DE1539818A1 - Einrichtung zum Auswechseln von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor - Google Patents

Description

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paria (Frankreich)

Einrichtung sum Auswechseln von Brennstoffelementen in einem Kernreaktor

Die Erfindung "besieht sich auf eine Einrichtung zum Auswechseln der Brennstoffelemente in einem Kernreaktor, deasen Spaltzone eine einzige uohicht von vertikal nebeneinander angeordneten, einzeln mit ο boren AufhängemechaniSEien versehenen und jeweils als Einheit k-ewegbaren Brennstoff elementen enthält .

Bei einem Leiatungsreaktor inu3 man periodische die Brennstoffelemente austauschen und es ist zweckmäßig, .jeweils nur einige der Elemente aiissuwecasein, ohne die Anordnung der anderen zu ändern, zumal die Gresamtanordmmg beispielsweise 500 Einzelelemente umfassen kann. Wenn die Brennstoffelemente mit ihren oberen Enden an dem Gehäuse eines Einlaß-Yerteilerraums für das Kühlmittel befestigt sind, ist man genötigt, die Elemente über den unteren Iüihlmittelsammelraura auszutauschen. Me dazu notwendigen Bewegungen der Brennstoffelemente umfassens

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- .Bewegungen in einer horizontalen Richtung, uu jedes !brennstoffelement senkrecht unter eine der aufnahmen in der gesamten Brennstoffelementanordnung oder unter Abstellpläbse au brir;_oen, die für eine vorläufige Aufbewahrung" der Jlemente im Inneren des Ileakborgei'ä:3es vorgesehen sind, oder schließlich unüer einen Schacht, dex¹ auu Einfünren oder Herausziehen der uroims toff elemente aiuj de:.: Aoaktorgefü?· bestimmt ist;

- vertikale Verschiebe bewegungen zwischen den unteren SaLiuelrauiii und dem aktiven iiern des Ilealrbors, an die sich, das I-'estlegen der Jleuente an der uuLaren Handfläche des ilüiil:..i τ öelvor .;eller_oeiJiu»3G3 anschließt.

Sa Erfindung liegu insbesoi-iere dia J.vifgabe zugrunde, eine EinricLturxg Jt 3 0ny,ff3u, dio in der Ι-ε-.^β ist, die drei oben erwähnten Arbeitsvorgänge einwandfrei durchzuführen.

Die Erfindung ist insbesondere für Reaktoren mit schnellen !Neutronen _oaeignet, -Ho durch ÜLilauf von flüssige;;! i-Ietail (ii.1 allgemeinen ITatriu-.) ^sIrIiLl-; v/erden, und oei denen die Ausbildung eines aerates, las die oben erv/ähnten horiaontalsn 2ev/egungen der Brennstüffslsi^eute durclifülirt, deswegen besonders schwierig ist, weil die innerhalb des flüssigen natriums befindlichen, gegeneinander sich bewegenden mechanischen xeiie leicht fressen können, das undurchsichtige Natrium eine Sicht- ' Überwachung vernindert und wegen der hohen spezifischen üest-Uärneleistung desfleaktors der primäre Kühlkreislauf (tind damit auch das SammelgefέΒ) während des Auswechselns der

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Brennstoffelemente mit Natrium gefüllt bleiben muß. Alle diese Gründe lassen es vorteilhaft erscheinen, Einrichtungen oder Geräte zu verwenden, die einerseits aus dem Reaktorgefäß herausgenommen werden können, damit sie sich während des Betriebes des Reaktors außerhalb des flüssigen Natriums befinden, und die auch während dieser Zeiträume überwacht und untersucht werden können; schließlich sollen die Einrichtungen oder Geräte möglichst einfach im Aufbau sein, um eine hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Die oben genannten Bedingungen oder Forderungen werden von der erfindungsgeraäßen Einrichtung sum Handhaben der Brennstoffelemente eines Kernreaktors, dessen aktiver Bereicli eine einzige Schicht von vertikal nebeneinander angeordneten, jeweils als Einheit bewegbaren und mit oberen Aufhängeine chanismen versehenen auswechselbaren Brennstoffelementen enuhält,. die durch eine erste Vorrichtung zur horizontalen Querbewegung und eine zweite Vorrichtung zur vertikalen Längsbewegung der Brennstoffelemente austauschbar sind, erfüllt; diese erfindungsgemäße Einrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeiclmet, daß die erste Vorrichtung einen ersten horizontal längeverschiebbaren Balkenträger aufweist, der in einer rohrförmigen Führung geführt ist, welche in einen Kühliüittelsauiuelraum unterhalb des Reaktorkerns innerhalb des dichten Reaktor-

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jTefäi-as einnündet, und an ei er-α en innerem Ende ein zweiter Ijori-ί:ουί alc-r Lalkeiiliru^er um eine vertikale Srüiwenk&ehse an^elf-ij]:t iüi., itr'T in den Sammelraum eingeführt v/ird und eine liüliei'msi, sur Aufnahme von durcli die zweite Vorrichtung j:.u über-fioJjii&nden oder su überlebenden Brennet off element en mif~ nehnon Jcann, die mit Abstütsflächen zur Abstütainig auf den sv/eite-n Lalkenträgor sov/ie mit Äbstützschultern versehen ißt, ■,1ai,i an dem in das I-.eaktor^efäi?. hineinragenden I-Iündungsonde •ier rülirfüjiriigen Piihrun^ Aufnalimeorgane vorgesehen sind, die uil den ^t.'ioüv-Kschultern vier Halterung susamraenwirlcen und dfüi Jcö'le^er.. dieser Halterung gestatten, während die in eine gerade Linie aun^erichteteu Balkenträger in der I'ülirung veraclio pen v/erden _e

■ inter den :;iiχ der erfindungegemäßen Einrichtung erhielten Vorteilen ist zunächst die Große Vereinfachung der Vorrichtung sux· horizontalen Bewegung der Br ennot off elemente zu nennen, d;'e bei uekann^er. Eealr:oren nit sclmellen Neutronen dauernd voa dem aus ein-s^ flüssigen Ketall l:estehenden Kühlmittel Uli s pi i 11 L1 e i b ι.

