DE1539831C - Vorrichtung zum Abfuhren von Spalt gasen aus Atomkernreaktoren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ab- bar, da bei diesen Reaktoren das Eindringen von Kühlführen von Spaltgasen, die beim Betrieb eines Atom- medium in das Kernbrennstoffelement wegen der kernreaktors in den Brennstoffelementen gebildet wer- Korrosivität des Kühlmittels geradezu vermieden den, welche in dem zur Aufnahme des Kühlmittels des werden muß.

Reaktors dienenden Behälter angeordnet sind, wobei 5 Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichjedes Brennstoffelement oder jede Anordnung von tung zum Abführen von Spaltgasen aus Atonikern-Biennstoffelementen ein Abführungsrohr mit einer reaktoren zu schaffen, die nicht nur bei gasgekühlten Verschlußvorrichtung aufweist und für eine Mehrzahl Kernreaktoren, sondern insbesondere auch bei flüssigvon Brennstoffelementen oder Brennstoffelementan- keitsgekühlten Kernreaktoren anwendbar ist, bei Ordnungen eine die Abführungsrohre mit einer Spalt- io denen als Kühlmittel beispielsweise Wasser, geschmolgasaufnahmevorrichtung verbindende Verbindungs- zenes Metall oder eine organische Flüssigkeit verwenleitung vorgesehen ist, die mit einer außerhalb des det wird, eine Vorrichtung, die also das Eindringen des Reaktorbehälters angeordneten Verschlußvorrichtung Kühlmittels in das Kernbrennstoffelement und in den versehen ist, wobei ferner eine an die Verbindungs- Spaltgassammelraum verhindert und damit die Beleitung zwischen deren Verschlußvorrichtung und den 15 handlung der aus den Kernbrennstoffelementen abBrennstoffelementen anschließbare Druckgasquelle, geführten Spaltgase erleichtert, die weiterhin die welche Gas unter einem höheren Druck als der des Kontaminierung des Kühlmittelkreislaufs herabsetzt Kühlmittels, liefert, vorgesehen ist. oder sogar ganz beseitigt und die die Ursachen für

Eine solche Vorrichtung zum Abführen von Spalt- eine Verringerung der Reaktivität im Betrieb verhindert, gasen aus den im Atomkernreaktor eingesetzten Kern- 20 Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der einbrennstoffelementen ist aus der deutschen Auslege- gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, schrift 1 095 410 bekannt. Bei dieser bekannten Vor- daß in an sich bekannter Weise das Abführungsrohr richtung werden die während des Reaktorbetriebs einen Spaltgassammelraum über eine dichte Steckentstehenden Spaltgase durch einen ständig durch die verbindung mit der Verbindungsleitung verbindet und Spaltstoffkanäle strömenden Teilstrom des Kühl- 25 daß die im Betrieb normalerweise geschlossene Vermittels aufgenommen und zur Spaltgasaufnahmevor- Schlußvorrichtung für die Spaltgasabführung von richtung (= Reiniger) abgeführt. Als Kühlmittel Hand zu öffnen ist und automatisch schließt, wenn der kommen nur leicht zu reinigende Gase in Betracht, Druck in der Verbindungsleitung auf oder unter den nicht jedoch die in der Regel korrosiv wirkenden Mittelwert der Drücke des Kühlmediums stromaufflüssigen Kühlmittel, wie z. B. Wasser oder Flüssig- 30 und stromabwärts von den Brennstoffelementen abNatrium. Die bekannte Vorrichtung kann also bei fällt.

flüssigkeitsgekühlten Hochtemperaturreaktoren nicht Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine angewendet werden. Außerdem benötigt die bekannte Dauerspülung des Kernbrennelements durch das Vorrichtung eine umfangreiche Reinigungsanlage mit Kühlmittel zum Zwecke der Abführung der Spaltgase zusätzlichem Leitungsnetz, in der die .mitgeführten 35 nicht mehr erforderlich. Auf diese Weise gelangen ausSpaltgase aus dem Teilgasstrom extrahiert werden schließlich Spaltgase zur Spaltgassammeivorrichtung, können. Das Einleiten von Druckgas in die Spaltstoff- so daß die Behandlung der Spaltgase ganz wesentlich kanäle, nach vorher erfolgtem Absperren der Spaltgas- erleichtert wird.

aufnahmevorrichtung durch die Verschlußvorrichtung, Die Erfindung umfaßt ferner weitere Merkmale, die

erfolgt hier zu dem Zweck, alle am Eingang der Spalt- 40 vorzugsweise in Verbindung mit den obigen, jedoch

