DE1464830B1

DE1464830B1 - Schwimmbeckenkernreaktor

Info

Publication number: DE1464830B1
Application number: DE1964C0032326
Authority: DE
Inventors: Paul Ageron
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-03-16
Filing date: 1964-03-05
Publication date: 1971-01-28
Also published as: LU45594A1; NL6402411A; ES297636A1; CH410211A; FR1363933A; US3285824A; GB986188A; BE645269A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwimmbeckenreaktor mit einer durch eine waagerechte, einen Druckausgleich ermöglichende Trennwand in eine untere und obere Abteilung geteilten Wassermasse und einem in der unteren Abteilung angeordneten und durch eine verschließbare, senkrecht über den Brennstoffelementen angeordnete Öffnung der Trennwand von oben zugänglichen Reaktorkern, der durch einen, gegebenenfalls durch Umpumpen beschleunigten Kreislauf des Wassers der unteren Abteilung unter Wärmeaustausch gekühlt ist.

Ein Schwimmbeckenreaktor mit diesen Merkmalen ist aus der französischen Patentschrift 1 224 251 bekanntgeworden.

Die Trennwand dient dazu, bei steigender Reak- *5 torleistung an der Oberfläche des Schwimmbeckens eine Wasserschicht mit schwachem Aktivitätsspiegel aufrechtzuerhalten; sie muß daher im wesentlichen dicht sein, und der zum Verschluß der Öffnung dienende Deckel muß daher im Fall eines stärkeren Auftriebs, beispielsweise durch einen nach oben gerichteten Kühlwasserstrom, an der Trennwand befestigt sein. Um an den Reaktorkern zu gelangen und Brennstoffelemente auszutauschen oder Versuchsanordnungen einzusetzen, muß der gesamte ^a5 verhältnismäßig große Deckel abgehoben werden, was zwangläufig die Wassermassen der unteren und oberen Abteilung vermischt und letztere aktiviert.

Ferner ist aus »Directory of Nuclear Reactors«, Vol. Ill, 1960, Seite 24, ein Schwimmbeckenreaktor bekannt, der Einrichtungen zur Entnahme und Entaktivierung von Wasser aus dem unteren Bereich des Beckens und zu seiner anschließenden Rückführung in den oberen Bereich des Beckens aufweist. Derartige Einrichtungen lassen zwar den Reaktorkern von oben gut zugänglich, sind aber bei höheren Reaktorleistungen nicht mehr ausreichend, da man eine für den Schutz der oberhalb des Reaktors arbeitenden Personen erforderliche, von radioaktiven Spaltprodukten freie Wasserschicht nicht mehr aufrechterhalten kann.

Weiterhin ist es aus den deutschen Auslegeschriften 1 031 900 und 1 060 998 für Kernreaktoren mit vollkommen geschlossenen Druckbehältern bekannt, den Plätzen der Brennstoffelemente zugeordnete und über diesen angeordnete Verschließvorrichtungen für die über den Brennstoffelementen befindliche Trennwand vorzusehen. Die dort vorgesehenen Dichtverschlüsse vermögen jedoch nicht die leichte Zugänglichkeit des Reaktorkerns zu gewährleisten, wie sie bei Schwimmbeckenreaktoren gefordert wird, bei denen häufig Veränderungen an den Brennelementen und an den in den Reaktorkern eingeführten Versuchsanordnungen vorgenommen werden. Die bekannten Verschließvorrichtungen sind insbesondere nicht für eine in Schwimmbeckenreaktoren über dem Reaktorkern angeordnete waagerechte, einen Druckausgleich ermöglichende Trennwand geeignet, die die Wassermasse in eine untere und obere Abteilung teilt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schwimmbeckenkernreaktor zu schaffen, der hohe Sicherheit für das Bedienungspersonal, leichte Zugänglichkeit des Reaktorkerns von der freien Wasseroberfläche her bei gleichzeitig hoher Leistung des Reaktors bietet.

Diese* Aufgabe wird bei einem Schwimmbeckenkernreaktor der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise Einrichtungen zur Entnahme und Entaktivierung von Wasser aus der unteren Abteilung und zu seiner anschließenden Rückführung in die obere Abteilung vorgesehen sind und daß die Trennwand mehrere verschließbare öffnungen senkrecht über den Brennstoffelementen aufweist, von denen jede jeweils einem der Plätze der Brennstoffelemente des Reaktorkerns zugeordnet ist, und daß jedes Brennstoffelement eine Verschließvorrichtung für die ihm zugeordnete öffnung trägt und mit diesen Verschließvorrichtungen vertauschbare Verschließvorrichtungen für die öffnungen, welche nicht besetzten Brennstoffelementplätzen entsprechen, vorgesehen sind.

