DE1244307B - Verfahren und Anordnung zur Steuerung eines Kernreaktors - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G21d

Deutsche Kl.: 21g-21/31

Nummer: 1244 307

Aktenzeichen: S 94294 VIII c/21 g

Anmeldetag: 23. November 1964

Auslegetag: 1.3. Juli 1967

Zur Steuerung von Kernreaktoren werden normalerweise Absorberstäbe verwendet. Diese können ihrer Funktion gemäß in Regelstäbe, Trimmstäbe und Abschaltstäbe eingeteilt werden. Diese Unterscheidung hinsichtlich des Verwendungszwecks der Regelstäbe kann auch ihren Niederschlag in jeweils besonderer konstruktiver Gestaltung finden. Unter Regelstäben werden dabei solche Absorberstäbe verstanden, die immer um einen gewissen Betrag im Kern eingetaucht sind, um positiv oder negativ in die Neutronenbilanz des Reaktors eingreifen zu können. Sie werden dazu in einer bestimmten Reihenfolge einzeln oder in Gruppen nacheinander bewegt. Die Trimmstäbe sind erforderlich, um die Auswirkungen des Brennstoffabbrandes sowie der Vergiftung zu kompensieren. Die Abschaltstäbe schließlich befinden sich ständig außerhalb des eigentlichen Reaktorkernes und werden nur im Fall einer drohenden Gefahr rasch in diesen eingefahren.

In Anbetracht ihrer verschiedenartigen Aufgaben werden diese Stäbe normalerweise von verschiedenen Steuereinrichtungen betätigt. Dieser komplizierte Aufbau der Regel- und Steuereinrichtungen führt auch zu komplizierten Verriegelungen der Einrichtungen untereinander. Die durch die Stellung und Betätigung der Regelstäbe verursachte Beeinflussung der Neutronenflußverteilung kann sich zudem ungünstig auf den Abbrand der Brennelemente auswirken. Diese Nachteile werden weitgehend durch die vorliegende Erfindung beseitigt, die sich auf ein Verfahren zur Beeinflussung des Neutronenvermehrungsfaktors eines Kernreaktors mit einer Vielzahl von neutronenabsorbierenden Stäben, bei dem die Stäbe in Abhängigkeit von einem Steuersignal in einer bestimmten Reihenfolge einzeln oder in Gruppen nacheinander bewegt werden, bezieht. Erfindungsgemäß werden die konstruktiv einheitlich ausgebildeten Stäbe in Abhängigkeit von der Größe des steuernden Signals mit verschiedener Häufigkeit und einzeln oder in mehr oder weniger großen Gruppen schrittweise in zyklischer Folge bewegt.

Zur Beeinflussung des Vermehrungsfaktors der Neutronen sind beispielsweise für das Abschalten, Trimmen und Schnellregeln des Reaktors nur Absorberstäbe gleicher Konstruktion und Antriebsart vorgesehen. Die Steuerung erfolgt von nur einer Einrichtung aus, die je nach Aufgabe die erforderliche Absorberstabzahl vorwählt und zum Betätigen bereit macht, wobei die Stäbe in zyklischer Folge verwendet werden, so daß für jede Betätigung eine neue Stabgruppe zusammengestellt wird. Diese Art der Steuerung ermöglicht ein Verfahren zum Betrieb des Kern-Verfahren und Anordnung zur Steuerung eines
Kernreaktors

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:

Werner Aleite,

Dietrich von Haebler, Erlangen

reaktors, bei dem die relative Stellung aller Absorberstäbe zu Beginn des Reaktorbetriebes so gewählt werden kann, daß sie zur Vergleichmäßigung des Neutronenflusses, über den Reaktorquerschnitt gesehen, beiträgt und die Betätigung der Stäbe in der Folgezeit die Symmetrie des Neutronenflusses erhält. Ergänzend dazu kann auch der Neutronenfluß in vorausbestimmbarer Weise z. B. durch verstärkte Betätigung bestimmter Stäbe in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe derselben verändert werden. Bei diesen Verfahren kann weiterhin die gesamte Regelkreischarakteristik linearisiert werden, was z.B. über die Anzahl der gleichzeitig bewegten Absorberstäbe in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe derselben erreicht werden kann.

Die Auswertung von Ist- und Sollwertgrößen sowie die Anwahl der einzelnen zu betätigenden Absorberstäbe kann zweckmäßigerweise mit Hilfe digitaler Technik durchgeführt werden. Der Funktionsablauf eines Beispiels dieser Reaktorregelung sei an Hand des Blockschaltbildes in Fig. 1 näher erläutert. Die Regelgröße ist die mittlere Kühlmitteltemperatur des Kernreaktors. Sie wird z. B. über den Thermoelementfühler B erfaßt und dem Regler R zugeführt.

Am Regler R liegt weiterhin der Sollwert S der Kühlmitteltemperatur an. Aus beiden Größen bildet er sein Ausgangssignal, das den Grenzwertgebern G₁ und G₀, sowie dem Impulsgeber /G zugeführt wird. Der Grenzwertgeber G₁ spricht dabei nur für einen kleinen Wert des Reglerausgangssignals an. Der Grenzwertgeber G₂ dagegen spricht an bei größeren Werten des Reglerausgangssignals, wenn also eine stärkere Beeinflussung des Neutronenvervielfachungsfaktors im Reaktorkern erforderlich ist. Dieser vermehrte Einfluß ist zu erreichen durch die gleichzeitige Betätigung mehrerer Absorberstäbe, während der Grenzwertgeber G₁ infolge der kleineren Signal-

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größe jeweils nur die Bewegung z. B. eines Einzelstabes veranlaßt. Beide Ausgänge der Grenzwertgeber gehen auf das Gerät Sp, das eine gegenseitige Sperre für die Ausgangssignale der Grenzwertgeber G₁ und G₂ darstellt, also immer jeweils nur ein Signal durchläßt. Für den Fall eines kleinen Reglersignals spricht der Grenzwertgeber G₁ an, der Grenzwertgeber G₂ ist gesperrt. Das Signal des Grenzwertgebers G₁ gelangt nun zum Vorwahlgerät VW, das nach Art eines Odergatters arbeitet. Das Signal des Grenzwertgebers G₁ gelangt weiterhin zu dem Betätigungsgerät B, das ebenfalls als Odergatter funktioniert und seinerseits das Schrittschaltwerk SW in Tätigkeit setzt. Die Impulse des Schrittschaltwerkes werden auch an die Schalteinrichtungen für die Stabantriebe Sch gegeben, die andererseits aus dem Vorwahlgerät VW das Signal zur Bereitstellung des jeweiligen notwendigen Stabantriebes empfangen haben. Durch entsprechende Dimensionierung wird dafür gesorgt, daß das Vorwahlsignal vor dem Signal aus dem Schrittschaltwerk bei den Schalteinrichtungen für die Stabantriebe Sch eintrifft. Diese wiederum betätigen dann den angewählten Stabantrieb. Bei einem erneuten oder noch anstehenden Signal des Reglers, das den Grenzwertgeber G₁ ansteuern würde, wählt das Vorwahlgerät VW nach Ausführung der ersten Betätigung einen anderen Absorberstab zur Betätigung aus, dessen Ort so zu demjenigen des vorher betätigten Absorberstabes liegt, daß dadurch die Neutronenflußverteilung über den Reaktorquerschnitt praktisch nicht gestört wird.

Für den Fall, daß ein größeres Regelsignal auftritt, spricht, wie bereits erwähnt, der Grenzwert G₂ an und gibt sein Signal auf das Zählgerät Z. In diesem Fall ist der Grenzwertgeber G₁ gesperrt.

Gleichzeitig bildet der Impulsgeber /G eine Impulsfolge entsprechend dem Reglerausgangssignal und gibt diese ebenfalls auf das Zählgerät Z, das als Undgatter ausgeführt ist. Dieses Zählgerät übernimmt die Impulse und bestimmt hieraus die Zahl der zu betätigenden Stäbe. Dieses Signal gelangt wieder zum Vorwahlgerät VW, das als Odergatter ausgebildet ist und seinerseits die Schalteinrichtungen für die Stabantriebe betriebsklar macht. In diesem Fall wird jedoch nicht ein einzelner Absorberstab ausgewählt, sondern eine mehr oder weniger zahlreiche Gruppe von Absorberstäben, deren Antriebe dann beim Eintreffen der Impulse aus dem Schrittschaltwerk alle gleichzeitig betätigt werden. Das Vorwahlgerät VW und das Betätigungsgerät B haben jeweils noch einen dritten Eingang, der aus dem Gerät H gespeist wird. Mit diesem Gerät H kann von Hand die gewünschte Stabstellung zu Beginn des Reaktorbetriebes eingestellt werden und auch von dort während des Betriebes zur Korrektur der Neutronenflußverteilung nachgestellt werden.

Es ist zudem möglich, je nach der Eintauchtiefe der Absorberstäbe in den Reaktorkern die Stabzahl einer Gruppe zusätzlich so zu verändern, daß je Regelstabhub eine gleiche Leistungsänderung des Reaktors bewirkt wird, was praktisch einer Linearisierung des Regelkreises gleichkommt. Dies erfolgt abhängig von der Regelstabstellungsanzeige St.

Es kann außerdem die Vorwahl der Stäbe abhängig von der ausgefahrenen Länge derselben so gewählt werden, daß sich beim Einfahren der Stäbe ein neues Profil P₂ der Gesamtheit der Stäbe ergibt. Diese Situation ist in der Fig. 2 veranschaulicht, worin das ursprüngliche Profil der Regelstäbe, über den Reaktorquerschnitt gesehen, mit P₁ bezeichnet ist. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, daß bestimmte Stäbe von einer bestimmten Stablänge ab je Zyklus mehrfach betätigt werden.

Was hier für die Abwärtsbewegung der Regelstäbe gesagt wurde, gilt gleichermaßen natürlich auch für die Aufwärtsbewegungen derselben, wobei darauf geachtet ist, daß nach einer Aufwärtsbewegung des einen Absorberstabes ein darauffolgendes Signal zur Abwärtsbewegung denselben Absorberstab anwählt, damit durch nacheinanderfolgende Aufwärts- und Abwärtssignale keine Niveauunterschiede in der Eintauchtiefe benachbarter Absorberstäbe auftreten. Außerdem kann vorgesehen werden, daß die Stabaufwärtsschritte mit kleineren Gruppen ausgeführt werden als die Abwärtsschritte.

Praktisch alle Regelstäbe werden der Reihe nach in zyklischer Vertauschung zur Regelung des Reaktors herangezogen. Dies bedeutet, daß alle Stäbe mechanisch gleich beansprucht sind, jedoch im Verhältnis zu denen der sonst üblichen Regelstabgruppen weniger Bewegungsschritte zu machen haben. Es wird damit auch der Faktor vermindert, der bei Regelstabaufwärtsbewegungen erhöhte örtliche Erwärmungen berücksichtigt.

In diesem Schaltschema wurde der Zusatz für die Schnellabschaltung des Reaktors der Übersichtlichkeit halber weggelassen. Ein Schnellabschaltkommando würde z.B. einfach sämtliche Stabantriebe spannungslos machen. Dadurch würde automatisch der gleichzeitige Abwurf aller Absorberstäbe in den Reaktorkern ausgelöst.

Abschließend sei erwähnt, daß sich dieses Prinzip gleichartiger und gleichwertig gesteuerter Absorberstäbe selbstverständlich auch auf andere Ausführungsformen von Absorberelementen ausdehnen läßt, so z. B. auf Kugeln. Auch kann das Regelprinzip mit Hilfe einer Oberflächenregelung eines flüssigen Moderators in ähnlicher Weise angewendet werden, wenn der Moderatortank selbst z. B. durch entsprechende Leiteinrichtungen mit Moderatorsäulen unterschiedlicher Flüssigkeitsstandhöhe gefüllt werden kann. In diesem Fall werden dann die einzelnen Moderatorflüssigkeitssäulen in zyklischer Reihenfolge angehoben bzw. abgesenkt, so daß stets eine vorwählbare Oberfläche entsteht, die in ihrer Ausbildung bzw. ihrem Profil der jeweiligen Flußverteilung im Reaktorkern angepaßt ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beeinflussung des Neutronenvervielfachungsfaktors eines Kernreaktors mit einer Vielzahl von neutronenabsorbierenden Stäben, bei dem die Stäbe in Abhängigkeit von einem Steuersignal in einer bestimmten Reihenfolge einzeln oder in Gruppen nacheinander bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die konstruktiv einheitlich ausgebildeten Stäbe in Abhängigkeit von der Größe des steuernden Signals mit verschiedener Häufigkeit und einzeln oder in mehr oder weniger großen Gruppen schrittweise in zyklischer Folge bewegt werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintauchtiefe der einzelnen Stäbe in den

Kern so unterschiedlich ist, daß eine Vergleichmäßigung des Neutronenflusses über den Reaktorquerschnitt bewirkt wird.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung der Regelkreischarakteristik die Anzahl der in den Stabgruppen zusammengefaßten Stäbe abhängig von der Eintauchtiefe derselben ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1138171, 1049 986; britische Patentschriften Nr. 876 028, 845 207.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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