Stoffkanäle vorgesehenen Verschlußorgane gleichzeitig auch unabhängig davon angewandt werden können,

zu schließen. Alle diese Merkmale finden sich in den nachstehenden

AusdenUSA.-Patentschriften3146173und3141829 Unteransprüchen und werden durch die folgende Beist an sich auch schon eine Steckverbindung zwischen Schreibung einer nur als Beispiel angeführten Auseinem Spaltgassammelraum im Kernbrennstoffelement 45 führungsform näher erläutert. Die Beschreibung be- und einer die Spaltgase zu einem Abscheider führenden zieht sich auf die Zeichnungen. Hierin zeigt
Verbindungsleitung bekannt. Dabei wird beim Auf- F i g. 1 eine sehr schematische Ansicht einer erfinsetzen des Kernbrennstoffelements auf einen Zentrier- dungsgemäßen Spül- und Abführvorrichtung und bolzen, der eine in axialer Richtung verlaufende, an eines zugehörigen Brennstoffelements,
die . Spaltgassammelleitung anschließende Bohrung 50 F i g. 2 einen Ausschnitt einer abgewandelten Ausenthält, der im Kernbrennstoffelement vorgesehene führungsform des oberen Teils des Brennstoffelements, zentrale Spaltgassammelraum mit dieser Spaltgas- F i g. 3 eine ganz schematische Darstellung der im Sammelleitung verbunden. Dieses Kernbrennstoff- Kreis hergestellten Verbindungen bei normalen Beelement, bei dem über die Steckverbindung eine Ver- trieb des Kernreaktors und Abführung der Spaltgase, bindung mit der Spaltgassammelleitung geschaffen 55 F i g. 4 und 5 ähnlich F i g. 3 die in der Vorrichtung wird, ist jedoch nur in gekühlten Atomkernreaktoren hergestellten Verbindungen beim Ersetzen eines Brenneinsetzbar, da zum Abführen der Spaltgase aus dem Stoffelements,

zentralen Spaltgassammelraum ebenfalls das Kühlgas F i g. 6 den unteren Teil einer Anordnung und einen verwendet wird, welches durch einen im oberen Teil Teil des Unterzugs eines Kernreaktors, der mit einer des KernbrcnnstoiTelemcntes vorgesehenen, porösen 60 abgewandelten erfindungsgemäßen Vorrichtung verBlock in den Spaltgassammelraum eindringt und auf sehen ist.

diese Weise für eine dauernde Spülung im Kernbrenn- Die als Beispiel in F i g. 1 "gezeigte Vorrichtung ist Stoffclement sorgt. Damit das Kühlgas in den zentralen für einen Kernreaktor bestimmt, der durch einen Kreis-Snmmclraum eindringen kann, muß der Druck in lauf eines flüssigen Metalls (z.B. Natrium) in einem diesem Sammelraum stets geringer als der Druck des 65 P<?f älter, dessen oberer Teil von einem inerten Gas-Kühlgases sein. Dieses bekannte Kernbrennstoff- polster (z. B. Argon) eingenommen wird, gekühlt wird, element mit seiner Steckverbindung ist also für Diese Vorrichtung setzt sich zusammen aus einem flüssigkcitsgckühltc Atomkernreaktoren nicht anwend- Teil A, der aus einer Mehrzahl von jeweils zu einem

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Brennstoffelement B gehörenden Kreisen besteht, und Der mehreren oder allen Brennstoffelementen ge-

einem einer Mehrzahl von Brennstoffelementen oder meinsame Teil C beginnt mit der Sammelleitung 54.

sogar allen Brennstoffelementen des Reaktors gemein- Dieser gemeinsame Teil umfaßt ausgehend von der

samen Teil C. - Sammelleitung 54 ein (im Betrieb des Reaktors nor-

Das gezeigte . Brennstoffelement B besitzt eine so- 5 malerweise geschlossenes) Ventil 58, ein Rückschlaggenannte umgekehrte Geometrie, d. h., daß das aus ventil 60 und eine Anlage 62 zum Auffangen und gedem flüssigen Metall bestehende Kühlmedium ent- gebenenfalls Behandeln der Spaltgase,
sprechend den Pfeilen / in den durch die Masse des Ein parallel zum Ventil 58 und Rückschlagventil 60 Brennstoffmaterials geführten Rohren strömt. Dieses angeordneter Hiifspumpenkreis umfaßt in Reihe hin-Brennstoffelement setzt sich zusammen aus einer io tereinander angeordnet ein normalerweise geschlosse-Hülle 10, z. B. aus rostfreiem Stahl, die an ihrem un- nes Abschlußventil 64, eine Pumpe 66,. ein zweites teren Ende in einem Fuß 12 endet, der im wesentlichen ebenfalls normalerweise geschlossenes Abschlußventil dicht in einen Zentrierunterzug 14 eingesetzt ist, der 68 und ein Rückschlagventil 70. Die Pumpe 66 dient einen Kühlmitteleinlaßhauptkanal 16 abgrenzt. Der dazu, die gasförmigen Produkte aus den Brennstoffobere, einen groL'en Durchmesser besitzende Teil der 15 elementen anzusaugen und der Anlage 62 zuzuführen. Hülle 10 wird zwischen zwei Verschlüssen 18 und 20 Da jedoch die Gefahr besteht, daß Natrium durch von einer Masse aus spaltbarem und/oder Brüter- einige Sitze 42 hindurchleckt, muß die Pumpe 66 mit material 24 und 26 und einem porösen Stopfen 28 einem Gas-Flüssig-Fest-Stoffgemisch (Oxide und Salze (z. B. aus einem keramischen Oxid geeigneter Poro- des Natriums) arbeiten können. Eine Membranpumpe sität oder gesintertem Metall), ausgefüllt. 20 scheint hierfür die günstigste Lösung zu bieten.