Mit dem erfindungsgemäßen Schwimmbeckenreaktor wird nun durch die Anordnung einer Vielzahl von getrennt verschließbaren, jeweils einem Brennstoffelement bzw. einer Brennstoffelementengruppe zugeordneten öffnungen eine gute Zugänglichkeit des Reaktorkerns gewährleistet. Durch die gleichzeitig vorgesehenen Einrichtungen zur Entnahme und Entaktivierung von Wasser aus der unteren Abteilung und zu seiner anschließenden Rückführung in die obere Abteilung wird die Sicherheit des Bedienungspersonals auch bei hoher Leistung des Reaktors gewährleistet. Die durch die Vielzahl der öffnungen nunmehr merklichen, von der oberen Abteilung in die untere Abteilung fließenden Leckströme erweisen sich als besonders verteilhaft, da dadurch eine ständige Entaktivierung der in der oberen Abteilung vorhandenen Wassermasse erfolgt, so daß auch bei häufig vorgenommenen Umbauten am Reaktorkern die Aktivität der in der oberen Abteilung befindlichen Wassermasse nicht zunimmt und die Sicherheit des Bedienungspersonals gewährleistet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Versuchsvorrichtungen, die aus dem Reaktorkern nach oben bis über die Trennwand reichen und mit einer Verschließvorrichtung für eine oder mehrere der Öffnungen versehen sind, vorgesehen. Derartige Versuchsvorrichtungen können jeweils einen oder mehrere nicht besetzte Brennstoffelementplätze einnehmen und dazu gehörige Öffnungen der Trennwand verschließen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft der Kreislauf des Kühlmediums in den zusammengesetzten Brennstoffelementen im aufsteigenden Sinn.

Weitere Einzelheiten und Abwandlungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Beispielen, die durch die F i g. 1 bis 4 erläutert sind. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schwimmbeckenkernreaktors,

F i g. 2 eine schematische Darstellung des Prinzips einer Ausführungsform, bei der Deckel und zusammengesetztes Brennstoffelement in einem Stück ausgebildet sind,

F i g. 3 mögliche räumliche Ausbildungen der Versuchsvorrichtungen und

Fig. 4 eine besonders vorteilhafte Anordnung eines erfindungsgemäßen Schwimmbeckenkernreaktors.

In F i g. 1 ist der Reaktorkern 1 auf einem Schemel am Boden des bis zur Höhe 4 gefüllten Schwimmbeckens 3 angeordnet. Erfindungsgemäß ist eine Verschließvorrichtung (hier: ein Deckel) 6 über jedem im Haltegerüst zur Aufnahme eines Brennstoffelements 5 vorgesehenen Platz angeordnet. Dieser

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Deckel wird durch irgendeine geeignete Vorrichtung austauschbaren Einheit vereinigt. Ein Beispiel der gehalten, beispielsweise durch ein Gitter7. Alle Ausführung einer solchen Einheit ist in Fig. 2 geDeckel sind identisch. Jeder verschließt eine öffnung, zeigt. Der Teil 16 ist ein übliches zusammengesetztes durch die ein Brennstoffelement in den Reaktorkern Brennstoffelement mit einem Fuß 17, der in das Tragan den dafür vorgesehenen Platz senkrecht unter dem 5 gitter des Reaktorkerns eingreifen kann, und einer Deckel eingeführt werden kann. Offensichtlich kann Anordnung von Brennstoffplatten 18, die in einer nach Abheben des Deckels eine Vorrichtung von Hülle 19 enthalten ist. Diese Hülle ist nach oben gleicher geometrischer Form wie ein Brennstoff- durch einen durchbrochenen metallischen Bauteil element in gleicher Weise und ohne Schwierigkeit verlängert, der den Deckel 21 trägt, über dem wieeingeführt werden. io derum ein Griff 22 angeordnet ist. Im Fall der F i g. 2

