DE1244306B

DE1244306B - Einrichtung zum Betrieb und Schutz von Atomkernreaktoren

Info

Publication number: DE1244306B
Application number: DES69675A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Julius Beill
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-07-29
Filing date: 1960-07-29
Publication date: 1967-07-13

Description

Einrichtung zum Betrieb und Schutz von Atomkernreaktoren Die beim Betrieb von Atomreaktoren in den Brennelementen entstehenden gasförmigen Spaltprodukte haben meist einen großen Absorptionsquerschnitt, so daß,ein Teil der Neutronen durch sie für weitere Spaltungen verlorengeht. Diese Verringerung der Reaktivität muß durch eine entsprechende Vergrößerung des Volumens des Reaktors ausgeglichen werden. Diese Maßnahme ist an sich unwirtschaftlich, so daß schon vielfach Versuche unternommen wurden, insbesondere durch spezielle Gestaltung des Spaltstoffaufbaues, die gasförmigen Spaltprodukte möglichst zu beseitigen. So ist es z. B. gemäß deutscher Auslegeschrift 1051422 schon vorgeschlagen worden, im Innern von nicht umhüllten Brennelementen, bei denen also der Spaltstoff in direkter Verbindung mit dem Kühlmittel steht, einen ständigen Spülgasstrom vorzusehen. Dies bedarf aber in jedem Fall besonders komplizierter Konstruktionen, besonders im Hinblick auf die notwendige kontinuierliche Reinigung des Spülgases. Ähnliche Verhältnisse liegen bei Kernreaktoren vor, bei denen die Spaltprodukte durch den Kühlmittelstrom abgeführt werden (s. britische Patentschrift 754183 und Nucleonics, März 1956, S. ff.). Aus der genannten britischen Patentschrift ist außerdem eine Wärmeisolation der Brennelemente gegenüber dem Moderator aus in sich abgeschlossenen Vakuumkammern zu entnehmen.
Demgegenüber ergibt sich durch die vorliegende Erfindung eine wesentlich einfachere Lösung des Problems der Entfernung vergiftend wirkender Spaltgase, die zudem gleichzeitig noch die überwachung der Brennelementhüllen auf Dichtigkeit ermöglicht. Diese bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb und Schutz von Atomkernreaktoren, ;deren innengekühlte Brennelemente gegenüber dem außerhalb der Brennelemente angeordneten Moderatormittel über Vakuumräume wärmeisoliert sind und bei denen eine vom Kühlmittel getrennte Abführungsmöglichkeit für die in den Brennelementen entstehenden vergiftenden gasförmigen Spaltprodukten vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weisen die gegenüber dem Kühlmittel durch eine Umhüllung abgedichteten Brennelemente auf der dem Moderator zugewandten Seite keine Umhüllung auf und sind in die Verbindungsleitungen zwischen den Vakuumräumen und den Vakuumpumpen Abtast- und Anzeigeorgane zur Feststellung .der mitgeführten radioaktiven Gase sowie eventuell auch dampfförmiger Moderator- bzw. Kühlmittel eingeschaltet und entsprechende Kondensations- und Speichereinrichtungen für .dieselben vorgesehen.
Die Figur zeigt einen schematischen Aufbau dieser Einrichtung mit einem Ausschnitt -des eigentlichen Reaktorkernes. Dieser besteht aus dem Moderator 1, den hohlen Brennelementen 2, deren Innenkühlkanäle 3 von der Kühlströmung 5 durchflossen werden und den Vakuumräumen 4. Von :diesen Vakuumräumen 4 führen Leitungen 6 über das überwachungsorgan 7, das mit einer Anzeigeeinrichtung 14 verbunden ist, zum Sammelbehälter ß.
Dieser enthält die Rückkühleinrichtung 9, die über die Antriebs- und Schalteinrichtung 10 betätigbar ist. Mit dem Sammelbehälter 8 ist über ras Ventil 16 eine Hochvakuumpumpe 15 verbunden. Letztere ist über die Leitung 17, das Ventil 11 und die Hochdruckpumpe 12 mit dem Hochdruckbehälter 13 zusammengeschaltet.
Die Wirkungsweise ,dieser Einrichtung besteht darin, daß die von den innengekühlten Brennelementen in den Isolierraum 4 austretenden, vergiftenden Spaltgase durch die das Vakuum aufrechterhaltende Pumpe 15 über den Sammelbehälter S abgezogen werden.