'Die Srfiiriunk uufaßt weitere Ilerlcrnale, die zv/eckmäßigerv/eise in YerbinOung mit den Hauptmerkmalen angewendet werden, aLer auch unabhängig voneinander anv/enabar sind. Alle diese besonderen AusL...!-"ungen werden eich auii der folgenden Beschreibung

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üinoa Ausfiilmin^sbeiupisls der Erfindung erhoben, dao in der Zeichnung veranschaulicht Li;!;; dieses Aus fuhmin^t'oi spiel ,stellt aber keine Einschränkung der Jrfindung dar; in d;;r iSeichnuuf; zeigen:

eine schematiyoho bchiiittdars teilung durch einen. Kernreaktor, der eino erfindungs^er/iäßü uinrichtung enthält; der BoImLt b ist l'inf.s einer /Qrtikalon Ebene geführt, die durch die -,chfie dot) eigentlichen Reaktors und die Sy^astrieebsiie der erau^K. /'orrichtung

if.,·. Ξ eine Sinaeldarstelliing wesjau't-licuer i'eiLö der ersten 'TorrLnlitung ziir Ilanlh-. =,-.uir, der .'jre.iiistofi¹-elemeiite, in eine.a Jclmitc iän_öü der ."johaitfclinie Il»il dor Pi^. .; ;

.7i£,, :> eine Auxsioht auf d:L-j u?eilo ^e,ta. S¹I.., ^;

_^;1i^» ■·-!- eiua sclieaatiaehe- Aufsicht auf den Ärneits- und Schwenkbereich der einzelnen i'eile der -ycz osn Torr ich bung zur Handhabung der !Jrennstof !element ο;

ui'ijj. 5 eine jJQÜdarsteilung aus l'ig.2 bsi einer Jaisfährun^svarir.ir'üG eines iailaa der in i'ig,. 2 ieranschauliolrtou ers';en Vorrichtung;

S eine üoliematische üoiucrechte Sciiiiifctdai.'Gtüllung durch einen I'eil Ciea Reaktors uit zv/ei "Kubkanlllen", von denen einer für das Anheben slues nornalen jreinistofxeleuenteFi und dor andere für ein kursea Element bestLu-it 1st, das einen Steuorstab bildet;

eiriG mehrfach unterbrochene, -in ihren Einzelheiten ■/erfrü/ierte Darstellung der beiden "Hubkanäle" aas ]?ig. υ-,

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Der in der Pig. 1 dargestellte Kernreaktor mit schnellen Neutronen, der durch Umlauf von flüssigem Natrium gekühlt wird, hat ein dichtes Reaktorgefäß 2, das über die Zuleitung und die Ableitung 6 in einen Kühlkreislauf mit flüssigem Natrium eingeschaltet ist, in dem sich ein nicht dargestellter Wärmetauscher befindet. Der gesamte primäre Kühlkreislauf, durch den das flüssige Natrium strömt, ist in einen Strahlenschutzmantel 8, beispielsweise aus Beton, eingeschlossen. In dem oberen Teil des Reaktorgefäßes 2 ist der Kernteil 10 (Spaltzone und obere sowie untere Brutzone) vorgesehen, der von einem ITeutronenschutzmantel 12 und \^eiter außerhalb von einer "Abstellzone" 13 umgeben ist, die zahlreiche Abstellplätze zur Aufnahme von Brennstoffelementen nach ihrer Bestrahlung in dem Reaktor umfaßt. Diese Brennstoffelemente werden dort solange gelagert, bis sie ausreichend entaktiviert sind, um aus dem Reaktorgefäß herausgebracht werden zu können. Der aktive 'Heil 10 des Reaktors besteht vorteilhafterv/eise aus senkrecht nebeneinander angeordneten Brennstoffelementen, wie sie in der franz.Patentanmeldung PY 34 364 der Organisation der Anmelderin beschrieben sind.

Beim Betrieb des Reaktors ist jedes Brennstoffelement an einem Gehäuse eines Yerteilerbehälters für das flüssige ' Natrium aufgehängt, in das die Zuleitung 4 mündet, und aus dem das flüssige Natrium durch den Reaktorkern hindurch in

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einen unteren Samnielraum H strömt. Die Brennstoffelemente v/erden also durch eine von oben nach unten gerichtete Strömung des flüssigen Natriums gekühlt.

Die horizontalen Bewegungen oder Verschiebungen der Brennstoffelemente durch den unteren Sammelraum werden mittels einer ersten Vorrichtung C durchgeführt, die zunächst beschrieben wird; die vertikalen Verschiebungen dieser Brennstoffelemente zwischen der ersten Handhabungsvorrichtung und derjenigen Stellung, die das Brennstoffelement während des Reaktorbetriebes einnimmt, sowie die Verriegelung des Brennstoffelementes in dieser Arbeitsstellung, werden mit Hilfe einer zweiten Vorrichtung B durchgeführt, die in den Pig.6 und 7 veranschaulicht ist und später beschrieben wird. Zunächst genügt es_t darauf hinzuweisen, daß die zweite Vorrichtung B für jedes Brennstoffelement eine Handhabungsstange 15 auiweist (in der I¹Ig. 1 ist der Klarheit wegen nur eine einzige derartige Stange mit einer strichpunktierten linie large-

s%ellt), und eine ihrerseits umeetzbare Maschine 16, welche die Betätigung der einen oder irgendeiner anderen dieser Stangen gestattet.

