutronen dienen. Zwischen den Zylindern ist jeweils nur ein schmaler Zwischenraum gelassen, so daß sich benachbarte Zylinder nur wenig gegeneinander verschwenken lassen. Entsprechend dieser geringen Biegsamkeit des Regelelementes als Ganzes ist für seine Lagerung im Ruhezustand eine gerade Hülse vorgesehen, die zwischen dem Reaktorkern und der biologischen Abschirmung in geradliniger Verlängerung des Regelkanals angeordnet ist. Der Platzbedarf für die Aufbewahrung des Regelelementes gemäß der britischen Patentschrift 916 201 entspricht also dem für einen starren Regelstab, so daß alle eingangs geschilderten Nachteile der starren

Regelstäbe auch für das Regelelement nach der britischen Patentschrift 916201 zur Auswirkung kommen.

In der belgischen Patentschrift 526 793 ist weiterhin ein Kernreaktor beschrieben, dessen Brennstoffelemente als endlose Ketten mit Rundgliedern ausgebildet sind, die entgegen dem Kühlgasstrom umlaufen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ίο Regelelement für einen Kernreaktor anzugeben, das gleichzeitig ein Höchstmaß an Gleichmäßigkeit in der Neutronenabsorption mit einem Mindestmaß an Platzbedarf für den Vorratsbehälter verbindet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Regelelement eine Rundgliederkette ist.

Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung sitzt der transportable Behälter am unteren Teil des Kanals, unterhalb des Kernbereiches des Reaktors;

ao das Regelelement besteht vorzugsweise aus mehreren Strängen, insbesondere aus nichtoxydierendem Stahl, die parallel zueinander angeordnet und mit einem Kuppelorgan verbunden sind, das seinerseits mit einem seiner Enden an einem Hubseil befestigt wer-

s5 den kann; oberhalb des Kanals ist eine Seilwinde angeordnet, auf die sich das Hubseil aufwickeln läßt. .

Nach einer anderen Ausführungsform ist der transportable Behälter über dem Kanal angeordnet; die Glieder des Regelelementes wirken mit einem Kettenantriebsrad zusammen, das oberhalb des transportablen Behälters untergebracht ist.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden nun zwei Ausführungsbeispiele der Leitungsregelvorrichtung für einen Kernreaktor näher beschrieben, die je einer der beiden bereits obenerwähnten Ausführungsformen der Erfindung entsprechen. Die Ausführungsanordnungen, die zusammen mit diesen Beispielen beschrieben und erläutert werden, sind insbesondere bei einem Reaktor mit vertikaler Achse und mit festem Moderator (Graphit) anwendbar, der durch ein Gas unter Überdruck (Kohlensäure) gekühlt wird und dessen Spaltzone oder Reaktorkern sowie die Beschickungseinrichtungen für die Brennstoffauswechslung innerhalb eines einzigen dichten Betonmantels untergebracht, aber durch eine waagerechte Schutzwand zur Absorption von Strahlungen getrennt sind (die Beschickungsvorrichtung befindet sich in einem von dem Reaktorkern durch die waagerechte Schutzwand getrennten »Beschickungsboden«).

Es dürfte jedoch klar sein, "daß die Erfindung auch bei anderen Reaktortypen anwendbar ist, insbesondere bei Reaktortypen mit flüssigem Moderator und/ oder Kühlmedium, mit einem metallischen Reaktorbehälter, üblichen Beschickungseinrichtungen usw.

In der Zeichnung zeigen

Fig. la, Ib und lcjeweils schematisch im axialen Längsschnitt drei übereinanderliegende Abschnitte einer Regelvorrichtung,
F i g. 2 im Längsschnitt längs der Schmttlinie A-A der folgenden F i g. 3 ein Greifsystem zum Kuppeln von absorbierenden Ketten mit ihrem Hubseil,

Fig. 3 einen Schnitt längs der SchnittlinieS-B der Fig. 2,

F i g. 4 eine abgewickelte Darstellung einer Steuerkurvengruppe, wie sie bei dem Kuppelsystem nach F i g. 2 Verwendung findet,

F i g. 5 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Regelvorrichtung,

Fig. 6 eine Einzelheit der Vorrichtung gemäß Fig. 5,

F i g. 7 eine andere Einzelheit der F i g. 5 in wesentlich größerem Maßstab.

Die in den F i g. 1 a, Ib und 1 c dargestellte erste Ausführungsform der Regelvorrichtung ist in dem Reaktor in folgender Weise angeordnet:

Der in F i g. 1 a dargestellte obere Teil, der im wesentlichen den Betätigungsmechanismus der Vorrichtung und seinen Schutzmantel umfaßt, befindet sich vollständig innerhalb einer Trennwandplatte zwischen dem Bereich des Reaktorkernes und dem Beschickungsboden; diese beiden Räume sind durch die Bezugszeichen 8 und 6 bezeichnet;

der in F i g. 1 b dargestellte zentrale Teil, der im wesentlichen eine Moderatorsäule 58 zeigt, durch die ein axialer Kanal hindurchführt, der die absorbierenden Ketten aufnehmen kann, erstreckt sich über die gesamte Höhe des Reaktor-Kernbereiches bzw. der Spaltzone des Reaktors;

der in Fig. Ic dargestellte untere Teil, der hauptsächlich einen Aufnahmebehälter 84 aufdes die Winde aufnehmenden Raumes liegt, enthält in Richtung seiner Achse einen Durchlaß von kleinem Durchmesser 36, durch den das Stahlseil 26 frei hindurchlaufen kann. Die Seilwinde 24 ist so ange-5 ordnet und ausgelegt, daß das ablaufende Stück des Hubseiles sich stets genau senkrecht über dem Durchlaß 36 befindet. Der Stopfen 10 enthält weiterhin an seinem unteren Teil eine zylindrische Ausnehmung 38, die koaxial zu dem engen Durchlaß 36 ist und die

ίο in bestimmten Fällen zur Aufnahme eines Handhabungsorganes dient, dessen Einzelheiten weiter unten erläutert werden.

Der Stopfen 12 hat einfach einen mehrfach gebogenen Durchtrittskanal 40 von gleichem Querschnitt wie die Ausnehmung 38; die Enden dieses Durchlaßkanals sind auf die Achse des Stopfens ausgerichtet, so daß das Handhabungsorgan, was oben erwähnt wurde, durch diesen Stopfen hindurchgeleitet werden kann.

Der Stopfen 14 ist — abgesehen von seinem etwas kleineren Außendurchmesser — gleich dem Stopfen 12 ausgeführt und hat ebenfalls einen mehrfach abgebogenen Durchlaßkanal 42.
Die Durchlaßkanäle 40 und 42 sind gebogen aus

weist, der die absorbierenden Ketten zur Gänze 25 geführt, damit sie durch ihre Biegungen das Vorhan-

oder zumindest zu einem großen Teil aufnehmen kann, und der unterhalb einer Trag- oder Bodenplatte 74 angeordnet ist, welche den Kernteil des Reaktors trägt.

Der obere Teil der Vorrichtung ist in einem zylindrischen vertikalen Durchbruch 2 untergebracht, der durch die Trennwandplatte 4 zwischen dem Kernteil 6 des Reaktors und dem Beschickungsboden von einer bis zur anderen Seite hindurchführt; dieser obere Teil setzt sich aus drei zylindrischen Stopfen 10, 12 und 14 zusammen, die ein wenig unterschiedliche, von oben nach unten abnehmende Außendurchmesser aufweisen und übereinander in den Durchbruch 2 eingefügt werden, wobei sie sich jeweils auf Innenschultern 16, 18 und 20 der Innenwand des Durchbruches 2 abstützen. Diese Stopfen bestehen ganz allgemein aus einer Metallhülle, in die ein Beton-Stopfenkörper eingegossen ist.

Der Stopfen 10 hat an seinem oberen Teil eine Ausnehmung 22, die den eigentlichen Betätigungsmechanismus aufnimmt; dieser Mechanismus besteht aus einer Seilwinde 24, auf die sich ein StahTseil 26 aufwindet, das zur Handhabung des absorbierenden Elementes bestimmt ist.

densein langer geradliniger Durchtrittswege vermeiden, welche hohe Leckstrahlungen in Richtung auf den Beschickungsboden möglich machen würden; diese Kanäle sind jedoch derart gekrümmt, daß das Hubseil 26 frei in der Achse des Durchbruches 2 durch die Stopfen hindurchgehen kann, ganz unabhängig davon, in welcher jeweiligen Winkellage diese Stopfen 12 und 14 in den Durchbruch eingesetzt sind.

Die Stopfen 10, 12 und 14 haben jeweils an ihrem oberen Ende innere Ausnehmungen, die mit inneren Ringnuten 44, 46 und 48 versehen sind, die dazu dienen, die Handhabung der Stopfen durch eine geeignete Greifvorrichtung zu gestatten, die von einer nicht dargestellten Beschickungsmaschine aus betätigt werden kann.