Die spaltbaren und Brütermaterialien liegen Vorzugs- Schließlich ist ein Inertgasspeicher 74 vorgesehen, weise in Form von durch Rütteln in der Hülle verdich- der mit der Sammelleitung 54 durch eine Leitung 72 teten Oxidpulvern (UO₂, PuO₂, ThO₂ ...) vor. Das verbunden ist, die mit einem normalerweise geschlosse-Kühlmittel strömt durch die Brennstoffmasse in den neu Ventil 76 und einem Rückschlagventil 78 versehen parallelen Rohren 32, die durch die Verschlüsse 18 und 25 ist. Das Inertgas ist mit einem sehr hohen Druck ver-20 geführt und an diesen dicht verschweißt sind. An fügbar, damit man es gegebenenfalls zum Durchblasen der Innenseite des porösen Stopfens 28 ist ein Hohl- aller Rohre 44 benutzen kann. Dennoch muß aus raum 34 zur Sammlung der von den spaltbaren und später aufgezeigten Gründen die Möglichkeit der Brütermaterialien kommenden Spaltgase vorgesehen. Regelung des Abgabedrucks des Speichers 74 bestehen. Infolge der Anordnung des Hohlraums 34 auf der 30 Das Neutralgas ist vorteilhafterweise das gleiche wie kältesten Seite des Elementes wird die Diffusionszeit das in den Gaspolstern oberhalb der Kühlflüssigkeit so groß wie möglich und infolgedessen die Aktivität benutzte. Die Ventile 76 und 58 sind durch einen Verder abgegebenen Gase so gering wie möglich, und riegelungsmechanismus (schematisch strichpunktiert letztere sind ferner auf permanente Gase und sehr gezeigt) gekoppelt, der ihre gleichzeitige Öffnung verleicht flüchtige Dämpfe beschränkt. 35 hindert.

Dieser Hohlraum 34 ist durch ein Abführungsrohr Mit dem gemeinsamen Teil C der Vorrichtung sind

36, das dicht durch den Verschluß 18 geführt ist, mit Vorrichtungen zur Messung der Drückep\ und/7 2 des

dem Fuß der Hülle 10 verbunden, in der das Rohr Natriums im Behälter stromabwärts und stromauf-

durch Flügel 38 zentriert ist. Um diesem Rohr eine wärts von den Anordnungen und zur Berechnung des

gewisse axiale Elastizität zu verleihen, braucht man es 40 mittleren Drucks

nur über einen Teil seiner Länge schraubenförmig aus- 11-2

zubilden, da es nur einer mäßigen Temperatur (der p_m = .£..-.Γ-.?—.

Eintrittstemperatur des Natriums) ausgesetzt ist. Wenn 2
sich das Brennstoffelement B an seinem Platz in dem

Unterzug 14 befindet, ist auf diese Weise zwischen dem 45 verbunden. Diese Vorrichtungen umfassen Ubertra-

Endabschnitt des Rohrs 36 und einem Sitz 42 eine im gungselemente, die durch die Leiter 80 und 82 mit

wesentlichen dichte Berührung hergestellt, wobei der einem Kreis 84 zur Ermittlung des Druckmittelwertes

Sitz 42 den Endabschnitt des mit dem Unterzug 14 verbunden sind.

durch Stege 46 fest verbundenen Rohrs 44 bildet. Der Mit der Gesamtheit der Brennstoffelemente ist

Sitz 42 weist nur einen geringen Durchmesser (3 bis 5° ferner ein stromabwärts von den Siphons 50 angeord-

6 mm) auf und kann daher aus einem gegen Natrium netes Druckmeß- und Übertragungsgerät verbunden,

beständigen Material hergestellt werden. Er kann ge- das durch einen Leiter 85 ein dem Druck ρ in den

gebenenfalls mit Hilfe der Wartungshaube ausgebaut Brennstoffelementen entsprechendes Sigal an einen

werden. Kreis 86 liefert, der ebenfalls mit dem Kreis 84 durch

Das Rohr 44 ist durch die Wand des den Reaktor- 55 einen Leiter 88 verbunden ist. Im Kreis 86 wird der in

core enthaltenden Behälters 48 geführt und unter den Brennstoffelementen, wie B, und der Leitung 44

Zwischenschaltung eines U-Rohrs (Siphon) 50 zur herrschende Druck ρ mit dem Druck p_m des Natriums

Leckfeststellung und eines (bei normalem Betrieb des verglichen. . ·,. .

Reaktors offenen) Ventils 52 zum Zurückhalten des Der Vergleichskreis (Komparatorkreis) 86 ist über

Natriums mit einer Sammelleitung 54 verbunden. In 60 in der Figur schematisch gestrichelt gezeichnete Stell-

diese Sammelleitung münden einige oder gegebenen- vorrichtungen mit den Ventilen 58 und 76 verbunden,

falls alle der den anderen Brennstoffelementen zu- die von ihm entweder automatisch oder nach Erhalt

gehörigen Leitungen 44. eines Signals von einer Bedienungsperson, das in

Die Gesamtanordnung von Rohren 44, Siphons 50 F i g. 1 schematisch mit dem Pfeil 90 angegeben ist, und Ventilen 52 stellt zusammen mit den Vorrichtun- 65 betätigt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsgen zur Messung des in den Rohren 44 herrschenden form besorgt dieser Komparator insbesondere die Drucks, die samt ihrer Funktion im folgenden be- automatische Schließung des Ventils 58 (wenn dieses schrieben werden, den nicht gemeinsamen Teil Λ dar. zuvor offen war), sobald der Wert des Drucks ρ unter-

halb eines Werts p_m + Ap absinkt, wobei Ap im folgenden definiert ist.

Die Regelung der Durchflußmenge durch die Rohre 32 kann auf verschiedene Weise geschehen. Das in F i g. 1 gezeigte Brennstoffelement besitzt Rohre, die über den Verschluß 20 vorstehen und auf die geeignete (durch Versuche bestimmte) Abmessung eingedrückt sind, um den geeigneten Druckabfall zu erhalten. Diese Maßnahme kann in der Kälte an den aus rostfreiem Stahl bestehenden Rohren vorgenommen werden. ·

Bei einer in F i g. 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsform besitzt das Brennstoffelement ein an der Hülle 10 oberhalb der Verschlußplatte 20 befestigtes durchbrochenes Gitter 92, und die Regelung der Durchflußmenge erfolgt mittels entsprechend weit eingeschraubter Stellschrauben 94. Auf diese Weise kann man das Element für jede beliebige Stellung im Core justieren, jedoch ist diese Lösung offensichtlich nur dann möglich, wenn der Druckverlust infolge des Gitters nicht übermäßig groß ist, d. h., wenn der Abstand von einem Kanal zum nächsten in dem Netzwerk nicht zu gering ist.

Betriebsablauf

Die beschriebene . erfindungsgemäße Vorrichtung liefert eine Lösung für alle Probleme, die beim normalen oder gestörten Betrieb des Reaktors auftreten können, insbesondere die folgenden:

1. Gefahr, daß beim Austausch einer Gasabführvorrichtung Natrium in die Gasaufnahmevorrichtung 62 gerät;

2. Gefahr einer Kontaminierung des Primärkreislaufs durch die gasförmigen Spaltprodukte;

3. Überprüfung des ordnungsgemäßen Zustands der Anlage vor dem Anlaufen;

4. Gefahr des Eintritts von Natrium in ein neues Brennstoffelement beim Austausch;

5. Feststellung und Lokalisierung von Fehlern im Betrieb;

6. Schutz der Gasaufnahmevorrichtung 62 im Fall eines schweren Unfalls;

7. Regelung des Drucks ρ auf einen bestimmten Wert.

Im folgenden ist angegeben, wie diese Lösungen bei den verschieden zu berücksichtigenden Betriebsbedingungen erreicht werden.

Normalbetrieb und Abführung der Spaltprodukte

Hier ist zu beachten, daß beim normalen Betrieb der Druck ρ zwischen einem Wert p_m + Ap (wobei Ap genügend groß ist, daß nur eine geringe Gefahr des Eintritts von Natrium in die Rohre 36 und 44 besteht) und einem Wert p_m + 3 Ap gehalten wird (wobei der Wert 3 Ap so gewählt ist, daß die Ventile 76 und 58 identische Öffnungsbereiche aufweisen, wie im folgenden erläutert).

Die durch den porösen Stopfen 28 gelangenden Spaltgase werden im Hohlraum 34 gesammelt und gelangen in das Abfühirohr 36, das vom Brennstoffelement getragen wird und in im wesentlichen dichter Verbindung mit dem konischen, von dem Unterzug 14 getragenen Sitz 42 steht. Die Spaltgase nehmen dann den in F i g. 3 ausgezogen gezeichneten Teil der Vorrichtung ein.

Zur Erfüllung der Bedingung Nr. 6 darf die Abführung der angesammelten Gase nicht automatisch sondern nur unter der Wirkung eines Steuetbefehls einer Bedienungsperson erfolgen. Diese wird tätig, wenn der komparator 36 anzeigt, daß infolge einer Ansammlung von Gas in den Hohlräumen 34 der Brennstoffelemente der Druck ρ den Wert p_m + 3 Ap erreicht, und öffnet dann das Ventil 58, um die Abführung des Gases zu bewirken. Dieses entweicht nach dem in F i g. 3 gestrichelt gezeichneten Kreis. Das Ventil 58 ist so eingerichtet, daß es sich automatisch schließt, sobald der Druck/? unter einem bestimmten

ίο Wert, beispielsweise p_m + Ap absinkt.. Die Aufrechterhaltung des Überdrucks Ap ist notwendig, um die Gefahr von Natriumlecks in die Leitungen 44 und von da in die Anlage 62 zu verringern.

¹S Ersatz eines Brennstoffelements (F i g. 4 und 5)

Vor dem Ersatz irgendeines der Brennstoffelemente öffnet man die Ventile 64 und 68 der Pumpe 66 und s;tzt mit Hilfe dieser Pumpe alle Brennstoffelemente B und ihre zugehörigen Kreise A unter Unterdruck, um den größtmöglichen Teil der freigesetzten oder freisetzbaren Spaltgase zur Gasaufnahmevorrichtung 62 ( abzuführen (F i g. 4). Infolge der herabgesetzten Temperatur, bei der diese Maßnahme vorgenommen wird (die Wartungstemperatur liegt praktisch stets zwischen 150 und 200°C), werden anschließend nur noch sehr geringe Mengen Spaltgase abgegeben.