Die erste Vorrichtung C befindet sich während ihrer Benutzung zum Bewegen der Brennstoffelemente in dem unteren Sammelraum 14, der oberseitig durch den aktiven Reaktorteil

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und unterseitig von einer .3ellenartig ausgebildeten flachen Wanne 20 begrenzt ist, die zur Aufnahme der Bruchstücke für den .Fall bestimmt ist, daß im Reaktorkern eine Panne auftritt. Die in Piß. 1 nur schematisch,in den Fig. 2 und 3 ausführlicher dargestellte Vorrichtung 0 uinfaüt im we sent liehen zwei über ein Schwenkgelenk miteinander gekuppelte Balk/enträger, eine bewegliche Aufnahme, für Brennstoff elemente an dem zweiten Träger und die notwendigen Betätigungsorgane.

Der erde- Laikenträger 22 ist in einer-rohrförmigen Führung 2Ί längsverschiebbar, die gegenüber der Hauptachse des Reaktors radial ausgerichtet ist; der Balkenträger kann aus einer stellung., in der er vollständig außerhalb des Sammelraumes 14 liegt, in andere Stellungen verschoben \verden, in denen er in den Sammelraum hineinragt« Der zweite Balkenträger 20 ist. an den inneren Ende des 'trägers 22 um eine vertikale Achse schwenkbar; dieses Schwenkgelenk wird beispielsweise aus zv/ei vertikalen, fest an den Balkenträger 26 sitzenden Drehzapfen 27 gebildet, die in lagerungen entsprechender Form am Eij.de des Trägers 22 eingreifen.

Der zweite ϊrager 26 trägt während der Benutzung der Vorrichtung (Fig.2 und 3) eine bewegliche Halterung 28 zur Aufnahme von Brennstoffelementen, die zum horizontalen Transport irgendeines der Brennstoffelemente A dient. Diese Halterung

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weist eine Kihrungsbuchse 29 uit vertikaler Achue auf, die mit zwei seitlichen Stufczf!ansehen 30 auf zwei parallele Stiitsbahnen 32 beiderseits der vertikalen Symmetrieebene des zweiten !Prägers 26 abgestützt ist. Diese Stützbahnen 32 sind gezahnt oder geriffelt, um jedes zufällige Gleiten der "Führungsbuchse längs der Tragbahnen zu verneiden, wenn die Buchse auf den Bahnen ruht. Der Träger 26 hat einen sich fast über die gesamte Länge des Trägers erstreckenden, oben und unten offenen Längs-, durchbrueh, durch den der untere Teil der JTührungsbuchse 29 hindurchragt. Die iFuhrungsbtiehse 29 ist mit Peder-Aufwickelspulen 34 irgendeiner bekannten Bauart versehen, die über Seile oder Bänder J6 einen unteren Tragbügel 33 halten. Auf den Tragbügel ist drehbar ein Aufnähmetopf 10 zur Aufnahme des Pußteils eines Brennstoffelementes A aufgebaut. Die gesamten vertikalen Abmessungen der Pührungsbuchse 29 und des Tragbügels 38 sind für den i?all, daß der Tragbügel kein Brennstoffelement trägt und durch die Feder-Aufwickelspulen über die Bänder in seine oberste Stellung angehoben ist, nicht größer als die des ersten Balkenträgers 22.

Bei dem Ausfülsrungsbei spiel der Erfindung, wie es die Fig. und 3 zeigen, ist ein Mechanismus zum Anheben der beweglichen Halterung 28 vorgesehen, mit deren. Hilfe die Führungsbuchse von den Bahnen 32 abgehoben werden, kann· Dieser Hechanismus umfaßt einen Hubbalken 44* dessen Gestalt der des zweiten

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Balkenträgers 26 ähnlich, ist, aber mit etwas kleineren Abmessungen, so daß dieser Hubbalken 44 innerhalb des längsdurchbruches des Trägers 26 Platz findet und ebenfalls die Pührungsbuchse 29 mit Bewegungsspiel umgibt. Der Hubbalken wird von mehreren zweiarmigen Winkel-Schwenkhebeln 46 und getragen, die um horizontale, am zweiten Träger 26 sitzende Achsen 51 schwenkbar und über Zugstangen 50 gekuppelt sind, welche die Winkelhebel dazu zwingen, synchrone Schwenkbewegungen auszuführen. Dank dieser Kupplung bewirkt jede vertikale Verschiebung eines der Punkte des Hubbalkens eine vertikale Verschiebung des gesamten Balkens parallel zu sich selbst. Die Betätigung dieser Hubbewegung erfolgt über einen Gestängemechanismus, der an einem Anschlagvorsprung 52 des Hubbalkens angreift, der an dem dem Balkenträger 22 zugewandten JSnde des Hubbalkens 44 vorgesehen ist. Zu diesem Mechanismus gehören ein Winkelschwenkhebel 54* der in dem träger 22 gelagert ist, und eine diesen Winkelhebel schwenkende Betätigungsstange Der Berührungspunkt des unter den Anschlagvorsprung 52 greifenden Armes des Winkelhebels 54 liegt in der senkrechten Achse der Drehzapfen 27.

Die Winkeleinstellung des zweiten Balkenträgers 26 und , der von. ihm getragenen Bauteile wird mittels eines Winkelzalffitriebes erzielt, der aus einem starr mit dem, Ende des

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zweiten Trägers 26 verbundenen, zu den Drehzapfen 27 koaxialen Zahnkranzsektor 5C und einem-konischen Ritzel 60 besteht, das über eine Welle 62 gedreht wird, die sich längs des ersten Ürägers 22 erstreckt und durch einen nicht dargestellten Hotor angetrieben wird, der außerhalb des Reaktorgefäßes angeordnet ist.