Wenn sich die Deckel 6 alle an Ort und Stelle be- hat der Deckel 21 einen mit dem rechteckigen Querfinden, bilden sie in Verlängerung der festen Trenn- schnitt des zusammengesetzten Brennstoffelements wand 8, die gegebenenfalls das Gitter 7 tragen kann, identischen Querschnitt. Selbstverständlich sind zahleine Abschirmung. Die Trennwand 8 und die Ab- reiche Abwandlungen möglich, schirmung trennen eine untere Abteilung, die den 15 Wenn man die Einheiten Seite an Seite anordnet, Reaktorkern 1 enthält, von einer oberen Abteilung, indem man sie in die öffnungen des Haltegitters 7 die eine verhältnismäßig dicke Wasserschicht 9 um- eingreifen läßt, bilden die Deckel 21 die obenerfaßt. Im Betrieb, wenn die Deckel an Ort und Stelle wähnte, im wesentlichen durchgehende Abschirmung, sind, wird relativ warmes und aktiviertes Wasser in Das Kühlwasser der Brennstoffelemente dringt ohne der Reaktorkernabteilung durch einen Sammler 10 20 wesentlichen Druckverlust durch die durchbrochenen abgezogen. Der Hauptteil davon wird durch die Bauteile 20 ein oder aus. Zum Herausziehen eines Pumpe 26 in den Wärmeaustauscher 27 gedrückt, wo Brennstoffelements genügt es, die Einheit an ihrem er gekühlt wird, bevor er durch einen Verteiler 11 in Griff zu fassen und senkrecht zu verschieben, die Reaktorkernabteilung zurückgeführt wird. Erfindungsgemäß endet jede Versuchsvorrichtung

Im Fall eines absteigenden Kreislaufs in den zu- 25 in einem Teil, dessen in den Kern einzuführender sammengesetzten Brennstoffelementen geben die Abschnitt eine räumliche Gestalt hat wie die der in Pfeile A die Fließrichtung des Wassers im ersten F i g. 2 gezeigten Einheit. F i g. 3 zeigt einige Beispie-Kreislauf an. Die Pfeile B geben die Fließrichtung Ie von Formen der Versuchsvorrichtungen. Die von für eine aufsteigende Kühlung an, wobei selbstver- oben gehaltenen Vorrichtungen brauchen keineswegs ständlich Verteiler und Sammler vertauscht sind. 30 einen Zentrierfuß aufzuweisen. Diesen Fall zeigt die

Die Reinigungsvorrichtungen 13 behandeln den links in der Fig. 3 wiedergegebene schematische vorzugsweise stromaufwärts vom Wärmeaustauscher Darstellung. Die hier als Kragen ausgebildete Ver-27 abgenommenen Restteil des Wassers des ersten schließvorrichtung 23 spielt dieselbe Rolle die der Kreislaufs und leiten das reine, verhältnismäßig Deckel 21 einer Brennstoffeinheit. Die schematische warme Wasser an der Oberfläche des Schwimmbek- 35 Darstellung in der Mitte zeigt ein Beispiel, bei dem kens wieder ein. eine Verbindung mit der Oberfläche des Schwimm-

Erfindungsgemäß und in Verbindung mit der von beckens unnötig ist. Schließlich ist rechts eine Ausden Deckeln gebildeten Abschirmung hält man mit- führungsform gezeigt, in der der Kragen 23 die zwei tels der Pumpe 26 an der Unterseite der Abschirmung benachbarten Deckeln 21 entsprechende Öffnung einen geringen Unterdruck aufrecht, so daß der in der 40 verschließt, wobei die Zentrierung beispielsweise mit-Höhe der Deckel auftretende Leckstrom stets von der tels eines einzigen Fußes 17 bewirkt wird. Die neu-Schicht9 zur Kernabteilung hin gerichtet ist. Es sei artige Anordnung gestattet offensichtlich zahlreiche bemerkt, daß dieser Leckstrom durch den Zulauf von Abwandlungen.

reinem, aus der Reinigungsvorrichtung 13 kommen- Erfindungsgemäß wird an der Innenseite der von

dem Wasser ausgeglichen wird. 45 den Deckeln gehaltenen Abschirmung ein leichter

Diese Anordnung und die Standardisierung der Unterdruck aufrechterhalten. Im Fall eines absteidurch die Deckel 6 verschlossenen Öffnungen erleich- genden Kühlkreislaufs in den Brennstoffeinheiten tern sehr jedes Hantieren an oder mit den Brennstoff- muß man an deren Unterseite einen relativen starken elementen des Kerns von der freien Oberfläche des Unterdruck erzeugen, wobei die Gefahren von Siede-Schwimmbeckens her, und zwar ohne bei normalem 50 und Kavitationserscheinungen bei einem Betrieb Betrieb den Anteil des in der Schicht 9 befindlichen unter hohem Fluß nicht zu vernachlässigen sind, aktivierten Wassers merklich zu erhöhen. Unter Berücksichtignug der Wirksamkeit der durch

Offensichtlich kann der für jedes zusammengesetzte den Deckel gebildeten Abschirmung zur Vermei-Brennstoffelement im Kernl vorgesehene Platz in dung der Aktivierung der oberen Wasserschicht gleicher Weise einen diesem in den äußeren Abmes- 55 kann man vorzugsweise eine Kühlung im aufsteigensungen gleichenden Teil aufnehmen. Ein solcher Teil dem Sinn in den Brennstoffeinheiten vorsehen, wobei kann sich gegebenenfalls außerhalb des Kerns in das Kühlwasser an der Unterseite der Einheiten unter einer beliebigen Form fortsetzen. Es genügt, daß der Druck eintritt. Dabei wird unterhalb der Abschirabgehobene Deckel 6 durch eine entsprechende mung ein leichter Unterdruck aufrechterhalten. Verschließvorrichtung ersetzt wird. Beispielsweise 60 Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der die untere zeigt F i g. 1 eine aus dem Schwimmbecken heraus- Abteilung durch eine waagerechte Trennwand 8 beführende Versuchsvorrichtung 14 und eine in den grenzt ist. Diese Raumform der Kernabteilung ist Kern eindringende Regelstange 15. Gegebenenfalls günstiger für die Kühlung durch natürliche Konvekkönnen mehrere Deckel abgenommen werden, um tion im Fall des Stillstands des ersten Kreislaufs. Der genügend Platz für eine sperrige Versuchsanordnung 65 Verteiler 11 befindet sich unterhalb des Kerns und zu lassen. der Sammler 10 im oberen Teil der Kernabteilung.

Erfindungsgemäß sind das zusammengesetzte Das Wasser tritt vom Sammler vorteilhafterweise in Brennstoffelement und der Deckel in einer einzigen einen im Schwimmbecken enthaltenen Entaktivie-

rufigstänk 25. Es wird durch die Pumpe 26 abgezogen und Im Wärmeaustauscher 27 gekühlt. Die Pumpe 26 speist mit einem genügenden Druck, um den Druckverlüst in den Einheiten auszugleichen. Der Reinigungskreislauf 13 ist stromabwärts von der Pumpe abgezweigt. Er nimmt einen Teil des warmen, verhältnismäßig aktiven Wassers ab, um es dekontamifliert, jedoch immer noch verhältnismäßig warm zur Oberfläche des Schwimmbeckens zurückzuführen. Auf diese Weise wird im Inneren der oberen Abteilung des Schwimmbeckens ein »Warmschicht«-Effekt erzeugt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwimmbeckenkernreaktor mit einer durch eine waagerechte, einen Druckausgleich ermöglichende Trennwand in eine untere und obere Abteilung geteilten Wassermasse und einem in der unteren Abteilung angeordneten und durch eine verschließbare, senkrecht über den Brennstoffelementen angeordnete öffnung der Trennwand von oben zugänglichen Reaktorkern, der durch einen, gegebenenfalls durch Umpumpen beschleunigten Kreislauf des Wassers der unteren Abteilung unter Wärmeaustausch gekühlt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Einrichtungen (25, 26, 27, 13) zur Entnahme und Entaktivierung von Wasser aus der unteren Abteilung und zu seiner anschließenden Rückführung in die obere Abteilung vorgesehen sind und daß die Trennwand (8) mehrere verschließbare Öffnungen senkrecht über den Brennstoffelementen aufweist, von denen jede jeweib einem der Plätze der Brennstoffelemente (5, 16) des Reaktorkerns zugeordnet ist, und daß jedes Brennstoffelement (16) eine Verschließvorrichtung (6, 21, 23) für die ihm zugeordnete öffnung trägt und mit diesen Verschließvorrichtungen vertauschbare Verschließvorrichtungen für die öffnungen, welche nicht besetzten Brennstoffelementplätzen entsprechen, vorgesehen sind.

2. Schwimmbeckenkernreaktor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch aus dem Reaktorkern (1) nach oben bis über die Trennwand (8) reichende und mit einer Verschließvorrichtung (23) für einen oder mehrere "der öffnung versehene Versuchsvorrichtungen.

3. Schwimmbeckenkernreaktor nach An- | sprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserkreislauf in den zusammengesetzten Brennstoffelementen im aufsteigendem Sinn stattrindet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen