DE1564640A1 - Gasgekuehlter Druckroehrenreaktor mit durch Graphitleitrohre umhuellten Brennelementen - Google Patents

Description

• Gasgekühlter Druckröhrenreaktor mit durch Graphitleitrohre umhüllten Brennelementen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf gasgekühlte Druckröhrenreaktoren mit durch Graphitleitrohre umhüllten Brennelementen, in denen eine Vielzahl von den Kernbrennstoff enthaltenden Brennstäben mit Hilfe von Stabhaltern, bestehend aus Stabhalteringen und -gittern, hängend befestigt ist. Diese Brennelemente befinden sich während des Betriebes in Führungs- oder Druckrohren, die mit dem Reaktor-Kerngerüst fest verbunden sind und durch die das Kühlmittel strömt. Meistens sind m einem derartigen Kühlkanal oder Druckrohr mehrere Brennelemente übereinander angeordnet. Sie werden zum Be- und Entladen des Reaktors mit Hilfe einer Lademaschine gefaßt und entsprechend bewegt, wobei es möglich sein soll, den Reaktorbetrieb deswegen nicht zu unterbrechen. Da es für den ungestörten Betrieb eines Reaktors notwendig ist alle nur irgendwie denkbaren Störungsfälle in Betracht zu ziehen und entsprechende Gegenmaßnahmen bereit zu holten, besteht beim Brennelementwechsel die hypothetische Möglicnkeit, dcß sich während des Transportes'ein Brennelement aus der Verbindung mit der Lademaschine löst und in das Druckrohr zurückfällt. Ein derartiger Unfall könnte ernsthafte' Folgen haben, wenn nämlich im Falle eines Druckröhrenreaktors, der z.B. mit schwerem oder leichtem Wasser moderiert ist und mit Gas gekühlt wird, der Moderator in den Kühlal. eindringt Ader das Kühlmittel in den Moderatorbehälter. Es wäre auch denkbar, daß der Kühlkanal b2w. das Druckrohr so verstopft wird, daß keine ausreichende Wärmeabfuhr durch das Kühlmittel gewährleistet werden kann, so daß die Gefahr des Schmelzens der abgestürzten Brennelesente besteht. Beides würde eine sehr starke Beschädigung eines Kernreaktors bedingen und wenn diese überhaupt reparabel ist, sehr zeitraubende oder kostspielige Reparaturarbeiten nach ei4ziehen. Es ist deshalb schon Irnrg$sehiagen worden, sogennte Ab- sturzsicherungen in die br,ckrOhren einzubauen, die a.B.