Die rohrförmige I^ührung 24, in der der ersten Balkenträger radial zum Reaktor gleitet, ist an ihrem inneren"Endteil mit einem Abschlußventil 64 versehen und erstreckt sich darüber hinaus in das Reaktorgefäß mit zwei zur Aufnahme der Halterung 2G dienenden .Gabelarm 66 (Eig.2 und 3), auf die sich Seitenschultern 68 am oberen Ende der Führungsbuchse 29 aufsetzen lassen, und die dann die bewegliche Halterung 28 tragen. Die angehobene Stellung des Hubbalkens 44 ist diejenige Stellung, in der die Seitenschultern 28 der Hihrungsbuchse 22 so hoch liegen, daß sie über die Gabelarme 26 herüberschiebbar sind, wenn die in eine gerade Linie gebrachten beiden Balkenträger und 26 radial nach außen aus dem Reaktor herausgezogen werden, während der Hubbalken angehoben ist. tfenn der Hubbalken dann abgesenkt wird, setzt sich die iiüirungsbuchse 29 mit ihren Seitenschultern 68 auf die Gabelanne 66 auf und ist so in einer Ruhestellung gehalten, selbst wenn die Balkenträger 22 und 26 später noch weiter bewegt werden. Befindet sich die Halterung auf den Gabelarmen 66, so kann bei entsprechender Einstellung

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der beiden Balkenträger 22 .und 26 und Abheben der Halterung mittels des Hubbalkens 44 die Halterung 28 an ;jeder beliebigen Stelle des zweiten Balkenträgers 26 auf diesen aufgesetzt werden; dieser Vorgang wird weiter unten noch beschrieben.

Wenn die Halterung 28 sich in ihrer Ruhestellung auf dem Gabelarmen 66 befindet, kann entweder ein in dem Aufnahmetopf sitzendes und in der Pührungsbuchse 29 gehaltenes Brennstoffelement A durch einen über den Gabelarm 66 angeordneten vertikalen Schacht 70 mittels einer geeigneten Handhabungsvorrichtung 72 irgendeiner geeigneten Bauart herausgezogen werden (Fig.1), oder es kann durch diese Vorrichtung ein neues Brennstoffelement in die Halterung eingesetzt werden. Man kann entsprechende Schächte 70 über einer größeren Zahl von Aufbewahrungsstellen, (beispielsweise etwa 20) am Umfang des Sammelraumes 14 derart vorsehen, daß gleichzeitig Brennstoffelemente von mehreren S.tellen am Reaktorumfang herausgenommen oder eingeführt werden können.

Das Auswechseln von im Reaktor bestrahlten Brennstoffelementen, die sich in derartigen Aufbewahrungsplätzen befinden, gegen neue Brennstoffelemente kann während des Betriebes des Reaktors über Schächte, wie 70, erfolgen, die über den Aufnahmestellen angeordnet sind, während die Balkenträger 22 und 26 sich außerhalb des Raumes unterhalb des aktiven Reaktorteiles befinden;

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diese Weise ist ein Stillsetzen des Reaktors nur dann notwendig, 'wenn umsetzungen oder Auswechselungen von Brennstoffelementen aus den Reaktor räumen erfolgen, die sich unmittelbar oberhalb des EÜhlmi11elsammelraumes 14 befinden.

Die Verschiebung des Balkenträgers 22 in seiner"Rohrführung 24 wird durch einen Film aus unter Druck stehendem flüssigem Natrium begünstigt, der sich zwischen dem !rager und der Innenfläche der Führung 24 ausbildet« Das flüssige natrium wird in Richtung des Pfeiles f an Punkten, wie 74 (Fig.2) und 76 (Fig.i), in die Führung hineingedrückt, die den Flächen entsprechen, in denen die größten Stützkräfte zwischen der Führung und dem Balkenträger 22 auftreten. Die Verschiebungen des Balkenträgers 22 in radialer Richtung relativ zu dem Reaktor erfolgen über eine in Fig. 1 nur sehr schematisch dargestellte Vorrichtung, die eine Verbindungsstange 78 umfaßt, welche durch eine Zelle 80 und dann durch eine Schutzwand hindurchgeführt ist, wobei sie durch eine Dichtung 82 geht. Die Zelle 80 dient zur Aufnahme der Balkenträger in ihrer vollkommen zurückgezogenen Stellung. Die Stange 78 wird von einer. Betätigungsvorrichtung bewegt, die durch einen außerhalb der Schutzwand 81 verfahrbaren Wagen 83 versinnbildlicht ist. In der Zelle 80 befindet sich ein inertes Gas, das während des Betriebs der Vorrichtung auf einem Druck gehalten wird, der ein wenig kleiner istjals der Druck des flüssigen ifatriums im ·

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Bereich des ersten Balkenträgers 22. So können kleine Mengen von flüssigem natrium, die infolge des nicht vollständigen Abschlusses zwischen den Gleitflächen des Trägers 22 und seiner Führung 24 hindurehtreten, von einer Abflußleitung 84 aufgenommen und in den Hauptkühlungskreislauf zurückgespeist werden (Pfeil f ·)·

Wenn die Balkenträger aus dem Sammelraum 14 zurückgezogen sind, wird die Abdichtung durch das dann geschlossene Ventil (Fig.2) noch ergänzt durch einen Kolbenstopfen 94 aus Strahlenschutzmaterial und einen Abdichtungsschieber 96 (Fig.T); es ist dann möglich, die inerte Atmosphäre in der Zelle 80 durch Luft unter atmosphärischem Druck zu ersetzen, um Arbeitern das Betreten der Zelle zu gestatten.

Um das wegen des großen freien Auskragens der Balkenträger 22 und 26 gegenüber der Führung 24 bedingte Durchbiegungsmoment bzw. die dadurch sich ergebende Durchbiegung zu begrenzen, können die Balkenträger und gegebenenfalls der Aufnahmetopf 40 mit nicht dargestellten Hohlkörpern aus verschweißten Stahlblechen versehen werden, die mit Gas unter geringem Druck gefüllt sind und als Schwimmer wirken, welche im wesentlichen das Gewicht der beweglichen Seile, mit Ausnahme des Gewichtes des zu transportierenden Brennstoffelements, durch ihren Auftrieb in dem flüssigen Natrium im wesentlichen ausgleichen.