Man schließt dann die Ventile 64 und 68 und

öffnet anschließend mittels des Steuersignals 90 das Ventil 76 (F i g. 5), um reines Argon in die Brennstoffelemente B zu schicken. Diese doppelte Maßnahme (Öffnen der Ventile 64 und 68, Erzeugen eines Unterdrucks, Einleiten von Argon) kann, falls erforderlich, mehrfach wiederholt werden. Durch Messung der Aktivität des von der Pumpe 66 angesaugten und zur Gasaufnahmevorrichtung 62 weitergeleiteten Gases kann man sich Gewähr verschaffen, daß dieser Arbeitsgang erst beendet wird, wenn die Kontaminierung auf einen tragbaren Wert abgesunken ist.

Dieser Reinigungsarbeitsgang kann während der zur Abnahme der Aktivität der Brennstoffelemente notwendigen Zeitdauer durchgeführt werden, so daß die Wartungsdauer nicht verlängert wird. Nach ₍ Beendigung der Reinigung (Spülung) schließt man '■ alle Ventile 52 und die Ventile 64 und 68. Mittels der Wartungshaube der Lademaschine hebt man das zu ersetzende Brennstoffelement B heraus. Das Natrium tritt dann in das Brennstoffebment (falls kein automatisches Rückschlagventil vorgesehen ist) und in das Rohr 44 ein. Selbst ohne ein Rückschlagventil wird jedoch dieser Eintritt durch den porösen Stopfen herabgesetzt, wodurch man in bestimmten Fäll an die Brennstoffelementanordnung wieder verwenden kann.

Das in das Rohr 44 eingedrungene Natrium wird vom Ventil 52 abgespsrrt. Eine Heizung des außerhalb des Behälters 48 liegenden Teils des Rohrs 44 muß vorgesehen sein, um ein Erstarren dieses Natriums zu verhindern. Diese Heizung ist jedoch wegen der geringen Abmessungen des Rohrs nicht schwierig.

Das in das Rohr 44 eindringende Natrium verdrängt das darin enthaltene Argon zum Behälter hin, jedoch besteht wegen der vorhergehenden Reinigung bzw. Spülung keine Gefahr einer Kontaminierung des Kühlmittelkreislaufs. Das neue Brennstoffelement wird dann eingesetzt. Um zu verhindern, daß es sich teilweise mit Natrium füllt, kann man das Rohr 36 durch ein Rückschlagventil oder einen Stopfen mit tiefer Schmelztemperatur (die zwischen der Wartungs-

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temperatur und der Eintrittstemperatur des Natriums sen, bis die schadhaften Brennstoffelemente abgetrennt

im Betrieb liegt) verschließen oder sich auf den porösen werden konnten.

Stopfen verlassen. Diese letztgenannte einfachere ., _{x ±} ,, „,..

Lösung ist im allgemeinen ausreichend, da die Vo- . Feststellung von Störungen

lumina des Rohrs 36 und des Gassammclhohlraums34 5 Das oben beschriebene Verfahren zum Austausch

gering sind. von Brennstoffelementen bietet eine Lösung für die

Wenn sich das neue Brennstoffelement dann sehr ersten vier der oben aufgezählten Punkte. Die Festnahe bei seiner Endstellung in dem Unterzug 14 stellung von Störungen mit Hilfe des Siphons 50 befindet, öffnet man das entsprechende Ventil 52. erfordert, daß man wanrend des Betriebs des Reaktors Nachdem der Druck ρ im Rohrnetz inzwischen auf 10 ρ <p₂ hält, damit im Fall eines Lecks das Natrium einen höheren Weit als der Druck des Natriums gegen in die Leitung 56 und nicht die Spaltprodukte in den das Ventil 52 eingestellt wurde, wird der Hauptteil Reaktorbehälter gelangen. Der zuvor durch Einleiten des Natriums in den Behälter 48 zurückgedrückt; nur eines Gases beim Austausch des entsprechenden eine kleine Natriummenge gelangt in die Leitung 56. Brennstoffelements geleerte Siphon 50 stellt einen Der Eintritt eines kleinen Volumens vom gleichen Gas 15 Auffangplatz für das Natrium dar, wo es sich vor dim wie das im Gaspolster eingeschlossene in den Behälter Eintritt in die Leitung 56 sammelt. Der Eintritt von 48 stört nicht. Natrium in diesen Bereich kann auf beliebige übliche

Das Brennstoffelement wird schließlich in seine Weise festgestellt werden, und man kann vorsehen,

Endstellung gebracht. Den dichten Sitz an der Be- daß dann ein Alarmsignal ausgelöst und das dem

rührungsstelle kann man durch Messung der Gasleck- 20 schadhaften Brennstoffelement entsprechende Ventil 52

menge feststellen. Diese Routinemaßnahme ist für geschlossen wird..

jedes auszuwechselnde Brennstoffelement durchzu- Die Zwischenschaltung des normalerweise geschlos-

fuhren, wobei das Ventil 52 des gerade ausgetauschten senen Ventils 58 dient nicht nur zum Scnutz der

Brennstoffelements offen ist. Vor dem Anlaufen des Gasaufnahmevorrichtung 62, sondern ermöglicht auch

Reaktors öffnet man alle Ventile 52 und wiederholt die 25 die Reparatur schadhafter Bestandteile, ohne daß

Spülmaßnahmen, und zwar diesmal zur Verringerung man den ganzen Kreislauf verdoppeln muß.

der im Inneren der Brennstoffelemente B befindlichen Statt eines Lecks kann auch eine Verstopfung im

Natriummenge. Betrieb auftreten. Wenn man dem Rohr 44 einen

Anlauf genügenden Durchmesser (10 bis 12 mm) gibt, kann

30 man jedoch fast sicher sein, daß keine Verstopfung

Beim Anlaufen des Reaktors, wenn die Natrium- , eintritt. Außerdem kann man sich bei jedem Herausdurchflußmenge sehr gering ist, muß der Druck ρ auf nehmen des Brennstoffelements davon überzeugen, daß einem geringen Wert gehalten werden (da p₂ wegen keine beginnende Verstopfung vorhanden ist, und der geringen Druckverluste kaum höher, als p_x ist). gegebenenfalls ihre Beseitigung durch Durchblasen mit Der Druck p₂ steigt jedoch mit der Natiiumdurchfluß- 35 Gas oder Ansaugen von Natrium versuchen. Eine menge, und man muß im Verlauf des Anlaufvorgangs Verstopfung des Rohrs 36 des Brennstoffelements ist die Brennstoffelemente unter Druck setzen, um . kaum zu beidrehten, da dieses Rohr duren den porösen Natriumverluste zur Gasaufnahmevorrichtung 62 hin Stopfen geschützt ist und gleichzeitig mit dem Brennzu vermeiden. stottelement erneuert wird.

Man kann zu diesem Zweck die gleiche Regelung 40 Die Möglichkeit der Einleitung von Gas in die wie beim Austausch eines Brennstoffelements an- Brennstoffelemente kann auch außerhalb der Anlaufwenden : Wenn der Druck/? zu niedrig ist, beispielsweise und Brennstoffelementaustauschzciten benutzt werden, kleiner als p_m—Ap, löst der Komparatorkreis 86 Das Einleiten von Gas ermöglicht eine-Verdünnung ein Alarmsignal aus. Die Bedienungsperson öffnet der Spaltprodukte und eine vollständigere Aoführung dann das Ventil 76, um Argon in die Brennstoff- 45 derselDen aus den Brennstoffelementen und damit eine elemente einzuleiten. Dieses Ventil 76 schließt sich bessere Arbeitsweise der Gasaufnahmevorrichtung 62, automatisch, sobald ρ einen vorbestimmten Wert wenn in dieser eine Behandlung und nicht nur eine erreicht, der auf p_m -|- Ap festgelegt werden kann, einfache Speicherung vorgenommen wird,
damit die Ventile 76 und 58 gleiche Öffnungsbereiche Die in Fig. 6 gezeigte abgewandelte Ausführungshaben. 50 form der Erlindung unterscneidet sich von der be-·

Der gewählte Wert Ap ergibt sich aus einem schriebencn in zwei wesentlichen Punkten. Einerseits Kompromiß zwischen einander entsprechenden For- sind in dem die Brennstoffelemente im Inneren des derungen: Einerseits muß Ap genügend groß sein, um Reaktorbehälters tragenden Unterzug mehrere jeweils die in die Gesamtheit der Rohre 44 gelangenden mit einem Teil der Gesamtzahl der Brennstoffelemente Natriumlcckmengen herabzusetzen, während anderer- 55 verbundene Untcrsammclleitungen vorgesehen und seits die von hohen Werten p—pi hervorgerufenen nur diese mit aus dem Behalter herausführenden Spannungen am Kopf der Brennstoffelemente ver- Austrittsrohrcn versehen, so daß die Zahl der Ausmieden werden müssen. Schließlich ist es wünschens- trittsrohre gegenüber dem obigen Fall stark herabwert, die Öffnungsfolge des Venlils 58 zu begrenzen, gesetzt ist. Andererseits ist jedes Brennstoffelement was man besser mit hohen Werten Ap erreicht. 60 mit einem Rückschlagventil versehen, das sich außerhalb der feilen, wo das Llemenl mit der Untersammel-Störungsfall leitung verbunden ist, automatisch schließt.'

Diese Ausbildung ist insbesondere für die Reak-

Durcii die Handsteuerung des Ventils 58 ist die toren /u bevorzugen, bei denen der Core aus. zahl·

Gasaufnahmevorrichtung 62 gegen den Eintritt von 65 reichen KemhiennslolTelementen zusammengesetzt ist,

Natrium gcschiil/t. Wenn 'tatsächlich infolge' eines die voneinatidei 'unabhängig Ivtrielvn werden können,

schweren Unfalls lireniislofl'elemi nd· zerstört wurden. Das lirciiiisioffclcmcnl ti kann Ivispielswoise \on

liiill die licdicmmgspcisniulnsScluil/xcnlil 5KgCScIiIoS- der ArI. wie tl.is in der ΙΊίιιιζομμΊκίι l'alenl.inuiel-

dung 60 129 vom 3. 5. 1966 des Patentinhabers beschriebene oder, von einem Typ, wie der in F i g. 1 gezeigte, sein. Das Brennstoffelement B' der F i g. 6 setzt sich zusammen aus einer Hülle 10', in der (nicht wiedergegebene) dünne Stäbe (Nadeln) aus in eine dichte Hülle eingeschlossenem spaltbaren und/oder Brütermaterial angeordnet sind. Die mit spaltbarem Material ausgestatteten Stäbe stehen entweder direkt oder über die mit Brütermatcrial ausgestatteten Stäbe mit einem im unteren Teil der Hülle vorgesehenen Sammelhohlraum 104 in Verbindung.

Der Sammelhohlraum 104 setzt sich in einem starren Abführrohr 36' fort, das einen axialen Kanal 102 von geringem Durchmesser besitzt. Trennwände 106 zentrieren das Rohr 36' im Fuß 103 der Hülle und tragen das Rohr und den Hohlraum. Am unteren Teil des starren Abführrohrs 36' ist ein im ganzen kegelförmig ausgebildeter Stempel 1(!8 befestigt, dessen größter Durchmesser dem des FuCes 103 entspricht. Wie im folgenden beschrieben, dienen der Fuß 103 und der Stempel 108 zur Zentrierung des Brennstoffelements B' im Unterzug 14'. Im Stempel 108 ist ein Rückschlagventil angeordnet, das aus einer Kugel 110 und einem Sitz 112 besteht, gegen den die Kugel von einer Feder 114 gedrückt wird. Wenn das Brennstoffelement B' frei ist, ist dieses Kugelventil geschlossen.

Der Unterzug 14' besteht aus einem starren, durch Zwischenwände in mehrere übercinanderliegende Kästen unterteilten Tragwerk. Die Deckplatte 116 des Unterzugs und eine Trennwand 118, die durch mit Öffnungen 122 versehene Schachtrohre 120 verbun- ' den sind, schließen einen EinlaE kasten 124 für das flüssige Kühlmittel (im allgemeinen flüssiges Natrium) ein. Dieses Kühlmittel gelangt vom Einlafikasteh 124 in die Brennstoffelemente B' und strömt in diesem aufsteigend- gemäß dem durch die ausgezogen- gezeichneten Pfeile /'angegebenen Weg. Der Innendurchmesser der Schächtrohre 120 ist so bemessen, daß der Stempel 108 darin mit einem geringen Spiel gleitet, das ausreicht, damit etwas Kühlmittel vom Einlaßkasten 124 zwischen der Wand des Schachtrohrs 120 und dem Stempel 108 hindurch zur Ableitung 126 gelangt, die durch eine AblaCleitiing 128 mit dem Niederdruckteil des Natriumkreislatifs verbunden ist. Daher wirkt trotz des aufsteigenden' Kühimittelkreislaufs keinerlei resultierende Druckkraft auf das Brennstoffelement. Die auf das eigentliche Brennstoffelement ausgeübten Kräfte sind mit den auf den Stempel 108 ausgeübten Kräften im ,Gleichgewicht, so daß das Brennstoffelement init >;einem ganzen Gewicht auf seiner im folgenden beschriebenen Tragvorrichtung ruht! ·

Die Tragvorrichtung weist eine Trennwand 136 auf, die die obere Wand eines Sammlerkasteris 130 bildet, der ehenfalls 'ethen Teil des Unter?ügs 14' darstellt und durch Querwände 132 iii einer Reihe von Untersam inlern geteilt ist. Die Trennwand 136 trägt gegenüber jei'em Schachtrohr 120 ein Stüti/rohr 138, das einen axideri Ahführuhgskanai 140.besitzt. Die Länge. _: dieses Stiibrohrs 138 ist genügeiiii bemessen, daß .sicli seih oberes kegelförmig ausgebildetes Ende 142 bezug-, litli des .Schachtrohrs geringfügig radial verschieben kann, wodurch eiiie gute Zentrierung der Auflagezoncn erreicht wird. Auf dieses obere kegelförmige Ende 142 . .setzt .sicli i'er das Endstück des Bannsioffelements B' bildende SIe 111 fiel 108 so, daß eiiic im wesentlichen dichte Verbindung hergestellt wird. Wenii das Brennstoffelement sich an Ort und Stelle befindet und vom Stützrohr 138 getragen wird, hebt dessen Ende 142 die Kugel 110 von ihrem Sitz 112 und stellt die Verbindung zwischen den Kanälen 102 und 140 her. Wie ersichtlich, steht also jedes der Brennstoffelemente B' des Kernreaktors mit einem Untersammler in Verbindung, und jeder dieser Untersammler gehört zu mehreren. Brennstoffelementen.

Der obere Teil jedes der im Kasten 130 ausgebildeten Untersammler steht durch eine mit nicht gezeigten Verschlußvorrichtungen versehene Leitung 44' mit einer Aufnahme- und Behandlungsvorrichtung für die Spaltgase ähnlich der obenerwähnten in Verbindung. Eine zweite Leitung 146 verbindet den unteren Teil jedes Untersammlers des Kastens 130, wo sich die eventuellen Leckmengen von flüssigem, mit Caesium und Jodsalzen beladenem Natrium sammeln, mit einer zweiten nicht gezeigten Aufnahmeeinrichtung. Schließlich kann durch eine mit dem oberen Teil jedes Untersammlers des Kastens 130 verbundene Leitung 148 Argon unter Druck dort eingeführt werden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ergibt sich aus der obigen Beschreibung und wird daher hier nur noch kurz erläutert.