Der Stopfen 14 ragt ein wenig über die untere Fläche der Trennwandplatte 4 nach unten heraus und dringt mit seinem Ende in ein Führungsrohr 50 ein, dessen oberer Teil an der metallischen Tragkonstruktion 52 der Trennwandplatte mit Hilfe eines Flansches 53 befestigt ist und dessen unterer Teil sich in eine Bohrung des äußeren oder End-Blockes 56 einer

Moderatorsäule 58 einfügt (F i g. 1 b). Die Säule 58 Die Winde 24 wird von einem (nicht in der Figur 50 enthält einen zentralen Kanal 60, in dem Hülsen, wie dargestellten) Elektromotor angetrieben, der eben- 62, übereinander gleichachsig angeordnet sind, falls in der Ausnehmung 22 untergebracht ist; die welche einen engeren Kanal 64 begrenzen, dessen Speisung dieses Motors kann über Kontakte, wie 28 Durchmesser wesentlich kleiner ist als der des Kanals und 30, erfolgen, die jeweils an dem Rand des oberen 60. Ein vollkommen glatter und stufenloser Übergang Umfangsteiles des Stopfens 10 einerseits und in der 55 zwischen dem Kanal 64 und dem Kanal 42, die beide inneren Wandfläche des Durchbruches 2 andererseits genau gleichen Querschnitt haben, ist mittels einer angeordnet sind. Der selbsttätige Kontakt zwischen ersten Buchse 66, die gleichzeitig mit dem Block 56 diesen Kontakten stellt sich beim Einsetzen des Stop- und dem Führungsrohr 50 zusammenwirkt, und einer fens 10 her, und man kann ihn dadurch sicher erzie- zweiten Buchse 68 erzielt, die sich auf die erste ablen, daß man an der äußeren Oberfläche des Stopfens 60 stützt und in das Führungsrohr 50 bis zum unteren ein System von geneigten Führungsflächen (in der Teil des Stopfens 14 hineinragt. Die zweite Buchse Figur nicht sichtbar) vorsieht; diese Führungsflächen 68 sowie das Führungsrohr 50 weisen seitliche Fenarbeiten mit festen Vorsprüngen, wie 32, zusammen, ster, wie 70 und 72, auf, um das Eintreten des Kühdie an der inneren Wandfläche des Durchbruches 2 lungsgases in den Kanal 64 zu gestatten, wenn beisitzen und dem Stopfen bei seinem Einsetzen die für 65 spielsweise der Umlauf dieses Gases in dem Kanal die Herstellung der Kontaktverbindung notwendige die Richtung von oben nach unten hat.
Winkelstellung aufzwingen. Die Moderatorsäule 58 ruht mit ihrem unteren Der volle Teil 34 des Stopfens 10, der unterhalb Ende (F i g. 1 c) auf der Tragplatte oder Sohle 74, die

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den gesamten Moderatoraufbau trägt. Diese Sohle 74 enthält ein Loch 76 von gleichem Durchmesser, wie ihn der Kanal 60 aufweist, und dieser Kanal verlängert sich unterhalb der Sohle in einem zylindrischen Gehäuse 78, das einen waagerechten Boden 80 hat. Dieses Gehäuse 78, das mit seinem oberen Rand über einen Flansch 82 an der Sohle 74 festgelegt ist, nimmt einen zylindrischen Behälter 84 von gleichem äußerem Durchmesser wie die Hülsen 62 auf, der auf dem Boden 80 des Gehäuses 78 ruht. Die im unteren Teil der Säule 58 sitzende Hülse 86 stützt sich auf eine Anschlagfläche 88 des Behälters 84 ab.

Das absorbierende Regelelement, das bei der in den Fig. 1 a bis Ic dargestellten Regelvorrichtung verwendet wird, ist in der F i g. 1 b schematisch dargestellt, wobei nur seine äußeren Umrisse strichpunktiert angedeutet wurden. Es ist mit 90 bezeichnet und hat die Form von mehreren einander gleichen Rundgliederketten 92, wie sie als Hebezeugketten verwendet werden; diese Ketten sind nebeneinander angeordnet und mit jeweils einem ihrer Enden an einem Kopfstück 94 festgelegt. Das Kopfstück 94 hängt seinerseits am Ende des Hubzeiles 26 unter Vermittlung eines Greiforgans 96.

Die Verwendung eines absorbierenden Elementes einer derartigen Form macht es möglich, bei gleichen Abmessungen des Reaktorkernteiles eine höhere Neutronen-Absorptionskapazität in dem Element unterzubringen, als dies bei üblichen zylindrischen Stäben möglich ist. Unter Berücksichtigung dieser Vergrößerung der Absorptionskapazität ist es in gewissen Fällen möglich, die Ketten aus einem Material herzustellen, dessen spezifischer Neutronen-Einfangsquerschnitt nicht sehr groß ist und das sich gegenüber den Neutronen wie ein »graues« Material verhält, beispielsweise aus nicht oxydierendem Stahl oder aus Stahl mit einem geringen Borgehalt.

In derjenigen Lage des absorbierenden Elementes, wie in der F i g. 1 b dargestellt ist, ergibt sich eine maximale Absorption von Neutronen innerhalb des Reaktorkernes durch das Element 90, da sich dieses im wesentlichen über die gesamte Höhe der aktiven Spaltzone des Reaktors erstreckt. Um diese Absorption zu verringern, betätigt man den Antrieb der Seilwinde 24 und läßt das Hubseil etwas abrollen, bis sich zumindest ein erheblicher Teil des Elementes 90 in den unteren Behälter 34 hineingelegt hat. Man kann diese Absorption bis auf einen Wert in der Nähe von Null verringern, indem man das Seil 26 weiter abrollen läßt, bis das Kopfstück 94 in die Nähe der Öffnung 98 kommt, die am oberen Teil 100 des Behälters 84 vorgesehen ist. In diesem Augenblick haben sich die Ketten 92, weiche das absorbierende Element 90 bilden, im Inneren des Behälters 84 eng zusammengelegt und sind dann praktisch ganz in diesem Behälter enthalten. Wie man dies in der F i g. 1 c sehen kann, ist das Gehäuse 78 mit seitlichen Fenstern, wie 102 und 104, und der Behälter 84 mit Fenstern, wie 106, 108 und 110, versehen, um in sämtlichen Betriebszuständen den Durchlauf des Kühlgases durch den Kanal 64 und den Behälter selbst zu gestatten und so eine dauernde Kühlung des absorbierenden Elementes 90 sicherzustellen.

Hier zeigt sich ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Rundgliederketten als absorbierende Elemente. Außer der Möglichkeit, den inaktiven Teil des absorbierenden Elementes im unteren Bereich des Reaktors in einem verhältnismäßig engen Raum

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zu speichern, bedingt diese Art der Speicherung unmittelbar unterhalb des aktiven Reaktorteiles nur sehr wenig Raum am oberen Ende der Regelvorrichtung für das Aufwickeln eines relativ dünnen Seiles auf eine Seilwinde 24.

Um das absorbierende Element in seine Wirkstellung oder in seine unwirksame Stellung (Maßnahmen, die weiter unten ausführlicher beschrieben werden) zu bringen, ist das Kopfstück 94 des Elementes 90 ίο und das Greiforgan 96 mit einem Kupplungssystem ausgestattet, das unter Ausnutzung der Schwerkraft betätigt wird und dessen Ausführungseinzelheiten in den F i g. 2, 3 und 4 veranschaulicht sind.
Die F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung, die aus dem Organ 96 und dem Kopfstück 94 besteht, das sich gerade auf eine innere Schulter 112 in der Zugangsöffnung 98 des Behälters 84 abstützt. In dieser Stellung sind die Ketten 92 vollständig in dem zu ihrer Aufnahme bestimmten Behälter untergebracht. Das Organ 96, das am Ende des Seiles 26 in irgendeiner bekannten, nicht dargestellten Weise befestigt ist, hat die allgemeine Form eines vertikalen Zylinders, dessen Durchmesser nur wenig kleiner ist als der des Kanals 64. Dieses Organ hat eine nach as unten offene, zentrale zylindrische Ausnehmung 114, in die sich ein an dem Kopfteil 94 sitzender Zylinderbauteil 116 einfügen kann. Der Zylinderbauteil 116 hat an seiner äußeren Oberfläche zwei Gruppen von radial vorspringenden Auflauframpen, die eine Steuerführung 118 bilden und die in einer abgewikkelten Darstellung in der F i g. 4 gezeigt sind. Die unteren Auflauframpen bilden eine stetige Folge von Sägezähnen, wie 120, während die oberen Auflauframpen eine andere Reihe von Sägezähnen, wie 122, bilden, zwischen denen jeweils Durchlässe, wie 124, vorgesehen sind.

Das Greiforgan 96 enthält drei Stifte 126, die um je 120° gegeneinander in Umfangsrichtung versetzt sind und in das Innere der Ausnehmung 114 hineinragen; diese Stifte können mit den unterschiedlichen Auflauframpen der Steuerführung 118 zusammenwirken und bestimmen auf diese Weise die Kupplungs- und Entkupplungsstellung.

In den F i g. 4 sind die aufeinanderfolgenden gegenseitigen Lagen zwischen einem Stift 126 und den Auflauframpen der Steuerführung 118 zunächst während eines Kupplungsvorganges und sodann während eines Entkupplungsvorganges veranschaulicht. Es dürfte klar sein, daß die relativen Stellungen der beiden anderen Stifte gegenüber der Steuerführung 118 genau die gleichen sind, da für sämtliche Stifte eine Symmetrie gilt, die sich durch ihre Anordnung in einem Winkelschritt von 120° ergibt.
Wenn man annimmt, daß zunächst das Kopfstück 94 sich in derjenigen Stellung befindet, die in F i g. 2 veranschaulicht ist, d. h., wenn es sich auf die Schulter 112 der Durchlaßöffnung 98 abstützt, geschieht das Kuppeln in folgender Weise: Man senkt das Kupplungsorgan 96 in dem Kanal 64 ab, indem man das Hubseil 26 ablaufen läßt. Wenn ein Stift 126 in Berührung mit dem oberen Teil des Zylinders 116 kommt, so wird dieser Stift wegen des Vorhandenseins der keilförmigen Spitzen, wie 128, die von dem oberen Auflaufreifen der Steueranordnung 118 gebildet werden, selbsttätig in einen der Durchlässe 124 hineingelenkt, je nachdem, ob sich der Stift bei seiner Annäherung an der mit 126 a oder 126 a' bezeichneten Stelle befindet, bewegt sich der Stift auf einer der

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Bahnen, wie / oder /'; man sieht aber, daß er auf jeden Fall in dem mit 1266 bezeichneten Punkt zwischen zwei unteren aufeinanderfolgenden Zähnen der Steuerkurve 118 auftritt.

In diesem Augenblick wird das Hubseil weiter entspannt oder nachgelassen; um den Kopfteil 94 zu kuppeln und ihn anschließend anzuheben, genügt es nun, das Seil 126 wieder auf seine Winde aufzuwikkeln. Der Stift 126 wird von dem Punkt 126 b zu dem Punkt 126 c geführt, wo er in eine Vertiefung eines der oberen Zähne der Steuerkurve einrastet und dann die gesamte Anordnung mit sich nach oben hebt.

Um andererseits ein Entkuppeln des Kopfteiles 94 zu bewirken, wenn dieser an dem Kupplungsorgan 96 durch die drei Zapfen 126 festgehalten wird und sich jeder Zapfen 126 an einer mit 126 c bezeichneten Eingriffsstellung befindet, rollt man das Seil von der Winde ab und senkt den Kopfteil 94 ab, bis dieser wieder auf die Schulter 112 aufsetzt. Die Steuerkurve 118 ist dann unbeweglich, und das Kupplungsorgan 96 sinkt weiter nach unten ab, bis der Stift 126 von dem Punkt 126 c zu dem Punkt 126 d gelangt ist. In dieser Stellung genügt es, das Seil erneut aufzuwickeln, um das Kupplungsorgan 96 frei zu machen; der Stift 126 bewegt sich von 126 d nach 126 e und der Kopfteil 94 wird bei weiterem Anheben nicht mehr mitgenommen.

Der Kopfteil 94 und das Kupplungsorgan 96 haben jeweils an ihrem äußeren Umfang Längsausnehmungen, wie 130 und 132, um in sämtlichen Stellungen dieser Teile das Hindurchströmen des Kühlmediums innerhalb des Kanals 64 zu gestatten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß ein sehr einfacher Aufbau erreichbar ist, der sämtliche Handhabungsmaßnahmen erleichtert.

Insbesondere kann der Ersatz eines abgenutzten absorbierenden Elementes unter Verwendung der gleichen Vorrichtungen und der gleichen Manöver vorgenommen werden, wie auch der Ersatz von Brennstoffelementen des Reaktors; es wird nun ein Beispiel eines derartigen Vorganges gegeben:

Wenn sich das absorbierende Element 90 in seiner aus den F i g. 1 a, Ib und 1 c ersichtlichen Lage befindet, beginnt man damit, daß man dieses Element bis in seinen Aufnahmebehälter 84 absenkt. Der Kopfteil 94 setzt sich dann über die Öffnung 98 dieses Behälters, wie dies die Fig. 2 zeigt. Das Handhabungs- und Kupplungsorgan 96, das in der oben erläuterten Weise von dem Kopfteil 94 gelöst worden ist, wird sodann nacheinander im Inneren des Kanals 64, dann in dem Kanal 42 des Stopfens 14, dem Kanal 40 des Stopfens 12 hochgezogen und dann in der Ausnehmung 38 des Stopfens 10 festgehalten, die zu diesem Zweck vorgesehen ist. Von diesem Augenblick an kann man nacheinander zuerst den Stopfen 10 mit seiner Seilwinde, dem Seil und dem Handhabungs- oder Kupplungsorgan 96, dann den Stopfen 12, den Stopfen 14, die Hülse 68, alle die Hülsen 64 des Kanals und schließlich den Behälter mit seinem Inhalt aus dem Reaktorkanal herausziehen. Anschließend kann man einen anderen Behälter 84 einsetzen, der ein neues absorbierendes Element enthält, und die umgekehrten Arbeitsgänge durchführen, um die Vorrichtung wiederum in ihren normalen Betriebszustand zu versetzen. Nachdem der letzte Stopfen 10 wieder eingesetzt ist, genügt es, das Handhabungs- oder Kupplungsorgan 96 bis auf den

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Kopfteil 94 abzusenken, um das Ankuppeln durchzuführen; sodann läßt sich das absorbierende Element in diejenige Stellung innerhalb des Reaktor-Kernteiles bringen, die für den Reaktorbetrieb erwünscht oder zweckmäßig ist.

Es dürfte klar sein, daß das Ersetzen einer Seilwinde in noch schnellerer Weise möglich ist: es genügt für diesen Zweck, das Handhabungs- und Kupplungsorgan 96 hochzuziehen, nachdem man es zuvor von dem Kopfteil 94 gelöst hat; wenn das Organ 96 in seine Ausnehmung 38 gelangt, kann man es weiter anheben und so den Stopfen 10 auswechseln.

Es ist zu bemerken, daß die vorgesehene Anordnung immer das Einführen des absorbierenden Elementes von unten nach oben in das Innere des Reaktors bedingt, wobei das Greiforgan, das mit dem unteren Ende des Hubseiles verbunden ist, an dem Kopfteil wirkt, an dem die Kette oder die absorbie-. renden Ketten befestigt sind. Wenn es diese Anordnung bereits gestattet, in dem oberen Teil des Reaktors und insbesondere in der Schutztrennwandplatte nur die mechanischen Organe mit kleinen Abmessungen anzuordnen, wie die Trommel der Seilwinde für das Hubseil, so bedingt diese Anordnung doch, wie zu erkennen war, ein Ausbauen von mehreren Organen (Stopfen, Hülsen, ausbaubarer Behälter), die hintereinander an der einen und der anderen Seite von dem zentralen Teil des Reaktors angeordnet sind, um die Gesamtheit der Bauelemente der beschriebenen Vorrichtung und insbesondere den die Ketten enthaltenden Behälter auszubauen.

Es kann jedoch auch eine andere Anordnung für die Aufnahme des absorbierenden Elementes vorgesehen werden, die das Einführen dieses Elementes in den Reaktorkern von oben nach unten gestattet und außerdem die Auswechslung der Bauelemente vereinfacht. Eine abweichend ausgebildete Vorrichtung, mit der dieses Ziel zu erreichen ist und von der die F i g. 5, 6 und 7 eine spezielle Ausführungsform darstellen, unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß der bewegliche Behälter, welcher das absorbierende Element in zusammengelegtem Zustand aufnimmt, am oberen Teil seines Kanals angeordnet ist, und weiterhin dadurch, daß dieses absorbierende Element aus einer einzigen Kette besteht, deren Glieder mit einem Kettentreibrad zusammenwirken, das seinerseits oberhalb des Behälters gelagert ist.

Wie man aus der F i g. 5 erkennt, ist die gesamte Regelvorrichtung in einem zylindrischen vertikalen Durchlaß 133 angeordnet, der — wie bei dem Beispiel nach den Fig. 1 a, Ib und Ic — die Abschirmungstrennwandplatte 134 von einer bis zur anderen Seite durchquert, welche dem Kernteil bzw. die Spaltzone des Reaktors von dem Beschickungsboden trennt. Im Inneren dieses Durchlasses sitzt ein Metallfutterrohr 136, das zur Führung und Halterung von drei Blockelementen besteht, die übereinandergesetzt sind und die Gesamtheit der Mechanismen der Vorrichtung enthalten.

Der erste dieser Blockbauteile — vom äußeren oberen Ende des Durchlasses 133 gesehen — besteht aus einem Stopfen 138, der einen unteren Teil 140 aus Beton enthält, der sich im Inneren einer Metallhülle 142 befindet. Diese Metallhülle begrenzt außerdem in dem oberen Teil des Stopfens 138 eine Kammer 144, in die ein Elektromotor 146 eingebaut ist, welcher über ein geeignetes Untersetzungsvorgelege ein Zahnrad 150 antreibt, das seinerseits mit

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einem Zahnrad 152 im Eingriff steht. Dieses letztere Zahnrad ist auf eine vertikale Welle 154 aufgekeilt, welche durch den Stopfen 138 in seinem oberen Teil axial hindurchgeht. Die Welle 154 weist an ihrem oberen Ende einen Kopf 156 auf, der zur Aufnahme eines nicht dargestellten Drehschlüssels ausgebildet ist und mittels dessen die Welle von Hand gedreht werden kann, um im Notfall einen Hilfsbetrieb der Regelvorrichtung durchführen zu können. Andererseits treibt das Zahnrad 152 ein Ritzel 158 an, dessen Achse starr mit einem »Selsyn«-Ubertrager 160 verbunden ist, der dazu dient, die Lage der Welle 154 in Verbindung mit einem zweiten Übertrager 162 zu überwachen.

Die Achse dieses zweiten Übertragers trägt Steuernocken 164 zur Betätigung von elektrischen Kontakten und ist ihrerseits über ein geeignetes und Untersetzungsgetriebe 166 mit dem Zahnrad 158 gekuppelt. An seinem unteren Teil hat der Stopfen 138 einen Anschlag 168, mit dem er sich auf eine Schulter 170 abstützt, die an der Innenfläche der Futterhülse 136 vorgesehen ist.

Unmittelbar unterhalb des Stopfens 138 ist das zweite Blockelement oder der zweite Stopfen 172 angeordnet, der ebenfalls eine Metallhülle 174 aufweist, welche im Inneren des Stopfens vier übereinanderliegende Räume begrenzt, die nacheinander mit dem Bezugszeichen 176, 178, 180 und 182 bezeichnet sind.

In dem oberen Raum 176 ist ein mechanisches Übertragungssystem eingebaut, das dazu dient, die Drehung der Welle 154 über zwei Zahnräder 186 und 188, die jeweils fest mit den betreffenden Enden der Welle 154 und 184 verbunden sind, auf eine parallel zur ersteren angeordneten Verbindungswelle 184 zu übertragen. Die Einzelheiten dieser mechanischen Übertragung ergeben sich klarer aus der Fig. 7; wie man aus dieser Figur erkennt, erfolgt die Verbindung zwischen den Wellen 154 und 184 durch relatives Verschieben der Verzahnungen ihrer End-Zahnräder 186 und 188 in vertikaler Richtung, außerdem ist eine Sicherheitsvorrichtung in Form einer Sperre 190 vorgesehen, deren Sperrorgan 191 in vertikaler Richtung längs der Welle 184 unter der Wirkung eines einarmigen Betätigungs- bzw. Auslösehebels 162 verschoben werden kann, der durch eine Feder 196 nach oben gedrückt wird. Das Ende des Hebels 192 kann sich gegen einen Anschlag 194 des oberen Stopfens 138 anlegen und gestattet es so, die Verbindung zwischen den Zahnrädern 186 und 188 sowie die Mitnahme der Welle 184 durch die Welle 154 freizugeben, und zwar jeweils nur dann, wenn der obere Stopfen 138 sich auf den Zwischenstopfen 172 aufgesetzt hat. In der Stellung gemäß F ι g. 7 ist der Hebel 192 durch das untere Ende des Stopfens 138 nach unten gedrückt, so daß er die Klauen-Sperrvorrichtung 191 löst, welche die Zähne des Zahnrades 188 festhielt, so daß dieses Zahnrad sich nun um seine Achse drehen kann.

Es erscheint indessen zweckmäßig, darauf hinzuweisen, daß der Eingriff der beiden Zahnräder 186 und 188 nur dann erfolgen kann, wenn diese beiden Zahnräder sich in der für die Übertragung oder Kupplung geeigneten Weise gegenüberstehen bzw. ineinander eingreifen. Zu diesem Zweck ist das Zahnrad 186 auf dem Nutenschaft der Welle 154 verschiebbar gelagert, wobei es durch eine Feder 198 nach unten gedrückt wird. Diese Feder drückt sich

bei einer schlechten Auftrefflage oder einem Anstoßen des Zahnrades 186 an dem Zahnrad 188 zusammen und dehnt sich erst dann wieder aus, wenn eine geringe relative Winkeldrehbewegung zwischen beiden Wellen erfolgt, wobei dann der einwandfreie gewünschte Eingriff der Zahnräder zustande kommt. Kugellager, wie 155 und 185, gestatten es schließlich, daß sich die Wellen 154 und 184 praktisch reibungsfrei bei der Übertragung der Drehbewegungen um ίο ihre Achse drehen können.

Die Welle 184 verlängert sich nach dem unteren Ende des Stopfens 172, führt durch den mit Beton gefüllten Raum 178 hindurch und mündet in dem Raum 180, in dem sie in einem konischen Zahnrad 200 endet, das mit einem zweiten Zahnrad 202 im Eingriff steht. Dieses zweite Zahnrad ist seinerseits starr mit einem Kettenrad 204 verbunden, dessen Achse 206 in einer geeigneten Lagerbohrung des Stopfens 172 gelagert ist. Der letzte Raum 182 schließlich, dessen Profil in den F i g. 5 und 6 erscheint, bildet einen Aufnahmebehälter für die Aufnahme einer Kette 208, welche das absorbierende Element bildet und deren Glieder von dem Kettenrad 204 dank dessen Zähnen 210 und entsprechenden Eindrückungen mitgenommen werden, welche am Umfang dieses Rades vorgesehen sind. An einer ihrer Enden ist die Kette mit dem Boden des Aufnahmebehälters 182 verbunden, während sie an ihrem anderen Ende mit einigen massiven bzw. »vollen« Gliedern 209 endet, die infolgedessen schwer sind. Die Kette 208 ist auf diese Weise in der Lage, nach und nach aus ihrem Vorratsbehälter 182 herauszulaufen und sich in einer Führung 212 nach unten zu bewegen, die das untere Ende des Stopfens 172 schräg durchsetzt. Dieser Stopfen endet mit einer ringförmigen Stützfläche 214, die sich auf eine Schulter 216 des dritten Blockelementes oder Stopfens 218 abstützen kann.
Wie die vorhergehenden Stopfen ist auch der Stopfen 218 von einer äußeren Metallhülle 220 umgeben, die mit Beton gefüllt ist und auf der Tragoder Sohlenplatte 222 aufsitzt, welche am unteren Ende der Trennwandplatte 134 an einem Ansatz 224 dieser Platte befestigt ist. Der letzte Stopfen 218 wird axial von einem Kanal 226 durchzogen, der in seinem oberen Teil eine erweiterte Mündung 228 für die Führung der absorbierenden Kette 208 (F i g. 6) bei deren Heraustreten aus der Führung 212 aufweist.

Die Wirkungsweise der Regelvorrichtung nach der zuletzt beschriebenen Ausführungsform ist praktisch gleich derjenigen Wirkungsweise, wie sie unter Hinweis auf die F i g. 1 bis 4 für die erste Ausführungsform erläutert wurde. Im vorliegenden Fall erfolgt jedoch das Einführen des absorbierenden Elementes in den Kernteil des Reaktors von oben nach unten und nicht mehr von unten nach oben. Außerdem sind die absorbierenden Ketten nun durch eine einzige Kette ersetzt, was im allgemeinen bedingt, daß diese Kette aus einem Material hergestellt wird, welches Neutronen stärker absorbiert als nicht oxydierender oder gewöhnlicher Stahl. Man verwendet in diesem Fall einen borhaltigen oder kalziumhaltigen Stahl.

Die beschriebenen Anordnungen zeigen deutlich, daß bei der zweiten Ausführungsform alle Vorteile der ersten Ausführungsform vorhanden sind, insbesondere insoweit, wie es die Verringerung des Raum-

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jedarfes des absorbierenden Elementes in seiner ^age außerhalb des Reaktorkernes und die Handlabung dieses Elementes angeht. Im zweiten Fall jeioch erzielt man eine viel einfachere Auswechslung ier Vorrichtung gegen eine neue, wenn eine teilweise Beschädigung eingetreten ist; man braucht nur die jeiden oberen Blockelemente oder Stopfen 138 und L72 herauszuziehen, der dritte Stopfen 218 kann iauernd in dem Durchbruch der Trennwandplatte bleiben, es bleibt dann ständig eine zumindest teilweise Abschirmwirkung gegen die Strahlungen erialten. Selbstverständlich könnten weitere abweichende Anordnungen vorgesehen werden, um die kinematische Betätigungskette für das Kettenrad zu vereinfachen; man könnte die Kette, den Vorratsbehälter, den Motor und die Übertragung in einem einzigen Blockelement oder Stopfen im oberen Teil der Trennsvandplatte zusammenfassen, wodurch gleichzeitig die Probleme des gegebenenfalls notwendigen Austauäches des Materials vereinfacht werden. Weiterhin kann man die geneigte Führung, in der die absorbierende Kette bei ihrem Austritt aus dem Behälter geführt wird, durch eine vertikale gerade Führung in Form eines Rohres ersetzen, welches durch den Behalter in der Verlängerung des Kanals hindurchführt, in dem sich die Kette nach unten erstreckt und verlängert. In diesem Fall ist ein windungsweises Einlegen der Kette um dieses zentrale Führungsrohr möglich, indem man die Kettenradwinde selbst in Synchronismus mit der Bewegung des Kettenrades um die Achse des zentralen Führungsrohres auf einer Kreisbahn herumführt. Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines Kernreaktors mit einem kettenförmig ausgebildeten Regelelement veränderlicher Länge aus einem neutronenabsorbierenden Material, das sich durch eine Antriebseinrichtung längs eines den Reaktorkern durchquerenden Kanals verschieben und in einen in der Verlängerung des Kanals angeordneten transportablen Behälter einbringen läßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement eine Rundgliederkette ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transportable Behälter für das Regelelement am unteren Teil des Kanals

unterhalb des Reaktor-Kernbereiches angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der transportable Behälter für das Regelelement über dem Kanal angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Enden des Regelelementes lösbar mit einem Hubseil verbunden ist, das auf eine oberhalb des Kanals angeordnete Seilwinde aufwickelbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelelement aus mehreren Strängen besteht, die dicht nebeneinander angeordnet und mit je einem ihrer Enden mit einem Kupplungsorgan verbunden sind, das seinerseits an dem Ende des Hubseils befestigt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilwinde zur Bewegung des Regelelementes innerhalb der biologischen Schutzabschirmung des Reaktors angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilwinde zur Bewegung des Regelelementes in zumindest einem herausnehmbaren Stopfen untergebracht ist, der einen senkrechten, in Linie mit dem Kanal befindlichen Durchbruch in der biologischen Abschirmung verschließt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder des Regelelementes mit einem Kettenantriebsrad zusammenwirken, das über dem transportablen Behälter angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kettenantriebsrad von einem mechanischen Antriebssystem antreibbar ist und daß der transportable Behälter und das Antriebssystem in zwei Blockbauteilen angeordnet sind, die innerhalb der biologischen Schutzabschirmung des Reaktors übereinandergesetzt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der transportable Behälter und das Antriebssystem für das Kettenantriebsrad in einem einzigen herausnehmbaren Blockbauteil zusammengefaßt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 092 572;
französische Patentschrift Nr. 1 188 583.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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