  aus vorstehenden Xapp*n bestehen, die in entspreche Aus-

  nehgungen des @reelt.eitdes@ pa$ser, wenn das` enn-

  elenent in das DruabT1übr hnein" oder hinabewewerden

  soll. Dazu ist dis tsdhibe Mit einer Draheinrichtting

  auszurüsten, die in jedem Einzelfall die Justierung zwischen

  Zeitrohr und Druckrohr besorgen sxuß. Auch ist der Her-

  stellungeauiwand verhältnismäßig groß, ganz abgesehen davon,

  daß auch hier u.U. Störungen durch Verklemmen-usw. vorkommen können.
• Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, dieses Sicherheitsproblem ohne zusätzlichen Aufwand an der Lademaschine und praktisch ohne zusätzliche Einbauten in den Druckrohren im wesentlichen nur durch entsprechende konstruktive Ausbildung der Brennelemente selbst zu lösen. Erfindungsgemäß sind die Stabhalteringe und -gitter mit Sollbruchstellen versehen und sind am unteren-Ende jedes Druckrohres Bremsstrecken zum Abfangen von eventuell aus den Halterungen von Greiforganen sich lösenden und fallenden Brennelementen angeordnet. Diese Sollbruchstellen werden zweckmäBigerweise durch Querschnittsverengungen an den Verbindungsstellen zwischen Stabhaltegittern und -ringen gebildet. Die Bremsstrecke besteht aus einem außen zylindrischen Auffänger, der über den unteren Abschirmkörper des Druckrohres bzw. des Kühlkanals angeordnet oder sogar ein Teil desselben mit einer zentralen konischen Bohrung versehen ist, deren oberer Durchmesser größer als der Brennelementdurchmesser ohne Zeitrohr und dessen unterer Durchmesser kleiner als der Durchmesser der eng aneinandergepreßten Brennstäbe des Brennelementes ist.
• Das Prinzip dieser in den Figuren 1 bis 5 näher dargestellten Einrichtung besteht demnach darin, einmal die Zerstörung beim Aufprall des Brennelementes auf dessen-Inneres zu konzentrieren um die Übertragung von Kräften in radialer Richtung auf den Kühlkanal zu vermeiden und zum anderen darin, die das Hauptgewicht der Brennelemente ausmachenden Brennstäbe auf einem relativ langen Weg abzubremsen, um eine zu starke Schlagbelastung des Kühlkanals in axialer Richtung zu vermeiden.
• Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung die Normallage von zwei Brennelementen 40 in einem Druckrohr oder Kühlkanal 10. Die beiden Brennelemente 40 ruhen aufeinander, wobei das unterste auf dem zylindrischen Auffänger 12 steht, der die Verlängerung des unteren Abschirmkörpers 13 des Kühlkanals bsw. des Druckrohres darstellt. Letztere Verhältnisse sind in größerem Maßstab in Fig. 5 dargestellt, wobei die Länge L des Auffängers 12 den Bremsweg eines eventuell abetürzenden Brenneleoentes b$w. seiner Brennstäbe darstellt, sie richtet sich daher in ihrer hänge nach dem Gewicht der abzubrexsenden Teile: Die Brennelemente selbst bestehen, s. auch F"ig. 3, aus einem äußeren Graphitleitrohr 4, dem damit verbundenen gtabhe.ltering 1, dem Stabhaltegitter 2 und den daran hängenden einzelnen Brennstäben 5. Diese sind über die hänge des Elementes gesehen durch ein oder mehrere Abstandshaltergitter 6 in ihrer,gegenseitigen Zage fixiert.
• Aus der Fig. 4, die eine Draufsicht auf ein derartiges Brennelement 40 darstellt, ist die räumliche Zuordnung der einzelnen Brennstäbe 5 sowie ihre Halterung am Stabhaltegitter 2 zu ersehen. Das Stabhaltegitter 2 ist dabei über die Stege 3 mit dem Stabhaltering 1 verbunden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, haben diese Stege ihre schwächste Stelle an der Einmündung in den Stabhaltering 1. Diese wirkt im Falle eines Brennelementabsturzes als Sollbruchstelle.
• Die Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung wie in der Fig. 1, jedoch nach Eintritt eines Absturzes des oberen Brennelementes 40 beim Einführen in das Druckrohr 10. Das untere Brennelement 40 sei ohne Unfall im Druckrohr 10 vorher abgesetzt worden. Bein angenommenen,Abstürzen des oberen Brennelementes trifft zunächst das Leitrohr 4 desselben auf den Stabhaltering 1 des unteren Brennelementes auf. Unter dem Gewicht der an Stabhaltegitter 2 hängenden Brennstäbe wird sich zunächst dieses Stabhaltegitter 2 nach unten durchbiegen. Anschließend reißen die Sollbruchstellen 3 und das Brennatabbündel bewegt sich, bereits etwas abgebremst,, nach unten. Dort trifft es auf das Stabhaltegitter des unteren Brennelementes 2, das sich unter dem Aufprall der Brennstäbe 5 zunächst ebenfalls nach unten durchbiegen und anschließend reißen wird: Durch die Verformung dieses Gitters und die nachdrückende Nasse der oberen Brennstäbe 5 werden diese etwas nach innen zusammengedrückt und treten in den Stabhalterng 1 des unteren Brennelementes 4 ein. Durch diesen werden sie weiter zusammengedrückt und in zunehmendem Maße abgebren$ti bis ihre Bewegung zum Stehen kommt. Die Brennstäbe 5 des unteren Brennelementes, die durch den Aufprall des oberen von Stabhaltering ebenfalls losgerissen wurden, treten mit ihrem unteren freien Ende in den zglindrischen Auffä.nger 12 ein. Sie werden dort unter Verformung eventuell der Abstandshalter zusammengepreBt und ihre Bewegungsenergie wird durch die Reibung aufgezehrt. Der Ruffänger 12 ist dabei so kräftig, daß er durch die Radialkomponente des Schubes der Brennstäbe nicht gesprengt wird. Er kann zu diesem Zweck z.B. mit inneren Verstärkungsankern in Umfangs- und in axialer Richtung ausgerüstet sein.
• Die Pallenenergie einen abstürzenden Brennelenentes wird demnach durch die Verbiegung der Stabhaltegitter, durch das Abscheren der Sollbruchstellen 3 sowie durch das-Einkeilen der Brennstäbe 5 in den offenen Stabhalteriag des damerliegenden Brennelementen bzs. in Ruffänger 12 absorbiert. Praktische Versuche haben erwiesen, daß bei eine. Absturz derart ausgebildeter Brennel.esente keine Benahädigung den Druckrohres zu erwarten ist und äsit auch die Beschädigungen an Graphitleitrohr nur geringfügiger Natur sind. irote des Zusammendrilckenn der abfallenden Brennstäbe 5 in der Auffangeinrichtung bzw. in Stabhaltering, das natürlich. eine Verringerung de* freien Kühltitteldurchtritts mit sich bringt, ist die Gewähr gegeben, daß noch eine ausreichende Notäühlung aufrecht erhalten bleibt. Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich dabei nicht auf die in den Piguren dargestellten ,Ausführungsbeispiele, da in konstruktiver Hinsicht noch viele Möglichkeiten gegeben sind, die eingangs genannten Prinzipien zu verwirklichen!

Claims (1)

1. Patentansprüche Gasgekühlter Druckröhrenreaktor mit durch Graphitl.eit:-rohre umhüllten Brennelementen, in denen eine Vielzahl von den Kernbrennstoff enthaltenden Brennstäben mit Hilfe von Stabhaltern, bestehend aus Stabhalteringen und -gittern, hängend befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabhalteringe und -gitter mit Sollbruchstellen versehen und am unteren Ende jedes Druckrohres Bremsstrecken zum Abfangen von eventuell aus den Halterungen von Greiforganen sich lösenden und fallenden Brennelementen angeordnet sind. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchstellen durch Querschnittsverengungen an den Verbindungsstellen zwischen Stabhaltegittern und -ringen gebildet sind. Reaktor nach Anspruch 't, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsstrecke*aus einem außen zylindrischen Auffänger besteht, der über dem unteren Abschirmkörper des Druckrohres bzR. des Kühlkanals angeordnet oder ein Teil desselben ist und mit einer zentralen konischen Bohrung versehen ist, deren oberer Durchmesser größer als der Brennelementdurchmesser ohne Zeitrohr ist und dessen unterer Durchmesser kleiner als der Durchmesser der eng aneinandergepreßten Brennstäbe des Brennelementes ist.