Sämtliche Isolierräume sind einzeln bzw. in Gruppen zusammengefaßt und zu diesem Zweck mit den durch ein überwachungsorgan 7 laufenden Zuführungsleitungen 6 verbunden. Indiesem überwachungsorgan werden diese mit Hilfe bekannter Meßeinrichtungen auf ihren Gehalt an radioaktiver Substanz oder auch z. B. an Kühlmittel geprüft. Die Anordnung ist so getroffen, daß auf einer Anzeigetafel etwaige radioaktive Gase führende Leitungen sofort angezeigt werden, z. B. .durch Lampensignale.
Ist ein derartiger Fall eingetreten, so schaltet das 1lberwachungsorgan 7 die Hochdruckpumpe 12 über das sich öffnende Ventil 11 ein, wodurch die radioaktiven Spaltgase in den Druckbehälter 13 abgesaugt werden. Sollte durch irgendwelche Umstände ein Kühlmittel in den Sammelraum gelangen, so tritt die besondere Kühleinrichtung 9 über die Antriebs- und Schalteinrichtung 10 in Tätigkeit, kondensiert dieses dampfförmige Kühlmittel und veranlaßt die Abschaltung des Reaktors.
Durch diese Einrichtung wird also, wie vorstehend erläutert, eine ständige Überwachung des Zustandes der gegenüber dem Isolierraum nicht ummantelten Brennelemente sowie der Dichtigkeit der sie umgebenden metallischen Wände gewährleistet. Diese löst gegebenenfalls eine automatische Abschaltung des Reaktors aus und erhöht damit die Sicherheit der ganzen Reaktoranlage. Zudem ergibt sich der eingangs geschilderte Vorteil, daß bei der Bemessung des Reaktorvolumens die vergiftenden Wirkungen der radioaktiven Spaltgase teilweise vernachlässigt werden können.
Das bedeutet andererseits aber auch, daß die Brennelemente höher als bisher abgebrannt werden können, was für die Wirtschaftlichkeit einer Reaktoranlage ebenfalls von Bedeutung ist.
Die genannten Maßnahmen können bei jedem Atomreaktor zusätzlich angebracht werden, wenn derselbe bereits mit einer Vakuumisolation der innengekühlten Brennelemente ausgerüstet ist.
Es wäre auch denkbar, diese Einrichtungen bei Reaktoren mit außengekühlten Brennelementen einzusetzen, wenn dieselben einen evakuierten bzw. evakuierbaren Hohlraum besitzen.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Betrieb und Schutz von Atomkernreaktoren, deren innengekühlte Brennelemente gegenüber dem außerhalb der Brennelemente angeordneten Moderatormittel über Vakuumräume wärmeisoliert sind und bei denen eine vom Kühlmittel getrennte Abführungsmöglichkeit für die in den Brennelementen entstehenden vergiftenden gasförmigen Spaltprodukte vorgesehen ist, .dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber dem Kühlmittel durch eine Umhüllung abgedichteten Brennelemente auf der dem Moderator zugewandten Seite keine Umhüllung aufweisen und daß in die Verbindungsleitungen zwischen den Vakuumräumen und den Vakuumpumpen Abtast und Anzeigeorgane zur Feststellung der mitgeführten radioaktiven Gase sowie eventuell auch dampfförmiger Moderator-bzw. Kühlmittel eingeschaltet und entsprechende Kondensations- und Speichereinrichtungen für dieselben vorgesehen sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Abtastgerät nachgeschalteter Sammelbehälter mit einer von dem Abtastgerät zu steuernden Kondensationseinrichtung für möglicherweise auftretenden Moderator-oder Kühlmitteldampf versehen ist. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Sammelbehälter eine Hochvakuumpumpe angeschlossen ist, die ihrerseits wieder über ein durch die überwachungsorgane betätigbares Absperrventil und eine Hochdruckpumpemit einemDruckbehälter zurSpeicherang der abgesaugten gasförmigen Spaltprodukte verbunden ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1051422; britische Patentschrift Nr. 754183; USA.-Patentschrift Nr. 2 777 812; Nucleonics, Vol. 14, 1956, Nr.
3, S. 34 bis 41.