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Bine in Mg. 5 veranschaulichte Variante der Erfindung weist weder einen Hubbalken 44 noch gabelartige Absetzteile 66 auf; die gabelartigen Absetzteile sind durch eine zusammen mit dem Ventilabachlußkurper 64 in gewissem Maße heb- und senkbare Gabel 101 ersetzt, die in ihrer abgesenkten Stellung unter die Seftenechultern 68 der über sie geschobenen Halterung greift und bei Ihrem Anheben auch die Halterung 28 bzw. die Führungsbuchse 29 soweit anhebt, daß diese Führungsbuchse von dem zweiten Balkenträger 26 abgehoben ist,

Sie Fig. 6 zeigt echematisch einen Teil des Reaktprs im Schnitt länge einer verti^klen Ebene, die von der Schnittebene der Fig.4 abweicht.

Um die ortsfesten Teile des Reaktors und das Auswechseln der normalen Brennstoffelemente sowie der Steuerstäbe zu vereinfachen oder zu vereinheitlichen, hat man sich entschlossen» als Steuerstäbe "kurze" Brennstoffelemente A¹ zu verwenden, die lediglich ein oberes Bündel aus stabförmigen Brutstoffelementen und ein mittleres Bündel aus stabförmigen Spaltet off elementen enthalten, aber kein unteres Bündel von stabfb'rmigen Brutstoffelementen. Die maximale Reaktivität des Reaktors ergibt sich dann, wenn das Steuerelement A¹ sich in seiner oberen Stellung befindet, bei der das mittlere Brennstoffelementbündel in der Spaltzone des Reaktors liegt;

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die minimale Reaktivität wird erhalten, wenn das Steuerelement > sich in der abgesenkten Stellung befindet, bei der das j mittlere Brennstoffstabbündel sich zum größten Teil in der unteren Brutstoffabschirmung oder "Brutzone" des Reaktors liegt. .

Man erkennt aus der Pig. 6, daß die Organe, die zum Hineinziehen eines normalen Brennstoffelementes A in seine Betriebsstellung dienen, denjenigen Organen gleich oder zumindest ähnlich ausgeführt sein können, die zur Höheneinstellung eines kurzen Elementes A* oder Steuerstabes verwendet werden. In der folgenden Beschreibung werden jeweils gleiche Bezugsziffern zur Bezeichnung der Organe für die Einstellung des kurzen Elementes und für die Einführung der normalen Brennstoffelemente in ihre Arbeitsstellungen verwendet; ein Strich als Zusatz zur Bezugsziffer bezeichnet die dem kurzen Element A¹ zugeordneten Organe.

Sie Vorrichtung B ist dazu bestimmt, ein Brennstoffelement, das sich mit seinem Fußende in dem Aufnahmetopf 40 (Pig.2) befindet, zu ergreifen und in den Reaktorkern hineinzuziehen, oder ein solches Element aus dem Reaktorkern in den entsprechenden Aufnahmetopf der geeignet eingestellten Halterung 28 abzusenken, wobei der Aufnahmetopf jeweils nur die Höhenlage des. Elementes, aber nicht seine Winkeleinstellung relativ zu seiner Längsachse bestimmt.

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Jedes Element A oder A¹ hat an seinem oberen Ende einen konischen Stopfenteil 106 oder 106», über den ein Rohr 107 oder 107' von sechseckigem Querschnitt herausragt, das nach dem Hochziehen des Elements in seine Arbeitsstellung in ein sechseckiges Loch der unteren Wandplatte 108 des Yerteilerraumes 110 eingreift, in den das flüssige !Natrium unter Druck eingespeist wird. Das Rohr 107* am Element A¹ ist wesentlich langer als das Rohr 107 am Brennstoffelement A und gewährleistet die Winkeleinstellung des Elementes A^f auf seinem gesamten Bewegungsbereich, der für die Regelung oder Steuerung der Reaktivität des Reaktors benötigt wird. Im oberen Teil der sechseckigen Rohre 107 und 107' vorgesehene Eintrittsfenster 112 und 112» (Pig.7) dienen zum Eintritt von flüssigem Fatrium in das Innere der Brennstoffelemente, um die in diesen Elementen enthaltenen Brut- und Spaltstoffstäbe zu kühlen.

I¹Ur jedes Brennstoffelement A oder Steuerelement A¹ ist in der Vorrichtung jeweils eine besondere Hubstange 15 oder 15 * vorgesehen. Die Stange und das Element sind über eine Bajonettkupplung gekuppelt, die aus am unteren, im Durchmesser reduzierten Ende der Stange vorgesehenen vorspringenden Zapfen oder 116' und hakenförmigen Pührungsschlitzen 118 oder 118' im oberen zylindrischen Endteil eines Rohres 107 oder 107' besteht. Der untere Heil des hakenförmigen Schlitzes hat eine

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derartige Feigung, daß nach dem Hineinschieben des zapfenförmigen Vorsprungs die Stange und das Element sich derart gegeneinander gedreht haben, daß beim Anziehen der Stange die Kupplung erfolgt. Nachdem einmal die Stange und das Element auf diese Weise fest verbunden sind, können das Element und die Stange durch am oberen Ende der Stange angreifende Kräfte in vertikaler Hichtung gemeinsam bewegt und auch gemeinsam um ihre Achse gedreht werden. "

Die Stangen 15 und 15* ragen in einen oberhalb des Reaktorgefäßes und dessen Abschirmung 8 vorgesehenen Baum 119 hinein, der nach dem Stillsetzen des Reaktors zugänglich ist, unterseitig durch die Betonabschirmung 8 und oberseitig durch eine Abdeckung 120 begrenzt ist. Unmittelbar oberhalb des Reaktorgefäßes 2 sind die Stangen 15 und 15' in Rohren und 121· geführtj das Durchmesserspiel zwischen der Stange und dem Rohr muß eine leichte axiale Verschiebung gestatten, auch unter Berücksichtigung von Herstellungstoleranzenj dieses Spiel beträgt einige Zehntel Millimeter, Jedes der Rohre und 121' ist auf die obere Deekwand 122 des Reaktorgefäßes aufgeschweißt und trägt an seinem über die Abschirmung 8 herausragenden Ende ein Außengewinde 124 bzw. 124', an dem entweder ein dichter Haubendeckel 126 (bei den Stangen für die Betätigung der normalen Brennstoffelemente A) oder ein Yerbindungsrohr 128 (für die als dteuerstäbe benutzten kurzen Elemente A¹) festgelegt werden kann. Die Rohre 128 bilden eine·

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dichte Verbindung der Rohre 121· mit den Betätigungemaschinen, wie 130, die an eich bekannt Bind und auf der Decke 120 angeordnet sind. Biese Decke enthält für jedes Brennstoffelement oder jeden Steuerstab eine Öffnung, die entweder durch eine Haschine 130 sum Betätigen eines Steuerstabes oder durch einen Stopfen 131 verschlossen ist, der durch eine Maschine (Fig.1) zum senkrechten Bewegen der betreffenden Stange 15 ersetzt werden kann, wenn Brennstoffelemente zu ihrem Auswechseln abgesenkt bzw. wieder angehoben werden müssen. Eine solche Maschine 16 enthält Verbindungselemente zur Verbindung mit der Hubstange 15» die im wesentlichen denjenigen Elementen entsprechen, die zur Verbindung der Maschine 130 mit den Stangen 15' bestimmt sind und weiter unten noch beschrieben werden.

An dem oberen Teil jeder Hubstange 15 oder 15* ist eine Umfangsnut 132 oder 132* vorgesehen; bei dem Fall einer Stange 15 für ein normales Brennstoffelement A werden in diese Hut nach dem Einsetzen des Brennstoffelementes an seinem Platz innerhalb des Reaktorkerns zwei Halbringe 134 und 135 zum Festhalten der Stange eingefügt, die sich auf den oberen Rand des Rohres 121 abstützen. Diese Halbringe werden von einem Bedienungsmann eingesetzt, während die (nicht dargestellte) Hubmaschine einen starken, senkrecht nach oben, gerichteten Zug auf die Stange ausübt; nach Nachlassen dieses

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Zuges wird die durch die eingesetzten Halbringe gegenüber dem Rohr 121 blockierte Zugstange noch eine gewisse Spannung behalten, während in dem Rohr 121 die entsprechenden Druckkräfte vorhanden sind. Auf diese Weise erzielt man einen einwandfreien Sitz des an der Oberseite jedes Brennstoffelementes vorgesehenen konischen Stopfenteils 106 an der Unterseite der Platte 108. Diese Zugspannung bleibt wegen der guten Wärmeleitung oder Wärmeübertragung zwischen der Stange 15 und dem Rohr 121 auch bei Temperaturänderungen im wesentlichen konstant.

Der obere Teil jeder Stange 15 oder 15' trägt ein Kuppelorgan, das den Teil einer Kupplung zum Verbinden der Stange mit einem Zugstab, wie 136*, bildet, der von der Maschine 16 (Fig.1) oder der Maschine 130 für die Betätigung der Steuerstäbe bewegt wird. Diese Kupplung kann eine Bajonettkupplung sein, um ihre Betätigung aus der Ferne zu gestatten; sie kann aber auch, wie dies die Fig· 7 zeigt, als eine einfache Gewindeverbindung ausgebildet sein, die durch einen Querkeil verriegelt ist_vAn der Stange ist dann ein Innengewinde 138 oder 138* vorgesehen, und eine Aufnahme für einen Querkeil oder HO*. Dieses System hat den Vorteil, daß es sich nicht versehentlich lösen läßt, wenn die Verbindung in die Rohre 120, oder 120* eingefügt ist, vor allem nicht beim Auswechseln der Steuerelemente. Um den Zusammenbau einer solchen Kupplung

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,durch einen Arbeiter zu gestatten, der Sien in dem Raum 119 aufhält, ist eine Vorrichtung mit verschiebbarer Dichtung vorgesehen, die es gestattet, das Rohr 128 aus derjenigen Stellung, die In Pig. 7 dargestellt ist, nach oben zu verschieben.

Die Rohre 121 und 121' münden mit ihrem unteren Seil in den Innenraum 116 des Doppelbodens hinein, der zwischen dem Eühlmittelverteilergehäuse 110 und der oberen Deckwand 122 des dichten Reaktorgefäßes 2 vorgesehen ist. Dieser Doppelbodenraum steht in einer -offenen Verbindung mit dem unteren Kühlmittelsammelraum 14 über einen das Verteilergehäuse umgebenden RingrauDi 148 und gegebenenfalls die Aufbewahrungsräume zur Aufnahme von benutzten Brennstoffelementen, die entaktiviert und gekühlt werden sollen.

Die Dicke der oberen »fand der biologischen Abschirmung 8 ist zweckmäßigerweise proportional zu dem Druck in dem Doppelbodenraum 146, damit der freie Flüssigkeitsspiegel des Natriums in den Ringräumen zwischen den Stangen 15 und den Rohren 121 sich in einer Höhe einstellt, die unterhalb des Haubendeckels 126 liegt, wenn der obere Raum 119 unter atmosphärischem Druck steht. Um eine zur Bildung von festen Oxyden führende Oxydation des flüssigen Natriums zu vermeiden, ist der obere Teil dieser Ringräume mit einem inerten Gas (beispielsweise Argon) mit einem Druck gefüllt, der etwas über dem atmosphärischen

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Druck liegt. Dieses inerte Gas wird, in den oberen Seil der Rohre 121 und 121^s durch Anschlußleitungen 142 (Pig* 7) eingeführt« Eine labyrintlibuehee 144 oder 144* ist zwischen der der Stange 15 oder 15' und dem Sohr 121 oder 121» als MoJatungsbuchse eingesetzt_ä um das Austreten von Gas zu vermeiden, wenn das obere Ende eines Rohres offen ist» Wenn auch das inerte G-as normalerweise das flüssige Natrium aus den Rohre», 121 und 121^g herausdrückt, sind dennoch nicht abgestellte Heia-wicklungen vorgesehen, um die Rohre 121 * auf einer lempe-» ratur oberhalb dei? Erstarrungstemperatur des flüssigen Kühl·" mittels zu halten land die Rohre 121 Tor dem Auswechseln eines Brennstoffelementes oder eines Steuerstabes auf diese lemperatur zu bringen,

."Oa Mechanismen, die innerhalb des flüssigen Uatriums arbeiten und exakte Führungen ergeben sollea_s leicht einem Pressen ausgesetzt sind, wird die nomale*Winkeleinstellung der Steuerstäbe A* vorzugsweise nicht durch die Führung der mit sechseckigem Querschnitt versehenen Rohre 107* in der Platte 108 erzielt, sondern durch Föhrungsvorrichtungen mit kleinem Spiel in Umfangsrichtung, die in den Maschinen 30 untergebracht sind.

Wirkungsweise

Die .Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung beim Auswechseln von Brennstoffelementen ergibt sich bereits im

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»•■entliehen, «lie der vorangehenden Beschreibung· Ss sollen ledigliah noch kurz geecliildert werden:

-DM Herauenehaen einte llementes aus dem Reaktorkern nit Miner Brutzone über den Schacht 70 (Fig.1), ohne dieeee lleaent über einen Abstellplatz zur Aufbewahrung in des Reektorgefäfl zu bringen, und das Einsetzen •in·· neuen Elemente·, das Über den Schacht 70 eingeführt wird,

- das Eurüoksiehen der ersten Handhabungsvorrichtung mit den beiden Balkenträgern aus dem Reaktor.

Auawohaeln eines Elementes (Pig.1 bis 3)

Xs sei angenommen» daß die Vorrichtung C in den Reaktor eingeführt ist, die Halterung 28 zur Aufnahme eines Elementes eei senkrecht unter ein herauszunehmendes Element A eingestellt und der Hubbalken 44 befinde sich in seiner abgesenkten Stellung. Dann wird das Element A durch Entriegeln seiner Hubstange freigfaaoht und in die Halterung 28 mit Hilfe der zweiten Vorrichtung B herabgelassen, von der es anschließend gelöst wird. Dann wird der zweite Balkenträger 26 mit Hilfe des Wi^cel-Zahnradtriebee gleichachsig zu dem ersten Balkenträger 22 eingestellt, der Hubbalken 44 angehoben (wobei er die Abetütischulter 68 auf die Höhe der oberen Flächen der Gabelam· 66 bringt) und die beiden Balkenträger werden gemeinsam durch den Wagen 83 nach außen gezogen, bis die

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Halterung 28 über die Gab'elarme G6 gelangt ist. In dieser Stellung befindet sich das Brennstoffelement A genau unterhalb des Schachtes 70. Der Hubbalken 44 wird dann abgesenkt und das Auswechseln des Elements durchgeführt.

Die beiden Balkenträger 22 und 26 werden dann in diejenige Stellung zurückgebracht, in der die Halterung 28 sich oberhalb derjenigen Steile des Balkenträgers 26 befindet, die nachher unter den Aufnahmeplatz dieses Elementes im Reaktorkern gebracht werden kann; der Eubbalken 44 wird erneut angehoben, um die Abstützschultern 68 der Halterung 28 von den ■ Gabelanrien 66 abzuheben und die beiden Balkenträger werden gemeinsam verschoben. Dabei wird der Hubbalken 44 natürlich in seine untere Lage abgesenkt, sobald die Halterung 28 frei von den Gabelarmen 66 ist; dadurch wird die Halterung bzw. ihre Führungsbuchse 29 auf dem Balkenträger 26 abgesetzt und durch die Verzahnung oder Riffelung an der Oberseite dieses Balkenträgers (Pig.2) festgelegt. Die radiale geneinsame Verschiebung der beiden Balkenträger, dann die Winkeleinstellung des zweiten Balkenträgers 26, können dann so durchgeführt werden, daß das neue Brennstoffelement in die zu seinem Einführen in den -ieaktorkern notwendige Stellung gelangt. Die Pig. 4 zeigt zwei Zonen 98 und 100, von denen die eine bei einer Lage der ochwenkzapfen 27 in der

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Nähe der Achse des Reaktorgefäßes und die andere in einer Stellung bestrichen werden kann, in der der erste Balkenträger 22 weiter !zurückgezogen ist. Die in diesen beiden Fällen nicht bedienbaren !eilzonen, wie 102, können natürlich in Zwischenstellungen des Balkenträgers 22 ebenfalls bedient werden.

Herausziehen der Vorrichtung G aus dem Reaktor

Die Vorrichtung G wird aus dem Reaktor herausgesogen, bevor dieser wieder erneut in Betrieb genommen wird» Hierzu bringt man den zweiten Balkenträger 26 in eine gerade linie mit dem ersten Träger 22, während sich der Hubbaiken 44 in seiner abgesenkten Stellung befindet. Da sich in äex- Aufnahme 28 kein Brennstoffelement A befindet, heben die Feder-Aufwickelspulen 34 den Tragbügel 38 und den Aufnähmetopf 40 an, so daß die gesamte Halterung mit ihren Abmessungen innerhalb der Profilabmessungen des ersten Balkenträgera 22 bleibt. Sodann werden die beiden Balkenträger zusammen mit der Halterung durch den Wagen 83 radial nach außen gezogen, bis der erste Balkenträger an die Schutzwand 81 anstößt. In dieser Stellung schließt ■ das vordere Ende des Balkenträgers 22 noch die rohrförmige Führung 24 ab, wodurch eine Sicherheit gegen einen starken Verlust von Natrium und eine gewisse biologische Abschirmung erzielt ist. Anschließend wird das Ventil 64 geschlossen, das den Querschnitt der rohrförmigen Führung, wenn auch nicht

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mit absoluter Dichtung abschließt und mit Sohtrfczsmügen bekleidete Arbeiter oder ein ferngesteuerter Manipulator- lösen eine an der mit 8β bezeichneten Stelle vorgesehene, in des Mitte des¹ zusammenhängenden Balkenträger 22 uiicl 26 angeordnete VerMndung (Pig.1) unci smqL· die KuppelmuffeB SS und 90 is der WeIiG und der 2'agetang© 56. Der- bereits innerhalb der geile 80 befindliche äußere Seil des Balkentrlgers wirä von der zu seiner Bewegnag dleaenäeii Stange 78 g@loet ώζΔ dnvoh sin© laufkatse 92 aageiiooea bsifs weggeaoEaesio Sins fesagesteiiss^e (nicht da^gestolit©) TossileliüBSi^ füari soiansa dss lislcsa

sastopieE. 94 gesGläögses», üös? die Sülisimg , pralEtiseii gtSisiilMigsdieii-ö s'bsoM.iei'äo -Sofla^:! erfolgt. das Sofeließeis ö@s ^JjfiicMimgGiOiiiefeeEG So as. 'Ie^ realEtorseitiggs InneiMaiii, aer gell© 8O₅ so daß nach Esiaigimg des? £31 die Zelle 80 eiugeteaeMteia. TösiriolräiangSöeile you anhaftendem latrrum die inerte A-femospMre is. äer lelle diiX'Ch X'afi; ersetzt werden

Die Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen und in der Zeichnung veranschaulichtes Ausführungsformen beschränkt; ee dürfte klar- sein, daß die ¥orliegende Erfindung auch sämtliche Varianten vm£aßt, die im l^i-valeazbereich liegen.

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Claims (5)

1. ~²⁷~

   Patentansprüche

   /i^Einrichtung zum Handhaben der Brennstoffelemente eines Kernreaktors, dessen aktiver Bereich eine einzige Schicht von vertikal nebeneinander angeordneten, jeweils als Einheit bewegbaren und mit oberen Aufhängemechanismen versehenen auswechselbaren Brennstoffelementen enthält, die durch eine erste Vorrichtung zur horizontalen Querbewegung und eine zweite Vorrichtung zur vertikalen Längsbewegung der Brennstoffelemente austauschbar sind,, dadurch g ekenn- ■•\ zeichnet, daß die erste Vorrichtung (C) einen ersten horizontal längeverschiebbaren Balkenträger (22) aufweist, der in einer rohrförmigen Führung (24) geführt ist, welche in einen Ktihlmittelsammelraum (14) unterhalb des Reaktorkerns (10) innerhalb des dichten Reaktorgefäßes (2) ein-• mündet, und an dessen innerem Ende ein zweiter horizontaler

   Balkenträger (26) um eine vertikale Schwenkachse (2?) angell, lenkt 1st, der in den 3ammelraum eingeführt wird und eine ~ Halterung (28) zur Aufnahme von durch die zweite Vorrichtung

   (B) BU übernehmenden oder zu übergebenden Brennstoffelementen (A) aufnehmen kann, die mit Abstützflächen (30) zur

   vj. Abstützung auf den zweiten Balkenträger sowie mit Abstützachultern (68) versehen let, daß an dem in das ReaktorgefäS

   ■■ hineinragenden Kündungsende der rohrförmigen Führung Aufnahmeorgane (66) bzw. (101) vorgesehen sind, die mit den Abstütz-

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   schultern der Halterung zusammenwirken und das Festlegen dieser Halterung gestatten, während die in eine gerade Linie ausgerichteten Balkenträger in der Führung verschoben werden.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung (C) einen Hubbalken (44) aufweist, der von dem zweiten Balkenträger (26) getragen wird und relativ zu diesem Träger aus einer abgesenkten Stellung in eine angehobene Stellung bewegbar ist, und in seiner angehobenen Stellung die Brennstoffelement-Halterung (29) in eine Stellung bringt, bei der diese von dem zweiten Balkenträger abgehoben und in eine solche Höhenlage gebracht ist, daß sie sich beim Zurückziehen des Balkenträgers auf Gabelarme (66) absetzen läßt, welche die Aufnahmeorgane bilden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahiaeorgane aus einer vertikal bewegbaren Gabel (101) bestehen, deren Gabelanae in ihrer abgesenkten Stellung unter die beim Zurückziehen der Balkenträger (22,20) in sie einfahrbare Halterung (29) greifen und diejbeim Anheben in ihre obere Stellung die Halterung von dem zweiten Balkenträger (26) abheben und festhalten.
4. 4. Einrichtung nach. Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung zur Aufnahme der Brennetoffelemente eine Fülirungsbuchse (29) mit seitlichen Planschen (30) aufweist,

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   mit denen sie sicii auf !Bahnen (32) des zweiten Balkenträgers (26) abstützen kann, und einen unteren, an Feder-Auf rollspulen (34) aufgehängt en 'fragbügel (33) aufweist, der an der 33uchse über aiifrollbare Seile octer Bänder (36) aufgehängt ist.
5. 5. Einrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung (B) für jedes auszuwechselnde und festzulegende Brennstoff- oder Steuerelement (A,A¹) eine Hebestange (15,15') aufweist, die verschiebbar in einem vertikalen Rohr (121,121') geführt ist, welches das Ileaktorgefäß (2) und den biologischen Jchutzraaiitel (β) des Reaktors durchquert, wobei die Stange an ihren unteren ieil einen ϊ Je chani sinus (116,11G) zum Kuppeln uit den Element und an ihrem oberen Jeil einen ülechanisnus (132, 134 bzw. 13Ü, 140) aufweist, der entv/eder las Kuppeln mit einer Maschine (130) zur vertikalen Bewegung der 3tange oder dan Blockieren der Stange gegenüber den Rohr gestattet.

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