Beim Betrieb des Reaktors werden die Spaltgase auf dem in der Figur durch die gestrichelt gezeichneten Pfeile /" 'angegebenen Weg nach einem ähnlichen Verfahren, wie oben im einzelnen angegeben, abgeführt. Wenn ein Brennstoffelement/?' ausgetauscht werden muß, wird der Reaktor stillgelegt. Der von den Gasen eingenommene Teil des entsprechenden Untersammlers des Kastens 130 wird durch einen Argonstrom gespült, der von der Leitung 148 her eingeführt und durch die Leitung 44' abgeführt wird und die Spaltgase mitnimmt. Die am Boden des Kastens 130 befindliche radioaktive Flüssigkeit, wird durch die Leitung 146 herausgedrückt, indem man durch die Leitung 148 Argon unter Druck einleitet. Die Leitungen 44' und 146 werden anschließend verschlossen, und das Brennstoffelement/i' wird herausgehoben. Dabei schließt sich das Kugelventil automatisch, sobald die Kugel 110 nicht mehr mit dein Rohr 138 in Berührung steht, und verhindert so den Eintritt von Natrium in den Kanal 102 und den"-Hohlraum 104. Anschließend wird im Untersammlcr .,ein geringer Argondruck aufrecht-' erhalten, um den Eintritt von Natrium in den Kanal 140' zuverhindern.

Beim Einsetzen eines neuen Brennstoffelements wird, wie ersichtlich, im Betrieb eine ausgezeichnete Abdichtung der Verbindung zwischen dem Stempel 108 und dem Rohr 138 durch den Auflagedruck des Brennstoffelements B' erzielt, das mit seinem ganzen Gewicht auf das Röhr 138 drückt. Der Eintritt von flüssigem Kühlmittel in den Kanal 102 während des Einbaus eines neuen Brennstoffelements wird durch das Kugelventil verhindert. Selbst wenn letzteres beim Herausnehmen des Elements in,der offenen Stellung blockiert sein sollte, treten dadurch keine besonderen Schwierigkeiten auf, da das Brennstoffelement anschließend zur Aufbereitung zerlegt wird. . - ■"..·■■;·..

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abführen von Spaltgasen, die beim Betrieb eines Atoinkcrnreaktors in den Brennstoffelementen gebildet werden, welche iiv den! zur Aufnahme des Kühlmittels des Reaktors dienenden Behälter angeordnet sind, wobei jedes Brennstoffelement oder jede Anordnung von' Brennstoffelementen ein Abfiihruhgsrohr mit einer

Verschlußvorrichtung aufweist und für eine Mehrzahl von Brennstoffelementen oder Breiinstöffelementanordnungen eine die Abführungsrohre mit einer Spaltgasaufnahmevorrichtung verbindende Verbindungsleitung vorgesehen ist, die mit einer S außerhalb des Reaktorbehälters angeordneten Verschluß vorrichtung versehen ist, wobei ferner eine an die Verbindungsleitung zwischen deren Verschlußvorrichtung und den Brennstoffelementen anschließbare Druckgasquelle, welche Gas, unter einem höheren Druck als der des Kühlmittels, liefert, vorgesehen ist, dadurch, gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Abfiihrungsrohr (36, 44, 50 oder 102, 140) einen Spaltgassammelraum (34 oder 104) über eine dichte Steckverbindung mit der Verbindungsleitung (56 oder 44') verbindet und daß die im Betrieb normalerweise geschlossene Verschlußvorrichtung (58) für die Spaltgasabführung von Hand zu öffnen ist und automatisch schließt, wenn der Druck in der Verbindungsleitung auf oder unter den Mittelwert der Drücke des Kiihlmediums stromauf- und stromabwärts von den Brennstoffelementen abfällt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Mechanismus, der die gleichzeitige Öffnung des Ventils (58) und eines die Druckgasquclle von der Verbindungsleitung absperrenden Ventils (76) verhindert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Abfiihrungsrohr aus einem mit dem Brennstoffelement fest verbundenen Teil (36, 36') und einem mit der den Fuß des Brennstoffelements aufnehmenden Stützvorrichtung (14, 14') fest verbundenen Teil (138,42) besteht und diese Teile sich abdichtend berühren, wenn das Brennstoffelement an seinem Platz auf der Stützvorrichtung (14, 14') ruht..

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie für jedes Brennstoffelement einen in einem Stück mit dem Brennstoffelement ausgebildeten Spaltgassanimelhohlraum aufweist, der starr mit einem in seinem unteren Teil mit einem Rückschlagventil (HO) versehenen Abfiihrungsrohr (36') verbunden ist, und ein in einen Sammlerkasten (130) mündendes und mit einer Spaltgasaufnahmevorrichtung (62) verbundenes festes Stützrohr (138) aufweist, wobei das Brennstoffelement (B) mittels des Abführungsrohrs auf dem Stützrohr unter Ausbildung einer dichten Verbindung ruht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfiihrungsrohr (36') mit einem automatisch schließenden Kugelventil (110, 112, 114) versehen ist und das Stützrohr (138) an seinem einen Ende (142) so ausgebildet ist, daß es das Ventil geöffnet hält, wenn das Brennstoffelement auf dem Stützrohr (138) ruht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen