DE1589801B2

DE1589801B2 - Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln

Info

Publication number: DE1589801B2
Application number: DE1589801A
Authority: DE
Inventors: William Brendan Bigge; James Lloyd Lass; George Allen Roupe; Dominic Ambrose Venier
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1966-01-17
Filing date: 1967-01-16
Publication date: 1974-08-01
Also published as: US3349004A; ES335669A1; DE1589801A1; BE692665A; SE326779B; GB1171383A; US3382153A; IL27062A; DK120248B; NO123914B; FI49760B; FR1506946A; FI49760C; NL6700035A; DE1589801C3; CH470727A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln, die jeweils an zwei Seiten einem Regelstab von kreuzförmigem Querschnitt benachbart sind, wobei jedes Brennstoffbündel aus einer Vielzahl von in einer quadratischen Anordnung an ihren Enden durch je eine Halterungsplatte gehaltenen, mit Brennstoff versehenen Stäben besteht.

Kernreaktoranlagen sind üblicherweise so ausgelegt, daß sie periodisch abgeschaltet werden können, um den Brennstoff im Reaktorkern zu ersetzen. Dieses Austauschen der Brennstoffstäbe des Reaktors wird so durchgeführt, daß der bestrahlte Brennstoff teilweise oder ganz gegen unbenutzte Brennstoffstäbe ausgetauscht wird. Der Plan zum Ersatz oder Austausch der Brennstoffstäbe ist auf ein Abschalten des Reaktors während solcher Zeiträume abgestellt, in denen die Leistungsabgabe an das Stromnetz ein Minimum ist.

Ein solcher Austauschplan kann es beispielsweise erforderlich machen, daß 20 bis 25 % des bestrahlten Brennstoffs aus dem Reaktorkern herausgenommen und durch frische Brennstoffstäbe ersetzt wird. Wenn der Kernreaktor beispielsweise so ausgelegt ist, daß je Jahr 25 % des Brennstoffs ausgetauscht wird, so sind 4 Abschaltungen notwendig, um am Ende eines Zeitraums von 4 Jahren im normalen Betrieb den ursprünglich eingesetzten Brennstoff vollständig zu ersetzen.

Wie nun die Ersatzbrennstoffstäbe ausgelegt werden müssen, die an Stelle der ursprünglichen Brennstoffstäbe in den Reaktor eingesetzt werden sollen, wird nun viele Monate vor dem Einsetzen der Ersatzstäbe festgelegt. (Eine Zeitspanne von 12 Monaten ist hierbei nicht unüblich.) Der größte Teil dieser Zeit wird dafür benötigt, die Ersatzbrennstoffe auszulegen, herzustellen, zu prüfen und auszuliefern. Entscheidend ist nur, daß die Konstruktion und Planung der Ersatzbrennstoffstäbe auf einem Zustand des Kernreaktors beruht, den der Kernreaktor am Tag des Brennstoffaustauschs voraussichtlich aufweist. Die hauptsächlichen Bedingungen, die bei der Planung und dem Aufbau der Ersatzbrennstoffstäbe berücksichtigt werden müssen, sind:

1. die Reaktivität des Reaktorkerns und des restlichen Brennstoffs,

2. die Lebensdauer und die Reaktivität der Ersatzbrennstoffstäbe,

3. die Regelstärke der Regelstäbe (das heißt, die Neutronenabsorptionseigenschaften der Regelstäbe) und

4. der Regelüberschuß aller Regelstäbe über die Regelstärke hinaus, die zum Abschalten des Reaktors erforderlich ist.

Da nun die Ersatzbrennstoffstäbe für viele Monate im voraus konstruiert und berechnet werden, besteht eine beachtliche Wahrscheinlichkeit dafür, daß die Eigenschaften dieser Ersatzbrennstoffstäbe nicht genau den Erfordernissen im Reaktor zu dem Zeitpunkt angepaßt sind, an dem der Reaktor abgeschaltet wird, sofern unvorhergesehene Abweichungen von den ursprünglich vorhergesagten Zuständen auftreten. Solche Abweichungen können beispielsweise vom Betrieb des Reaktors auf einem höheren oder niedrigeren Leistungspegel herrühren als ursprünglich angenommen wurde. Von wirtschaftlichen Gesichtspunkten her wäre es nun sehr günstig, wenn man die Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe so ändern könnte, daß die Ersatzbrennstoffstäbe die Forderungen so genau wie möglich erfüllen können, die vom Reaktor an sie gestellt werden. Wenn die Ersatzbrennstoffstäbe erst einmal hergestellt worden sind und Eigenschaften aufweisen, die für die angenommenen Reaktorzustände besonders günstig sind, so gibt es nach dem bisherigen Stand der Technik nur sehr beschränkte und arbeitsintensive Möglichkeiten, die nuklearen Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe so zu ändern, daß die Abweichungen von den angenommenen Reaktorzuständen berücksichtigt werden können, um die Bedürfnisse des Reaktors und die Eigenschaften der Ersatzbrennstoffstäbe zum Zeitpunkt des Brennstoffaustauschs genau aufeinander abstimmen zu können. Der Zeit- und Kostenaufwand zur Änderung solcher Brennstoffbündel bei den oben geschilderten Bedingungen war so groß, daß man lieber nichtmodifizierte Ersatzbrennstoffstäbe verwendete und diese Brennstoffstäbe mit geringerem Wirkungsgrad verwendete. Weiterhin konnte es erforderlich werden, Regelstäbe auszutauschen, ohne daß dieser Austausch bereits geplant war, um den Reaktivitätswert dieser Stäbe zu er-

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höhen oder zu erniedrigen. Zusätzlich konnte es den restlichen Stäben stärker oder auch schwä-

erforderlich sein, die Brennstoffbündel im Kern neu eher angereichert sein kann,

anzuordnen. Hierdurch war sehr häufig ein erheb- 2. Brennstoff, der mit einem speziellen Neutronen-

licher finanzieller Aufwand bedingt und ebenso absorber gemischt ist,

wurden die Stillstandszeiten der Reaktoranlagen weit 5 3. Verdünnungsmaterial wie beispielsweise Alugrößer als ursprünglich geplant war. Diese Erschei- miniumoxid oder Zirkonoxid, das mit einem nungen stehen aber dem Ziel, eine Kernreaktoran- speziellen Neutronenabsorber gemischt ist,
lage wirtschaftlich und mit hohem Wirkungsgrad zu 4. Neutronenabsorber ohne weitere Zusätze,
betreiben, entgegen. . Man hat nun gefunden, daß durch das Einsetzen

Es ist zwar ein Kernreaktor der eingangs be- ίο der herausnehmbaren Stäbe in die eben beschriebeschriebenen Art bereits aus der USA.-Patentschrift nen Gebiete, die Wirksamkeit des benachbarten 3 164 530 bekannt. Bei diesem bekannten Kernreak- Regelstabs und/oder die Reaktivität des Brennstofftor sind jedoch nur aus mehreren Brennstoff stäben bündeis eingestellt werden kann. Wenn man beibestehende Brennstoffbündel ohne Störung der übri- spielsweise die Regelstärke eines Regelstabs gegengen Brennstoffbündel austauschbar. Ein Austausch 15 über seiner Regelstärke in Verbindung mit einem oder Ersatz einzelner Stäbe eines Bündels auf ein- nicht modifizierten Brennstoffbündel vergrößern will, fache und leichte Weise, bei dem das Bündel in dem kann man einen herausnehmbaren Stab, der mit dafür'vorgesehenen Behälter verbleiben kann, ist einem Neutronenabsorber gefüllt ist, an diejenige jedoch nicht möglich, vielmehr muß hierzu das Ecke des Brennstoffbündels setzen, die diesem Regelganze Bündel aus dem Behälter herausgenommen ao stab diagonal gegenüberliegt. Dadurch wird eine Ver- und zerlegt werden. Dies bedingt, daß es nicht mög- zerrung des Neutronenflusses um die Mitte des Hch ist, die Betriebseigenschaften des Reaktors auf Brennstoffbündels herum erreicht, derart, daß der einfache Weise zu ändern. Neutronenfluß neben dem herausnehmbaren Stab

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, erniedrigt und in der Nähe des Regelstabs erhöht die Reaktivität von Brennstoffbündeln bei einem as wird. Die Stärke eines Regelstabs kann man dadurch Brennelementwechsel den jeweiligen Abbrandbe- erniedrigen, daß man diesen herausnehmbaren Stab, dingungen kurzfristig anzupassen. Erfindungsgemäß der mit einem Neutronenabsorber gefüllt ist, an wird diese Aufgabe bei einem Kernreaktor der ein- derjenigen Ecke in das Brennstoffbündel einsetzt, gangs genannten Art dadurch gelöst, daß mindestens die genau neben dem Regelstab liegt. Weiterhin hat ein Stab derart in den Halterungsplatten des Brenn- 3° man gefunden, daß man die gesamte Reaktivität stoffbündels gehaltert ist, so daß er einzeln ohne des Brennstoffbündels erhöhen kann, ohne die Regel-Lösung der Halterung für die übrigen Stäbe des stärke des benachbarten Regelstabs zu beeinflussen, Brennstoffbündels auswechselbar ist. wenn man herausnehmbare Stäbe an die richtigen

Durch die Erfindung ist es nun möglich, die Lage Stellen im Brennstoffbündel einsetzt, die angereichereinzeln herausnehmbarer Stäbe bezüglich ihres 35 ten Kernbrennstoff enthalten. Die gesamte Reaktivi-Brennstoffbündels und bezüglich der Regelstäbe so tat des Brennstoffbündels kann dagegen ohne zu wählen, daß den verschiedensten im praktischen nennenswerten Einfluß auf die Regelstärke des da-Betrieb eines Kernreaktors auftretenden Abbränden nebenliegenden Regelstabs gesenkt werden, wenn Rechnung getragen werden kann. man herausnehmbare Stäbe einsetzt, die entweder

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der 40 einen Neutronenabsorber oder aber einen Brennstoff Erfindung weist eine der beiden Halterungsplatten enthalten, der niedriger als derjenige Brennstoff mindestens eine Öffnung auf, die ein Einsetzen oder angereichert ist, der in dem Brennstoffstab ent-Herausnehmen des auswechselbaren Stabs in Stab- halten ist, der durch den herausnehmbaren Stab richtung erlaubt, wobei der auswechselbare Stab an ersetzt wurde. Um jeden Unterschied in der Wirseinem in der Halterungsplatte gehaltenen Ende 45 kungsweise benachbarter Regelstäbe vollständig auseinen sich radial erstreckenden Stift aufweist, durch zugleichen, kann man weiterhin an den richtigen den der Stab unter Drehung in einem Schlitz der Stellen herausnehmbare Stäbe einsetzen, die Absor-Halterungsplatte ver- oder entriegelbar ist. bermaterial enthalten. Weiterhin kann der Zusam-

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der menhang zwischen der Reaktivität und der Lebens-Erfindung ist der einzeln auswechselbare Stab in dem 50 dauer eines Brennstoffbündels dadurch variiert Brennstoffbündel an einem der Stabplätze angeord- werden, daß man die atomare Dichte (Anzahl der net, der sich auf einer Verbindungslinie (Diagonale) Atome je Einheitsvolumen) in dem herausnehmbaren der Stabplätze befindet, die sich von dem Stabplatz, Stab ändert, der die Absorbersubstanz enthält, der dem Kreuzungspunkt des kreuzförmigen Regel- Schließlich kann man auch die Neutronenabsorpstabs am nächsten liegt, bis zu dem Stabplatz er- 55 tionseigenschaften eines herausnehmbaren Stabs, der streckt, der von diesem Kreuzungspunkt am meisten einen Neutronenabsorber enthält, dadurch ändern, entfernt liegt, oder an einem der Stabplätze längs der daß man den effektiven Durchmesser des Absorber-Diagonale. Eine weitere vorteilhafte Ausführungs- materials innerhalb des herausnehmbaren Stabs form besteht darin, daß die Vielzahl von Stäben ändert, ohne daß man den Außendurchmesser des zwei einzeln austauschbare Stäbe umfaßt, die sym- 60 herausnehmbaren Stabs ändert,
metrisch auf entgegengesetzten Seiten der Diagonalen Es sei bemerkt, daß es in bestimmten Situationen angebracht sind. günstig sein kann, die herausnehmbaren Stäbe

Je nachdem, welche Wirkung hervorgerufen wer- einiger oder aller bestrahlter Brennstoffbündel zu

den soll, ist jeder der herausnehmbaren Stäbe ganz ersetzen, wenn auch die einzelnen Brennstoffstäbe

oder teilweise mit einem besonderen Material ange- 65 dieser Bündel nach Plan noch nicht ersetzt werden

füllt, das irgendeinen der folgenden Stoffe enthalten sollen. Das kann beispielsweise auftreten, wenn das

kann: Stillegen der Reaktoranlage gegenüber dem Plan

1. Brennstoff, der genauso wie der Brennstoff in zurückgestellt und die Betriebszeit des Reaktors

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daher verlängert worden ist. Unter solchen Bedin- Fig. 5 ist eine Aufsicht auf die obere Halterungs-

gungen brauchen die Ersatzbrennstoff stäbe, die be- platte des Brennstoffbündels aus Fig. 4 in Richtung

reits mehrere Monate vorher gefertigt worden sind, der Pfeile 5-5; ■ ^

keine ausreichende Reaktivität mehr aufzuweisen, Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht der öff-

um den Reaktorkern für die erforderliche Zeitspanne 5 nungen für die herausnehmbaren Stäbe in der oberen

auf dem normalen Leistungspegel zu halten. Wenn Halterungsplatte aus Fig. 5 in vergrößertem Maß-

nun zusätzlich zum Ersatz einiger bestrahlter Brenn- stab;

stoffbündel die Reaktivität von einigen weiteren be- Fig. 7 ist ein Schnitt längs der Linie 7-7 aus

strahlten Brennstoffbündeln erhöht werden kann, Fig. 6;

kann die Lebensdauer dieser Brennstoffbündel und io Fig. 8 ist eine Seitenansicht eines herausnehm-

damit die Lebensdauer des Reaktorkerns erhöht baren Stabs, der in dem Brennstoffbündel nach den

werden. In zahlreichen Fällen ist es zur Erhöhung F i g. 4 und 5 verwendet werden kann;

der Reaktivität ausreichend, einige oder alle heraus- Fig. 9 ist eine Endansicht des herausnehmbaren

nehmbaren Stäbe einiger oder aller bestrahlter Brenn- Stabs nach Fi g. 8 in Richtung der Pfeile 9-9;

stoffbündel durch andere herausnehmbare Stäbe zu 15 Fig. 10 zeigt in Form einer graphischen Darstel-

ersetzen, die angereicherten Brennstoff enthalten. lung den Neutronenfluß längs der Diagonalen des

Damit wird auch die Lebensdauer der Brennstoff- Brennstoffbündels;

bündel verlängert. Die Erfindung ist für diesen Fig. 11 ist eine graphische Darstellung.der Reak-

Zweck besonders gut geeignet, da herausnehmbare tivitätsänderung eines Brennstoffbündels bei Einsatz

Stäbe mit Brennstoff der verschiedensten Anreiche- 20 eines herausnehmbaren Stabs an verschiedenen Stel-

rungsgrade verfügbar sind, und da die herausnehm- len des Brennstoffbündels;

baren Stäbe in die Brennstoffbündel eingesetzt wer- F i g. 12 zeigt die Regelstärke eines Absorberstabs

den können, während die Brennstoffbündel im als Funktion des Abbrands des Brennstoffbündels bei

Reaktorkern verbleiben. Diese Möglichkeit, heraus- verschiedenen Radien des Absorbermaterials und bei

nehmbafe Stäbe schnell zu ersetzen, während die 35 verschiedenen Absorberkonzentrationen des heraus-

Brennstoffbündel im Reaktorkern verbleiben, ist von nehmbaren Absorberstabs;

besonderer Bedeutung. Solange dieser schnelle Aus- Fig. 13 zeigt die Regelstärke eines Regelstabs

tausch oder Ersatz nicht möglich war, waren Kosten in Abhängigkeit von dem Ort auf der Diagonalen

und zeitliche Verzögerungen im allgemeinen so groß, des Brennstoffbündels, an dem ein herausnehmbarer

daß es günstiger war, einige der Brennstoffbündel 30 Absorberstab eingesetzt ist;

durch neue Brennstoffbündel zu ersetzen. Dadurch Fig. 14 bis 17 zeigt die Orte der herausnehmwurden die Betriebskosten jedoch beträchtlich er- baren Stäbe in dem Brennstoffbündel, die den Beihöht und außerdem wurden die herausgenommenen spielen 1 bis 4 entsprechen.

Brennstoffbündel nicht mehr verwendet, obwohl Die Erfindung kann bei den verschiedensten diese Brennstoffbündel noch weitere Energie erzeugen 35 Reaktortypen angewendet werden, beispielsweise bei konnten. wassermoderierten Reaktoren, schwerwasser-, grain der Praxis kann man sich eine Anzahl heraus- phit- oder organisch moderierten Reaktoren, oder nehmbarer Stäbe auf Lager legen, so daß immer auch in solchen Reaktortypen, in denen Natrium herausnehmbare Stäbe verfügbar sind, die bestimmte oder andere Flüssigkeiten als Moderator und Kühl-Absorberkonzentrationen aufweisen, bestimmte Ab- 40 mittel verwendet werden. Die Erfindung wird jedoch sorberradien aufweisen und in denen weiterhin in Verbindung mit einem Siedewasserreaktor bespaltbares Material in verschiedenen Anreicherungs- schrieben, da sie für Siedewasserreaktoren besonders graden enthalten ist. Auf diese Weise ist es möglich, gut geeignet ist.

direkt an der Kernreaktoranlage, die stillgelegt wer- Die Kernreaktoranlage nach F i g. 1 weist einen

den soll oder gerade abgeschaltet ist, die richtige 45 Druckkessel 10 auf. Innerhalb des Druckkessels 10

Kombination von herausnehmbaren Stäben zur Ver- ist ein Reaktorkern 18 angeordnet, der mehrere

fügung zu haben, die in die bestrahlten und/oder senkrecht angeordnete Brennstoffbündel 20 aufweist,

in die Ersatzbrennstoffbündel eingesetzt werden Jedes Brennstoffbündel besteht aus einer Vielzahl

können. von langgestreckten Brennstoffstäben, die in einem

Es sei bemerkt, daß die Grundlagen der Erfindung, 50 gewissen Abstand voneinander angeordnet sind,

die auf Brennstoffbündel mit herausnehmbaren Der Leistungspegel des Reaktors sowie die örtliche

Stäben beruhen, auf quadratische Brennstoffbündel Leistungsverteilung innerhalb des Reaktors wird

der verschiedensten Größen anwendbar sind, also durch Regelstäbe 32 geregelt, die gestrichelt *einge-

auf Brennstoffbündel mit 5x5, 6x6, 7x7, 8x8, zeichnet sind. In jedem Führungsrohr 24 ist ein

usw. Brennstoff stäben. 55 kreuzförmiger Regelstab angeordnet. Dieser Regel-

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung stab kann senkrecht zwischen den 4 zugeordneten

mit den Zeichnungen im einzelnen beschrieben Brennstoffbündeln auf- und abbewegt werden, die

werden. auf das Führungsrohr aufgesetzt sind.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Kernreaktor im Die F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch den

Längsschnitt; 60 Reaktorkessel 10, der in der Höhe der Linie 2-2 aus

Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Reaktor Fig. 1 durch den Kessel und den Reaktorkern gelegt

längs der Linie 2-2 aus Fig. 1; wird. Der Reaktorkessel 10 ist um den Kern 18 und

F i g. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des oberen den Ringmantel 34 herum angeordnet; Die Brenn-Endes von Brennstoffbündeln, die von der Linie 3-3 stoffbündel 20 sind gruppenweise zu jeweils 4 Brennaus F i g. 2 umrandet sind; 65 stoffbündeln zusammengefaßt. Zwischen den Bün-

F i g. 4 ist eine teilweise geschnittene perspek- dein einer Gruppe ist nur ein verhältnismäßig

tivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform schmaler Zwischenraum N vorgesehen, der dazu

eines Brennstoffbündels; dient, die Brennstoffbündel einsetzen und wieder

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herausnehmen zu können. Außerdem können in Ende des quadratischen Rohrs 74 paßt genau um

diese Zwischenräume Instrumente eingesetzt werden. das obere Ende der Halterungsplatte herum. Das

Zwischen den einzelnen Brennstoffbündeln einer untere Ende der Halterungsplatte setzt sich in einem

Gruppe sind größere Zwischenräume W vorgesehen, abgeschrägten Übergangsstück fort, das in einer

in denen die kreuzförmigen Regelstäbe 32 auf und 5 offenen Nase 89 von kreisförmigem Querschnitt

ab geschoben werden können. Somit liegen jeweils endet. Wenn das Brennstoffbündel in den Reaktor

neben zwei Seiten eines jeden Brennstoffbündels eingesetzt ist, dann sitzt diese Nase 89 auf einem

Regelstäbe, während die anderen beiden Seiten eines der Sockel auf, die oben am Führungsrohr 24 aus

Brennstoffbündels frei sind. Die Zwischenräume N F i g. 1 angeordnet sind. Wenn das Bündel in den

und W zwischen den Brennstoffbündeln sind mit io Reaktor eingesetzt ist, steht die untere Öffnung 88

Wasser gefüllt. · mit der Vorratskammer 30 aus F i g. 1 in Verbindung.

In der F i g. 3 ist nun derjenige Ausschnitt aus Mehrere Brennstoffstäbe, wie beispielsweise die

der F i g. 2 vergrößert gezeigt, der durch die Linie 3-3 mit 90 bezeichneten Stäbe, die in den Ecken des

umrandet ist. Die F i g. 3 zeigt einmal die Kreuzform Brennstoffbündels angeordnet sind, sind oben mit

eines Regelstabs 32 besonders deutlich und außer- 15 Gewinde versehen, die durch die obere Halterungs-

dem die Orte, an denen die herausnehmbaren Stäbe platte 80 hindurchgehen und an der Platte mittels

nach einer ersten Ausführungsform eingesetzt werden Schrauben 92 befestigt sind. Weiterhin sind in der

können. Jedes Brennstoffbündel besteht aus 6x6 oberen Halterungsplatte Öffnungen 94 vorgesehen,

Brennstoffstäben, die quadratisch angeordnet sind. in denen die oberen Enden der Brennstoffstäbe sitzen.

Außerdem können an acht Stellen des Brennstoff- 20 Um zwischen der oberen Halterungsplatte 80 und

bündeis herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden. der oberen Schulter der Brennstoffstäbe 76 eine

Sechs dieser Stellen A, B, C, D, E, F liegen auf der Kraft auszuüben, sind Druckfedern 98 vorgesehen,

Diagonalen 68, die die Längsachsen des Regelstabs deren Kraft durch das Drehmoment bestimmt ist,

32 und des Brennstoffbündels 20 schneidet und so- mit dem die Muttern 92 angezogen worden sind,

mit von einer Ecke des Brennstoffbündels zur dia- 25 Zwischen den Öffnungen 94, in die die Enden der

gonal gegenüberliegenden Ecke des Brennstoffbün- Brennstoffstäbe eingesetzt sind, sind in der oberen

dels verläuft. Die anderen beiden Stellen für die Halterungsplatte 80 Öffnungen 96 vorgesehen, die

herausnehmbaren Stäbe G und H liegen symmetrisch das Innere des Brennstoffbündels mit dem Dom 27

links und rechts der Diagonalen 68. In der darge- oberhalb der Brennstoffbündel verbinden. Die obere

stellten Ausführungsform liegen diese beiden rest- 30 Halterungsplatte 80 ist noch mit zwei Griffen 100

liehen Stellen auf der Diagonale 72. Der Grund für versehen, mit deren Hilfe das Brennstoffbündel 20

diese Anordnung sowie andere mögliche Anord- in den Reaktorkern eingesetzt und aus ihm herausge-

nungen werden noch im einzelnen erörtert. nommen werden kann. Die Griffe können getrennte

In der Fig. 4 ist eine zweite Ausführungsform Bauteile sein, oder auch zusammen mit der Halte-

eines Brennstoffbündels dargestellt. Im Gegensatz 35 rungsplatte aus einem Stück hergestellt sein. Sie

zur Ausführungsform nach F i g. 3 können in das sind parallel zueinander an zwei gegenüberliegenden

Brennstoffbündel nach F i g. 4 nur an sechs Stellen Seiten der Halterungsplatte angeordnet. Durch die

herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden. Das Brenn- Verwendung zweier paralleler Griffe, die in einem

stoffbündel 20' besteht aus einem quadratischen gewissen Abstand voneinander angeordnet sind, sind

Rohr 74, Brennstoffstäben 76, der unteren Halte- 40 die herausnehmbaren Brennstoffstäbe ohne Störung

rungsplatte 78, der oberen Halterungsplatte 80 und durch die Griffe leicht zugänglich. Um die Griffe

den Abstandsstücken 82 für die Brennstoffstäbe. Die mechanisch stabiler zu machen, können sie bei 102

Brennstoffstäbe 76 (zu denen auch die herausnehm- miteinander verstrebt sein.

baren Stäbe 76' gehören, die durch die Öffnungen B, Die F i g. 5 zeigt nun in vergrößertem Maßstab die

C, D, E, G und H eingesetzt sind) gehen in einem 45 obere Halterungsplatte 80 aus F i g. 4 von oben. Die

gewissen Abstand voneinander durch eine Anzahl Halterungsplatte weist sechs Öffnungen B, C, D, E,

von Abstandsstücken 82 hindurch und werden von H und G für die herausnehmbaren Stäbe auf. Diese

diesen Abstandsstücken gehaltert. Die Abstands- Öffnungen sind in der F i g. 6 perspektivisch und in

stücke 82 sind gegen die innere Oberfläche des F i g. 7 im Schnitt längs der Linie 7-7 aus F i g. 6

quadratischen Rohrs 74 abgestützt. Die Abstands- 50 dargestellt. Jede dieser Öffnungen wird von einer

stücke sind das Brennstoffbündel entlang in einem zylindrischen Buchse 103 gebildet, die einen Schlitz

vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet, der 104 aufweist, der sich die gesamte Länge der zylin-

beispielsweise zwischen 35 und 40 cm betragen kann. drischen Buchse 103 entlang erstreckt. (Die Länge

Sie sind an einem oder mehreren Brennstoffstäben des Schlitzes entspricht der Dicke der Halterungs-

befestigt, so daß sie in Längsrichtung nicht mehr 55 platte.) Am unteren Rand der zylindrischen Buchse

verschoben werden können. 103 ist eine Vertiefung 106 angebracht, die dem

Jeder Brennstoff stab 76 weist eine langgestreckte Schlitz 104 um 180° gegenübersteht. Der Schlitz

Röhre auf, die spaltbares Material, beispielsweise und die Vertiefung einer jeden Öffnung für die

angereichertes Urandioxid, enthält. Womit der gerade herausnehmbaren Stäbe wirken mit einem solchen

verwendete herausnehmbare Stab gefüllt ist, hängt 60 herausnehmbaren Stab zusammen, der in der F i g. 8

von der Wirkung ab, die man erzielen will. dargestellt ist.

Die unteren Enden der Brennstoffstäbe werden In der F i g. 8 ist ein herausnehmbarer Stab 76'

von der unteren Halterungsplatte 78 gehaltert und dargestellt, der ein zylindrisches Gebiet 110 aufweist,

stimmen mit Öffnungen 84 überein, die als Sack- in das das in Frage kommende Material eingefüllt

löcher in der Halterungsplatte 78 ausgebildet sind. 65 ist. Das untere Ende dieses Gebiets 110 ist durch

Neben diesen Sacklöchern sind Öffnungen 86 ange- einen nasenförmigen Pfropfen 112 verschlossen. Der

ordnet, die direkt mit der unteren Öffnung 88 des nasenförmige Pfropfen 112 endet in einem kegel-

Brennstoffbündels in Verbindung stehen. Das untere stumpfförmigen Gebiet 114, das in die Sacköffnungen

84 in der unteren Halterungsplatte eingesetzt werden kann. Daran schließt sich ein zylindrisches Gebiet 116 an, das genau in die Bohrung der Sacköffnung 84 hineinpaßt. Daran anschließend ist ein weiteres konisches Gebiet 118 vorgesetzt, das auf der oberen Oberfläche der Halterungsplatte neben dem Sackloch 84 aufsitzt. Das obere Ende des zylindrischen Gebiets 110 des Brennstoffstabs 76' ist von einem oberen Pfropfen 120 verschlossen, der sich nach oben verjüngt und einen zylindrischen Schaft 122 aufweist, an dessen oberem Ende ein Anschlag 129 befestigt ist. Auf dem Schaft 122 ist gleitend und drehbar eine zylindrische Muffe 124 montiert. Am unteren Ende der Muffe 124 ragt ein Stift 126 radial nach außen. Das obere Ende der Muffe ist mit einer Mutter 128 und mit einer Umfangsnut 130 versehen. Zwischen dem unteren Ende der Muffe 124 und dem abgeschrägten Teil des Pfropfens 120 ist um den Schaft 122 herum eine Druckfeder 132 eingesetzt, die die Muffe 124 nach oben gegen den Anschlag 129 ao drückt. Der Verriegelungsmechanismus 135 des herausnehmbaren Stabs aus F i g. 8 weist die Mutter 128 und die Umf angsnut 130 auf, ferner die Muffe 124, den Stift 126 und die Druckfeder 132. Am Ende des Schafts 122 ist noch ein Schlitz 136 vorgesehen, mit dem sich der herausnehmbare Stab drehen läßt, vgl. Fig. 9.

Das Einsetzen eines herausnehmbaren Stabs 76' in das Brennstoffbündel nach der Erfindung wird folgendermaßen durchgeführt: Zuerst wird der Stab in eine der öffnungen B, C, D, E, G, H eingesetzt, die in den Fig.4 bis 7 gezeigt sind. Dann wird der Verriegelungsmechanismus 135 soweit herumgedreht, daß der Stift 126 über dem Schlitz 104 steht. Daraufhin wird der Verriegelungsmechanismus gegen die Feder 132 soweit heruntergedrückt, daß der Stift 126 unten aus dem Schlitz 104 gänzlich heraustritt. Daraufhin wird die Muffe 124 um 180° herumgedreht, so daß der Stift 126 genau unterhalb der Vertiefung 106 steht. Zum Schluß wird der Verriegelungsmechanismus freigegeben, so daß die Feder 132 den Stift 126 nach oben in die Vertiefung 106 hineindrückt. Der Stift bleibt in der verriegelten Stellung in der Vertiefung 106 liegen, da die Druckfeder 132 den Verriegelungsmechanismus laufend nach oben drückt. Das Herausnehmen des herausnehmbaren Stabs geschieht in der umgekehrten Reihenfolge. Zum Greifen und zum Herumdrehen des Verriegelungsmechanismus kann man ein Werkzeug verwenden, das an der Mutter 128 angreift. Um den herausnehmbaren Stab selbst zu greifen und herumzudrehen, kann man ein Werkzeug verwenden, das in die Nute 130 eingesetzt werden kann. Es sei bemerkt, daß die Vertiefung 106 gegenüber dem Schlitz 104 nicht um 180° versetzt zu sein braucht. Diese Versetzung kann auch um irgendeinen anderen zweckmäßigen Winkel durchgeführt werden.

Die Ausführungsform nach den F i g. 4 und 5 zeigen auf der Diagonalen nur 4 Stellen, an denen herausnehmbare Stäbe eingesetzt werden können. Das liegt daran, daß die Griffe 100 über den öffnungen A und F (Fig. 4) an den Ecken des Brennstoffbündels 7 liegen, so daß an diesen Ecken keine herausnehmbaren Stäbe eingesetzt werden können. Man kann die Griffe jedoch auch anders ausbilden, so daß auch die öffnungen an den Ecken des Brennstoffbündels zugänglich sind. Dann kann man an allen Stellen A, B, C, D, E, F, G und H herausnehmbare Stäbe einsetzen, wie es in der Ausführungsform nach F i g. 3 der Fall ist.

Durch das Einsetzen von herausnehmbaren Stäben mit verschiedenen Füllungen in das Brennstoffbündel ist es möglich, wichtige nukleare Eigenschaften des Brennstoffbündels so einzustellen, wie sie die verschiedenen Reaktorbedingungen gerade erfordern.

Die Reaktivität des Brennstoffbündels sowie die Regelstärke der bewegbaren Regelstäbe werden von dem Ort beeinflußt, an dem der herausnehmbare Stab, der einen Neutronenabsorber enthält, in das Brennstoffbündel eingesetzt ist. Das liegt daran, daß ein vorgegebener Absorberstab in Gebieten mit einem hohen Neutronenfluß mehr Neutronen absorbiert als in Gebieten mit einem niedrigen Neutronenfluß. Die Gebiete hohen Neutronenflusses liegen in oder dicht neben den Gebieten, in denen Wasser als Moderator vorhanden ist, da Wasser als Moderator einen verhältnismäßig niedrigen Neutronenabsorptionsquerschnitt aufweist, und da außerdem in diesen Gebieten mehr Neutronen auf thermische Geschwindigkeiten abgebremst sind. Die Kurve I aus Fig. 10 zeigt nun die Neutronenflußverteilung längs der Brennstoffbündeldiagonalen 68, die sich einstellt, wenn in das Brennstoffbündel kein herausnehmbarer Absorberstab eingesetzt ist. Weiterhin geht aus der Kurve I hervor, daß der Neutronenfluß in den verhältnismäßig großen (W) und in den schmaleren (N), mit Wasser gefüllten Zwischenräumen verhältnismäßig hoch ist, und daß der Neutronenfluß innerhalb des Brennstoffbündels verhältnismäßig niedrig ist. In der Mitte des Brennstoffbündels liegt ein Minimum des Neutronenflusses.

Aus der Kurve I aus Fig. 11 geht hervor, daß die Reaktivität k%S des Brennstoffbündels dann ein Minimum ist, wenn der Absorberstab an der Stelle A (Fig. 3) eingesetzt ist. Wenn der gleiche Absorberstab nacheinander an den Stellen B, C, D eingesetzt wird, nimmt die Reaktivität erst zu, um dann wieder abzunehmen, wenn man den Absorberstab an den Stellen E und F einsetzt. Kurve III stellt die Reaktivität des Brennstoffbündels ohne einen herausnehmbaren Absorberstab dar. Umgekehrt nimmt die Regelstärke (Kurve II) des fest eingesetzten Absorberstabs (Ak/k)_F zu Beginn ab und steigt dann wieder an, wenn der Absorberstab nacheinander an den verschiedenen Stellen von A bis F eingesetzt wird. Diese Kurven zeigen die Wirkung eines einzigen Absorberstabs.

Die F i g. 12 zeigt zwei Kurvenscharen, aus denen der Einfluß des äußeren Radius' des Absorbermaterials und der Einfluß der Konzentration des Absorbermaterials entnommen werden kann. Die Kurvenschar, die einem kleineren Absorberradius zugeordnet ist (r₀₁), gehört zu einer niedrigeren Regelstärke (&k/k)p als die Kurvenschar, die zu einem größeren Absorberradius r₀₂ gehört. Zusätzlich führt eine Erhöhung der Absorberdichte auf eine Erhöhung der Strahlungsdosis En, die zur Erschöpfung des Absorbers notwendig ist. Das ist in der F i g. 12 durch die Kurven mit e₁₂, e₂2> £32 dargestellt. Aus den beiden Kurvenscharen kann man entnehmen, daß die Regelstärke des fest eingesetzten Absorberstabs durch die Auswahl des effektiven Radius' oder Durchmessers des Absorbermaterials bestimmt werden kann. Änderungen in der Dichte des Absorbermaterials führen auf entsprechende Änderungen der Zeitdauer, während der eine Regelwirkung möglich ist.

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Die. Regelstärke der Regelstäbe (ΔΛ/&).«) kann Neutronenflußverteilung hervorruft, die durch eine ebenfalls als Funktion des Orts geändert werden, an Kurve zwischen den Kurven I und III beschrieben den ein herausnehmbarer Absorberstab in das werden kann. Aus der Kurve II (Absorberstab bei A) Brennstoffbündel eingesetzt ist. Die Anordnung des geht hervor, daß der Neutronenfluß im Gebiet des Absorberstabs entlang der Diagonalen des Brenn- 5 Regelstabs merklich niedriger ist, so daß die Regelstoffbündels macht sich in einer merklichen Umver- stärke des Regelstabs herabgesetzt ist. Andererseits teilung des thermischen Neutronenflusses innerhalb kann man der Kurve III entnehmen, daß die Regeldes Brennstoffbündels bemerkbar. Auf diese Weise stärke des Regelstabs erhöht wird, wenn der Absorkann der Neutronenfluß im Gebiet eines Regelstabs berstab an der Stelle F eingesetzt ist. Das liegt daran, geändert werden. Die Regelstärke eines Regelstabs io daß die Neutronenflußverteilung aus der Mitte des ist ihrerseits dem Neutronenfluß in der Umgebung Brennstoffbündels herausgedrängt wird. des Regelstabs direkt proportional. Aus den Kurven IV, V und VI geht nun hervor,

Man hat gefunden, daß die Regelstärke eines be- daß die Neutronenflußdichte in dem Gebiet neben wegbaren Regelstabs, der neben dem Brennstoffbün- dem Regelstab bei eingeschobenem Regelstab del angeordnet ist, kontinuierlich größer wird, wenn 15 wesentlich niedriger als beim herausgezogenen Regelein vorgegebener herausnehmbarer Regelstab nach- stab ist. Die Änderungen innerhalb dieser Kurveneinander an den Stellen A bis F (Fig. 3) eingesetzt schar als Funktion vom Ort, an dem der herausnehmwird. Das ist in der Kurve I aus Fig. 13 dargestellt. bare Absorberstab eingesetzt wird, verlaufen ähnlich, Diese Erscheinung muß überraschen, da die Kurve I wie die Änderungen innerhalb der ersten Kurvenaus Fig. 11 zeigt, daß die Reaktivität des Brennstoff- 20 schar. Ebenso können auch andere Kurven gezeichbündels (&gg) erst anwächst und anschließend wieder net werden, die die Fluß verteilung darstellen, wenn abnimmt, wenn der Absorberstab an den verschiede- mehr als ein Absorberstab in das Brennstoffbündel nen Stellen A bis F auf der Diagonalen nacheinander eingesetzt ist. Wenn man Absorberstäbe an die Stelangesetzt wird. Es war daher vielmehr zu erwarten, len D, E oder F setzt, ist der daraus resultierende daß die Regelstärke des fest eingesetzten Absorber- 25 Neutronenfluß im Gebiet neben dem Regelstab stabs durch einen gleichen oder ähnlichen Kurven- größer als es üblicherweise erwartet werden kann, verlauf in Fig. 13 beschrieben werden kann, wie es Es ist daher möglich, durch das Einsetzen von Abdurch die Kurve II in Fig. 13 angedeutet ist. Man sorberstäben an diesen Stellen die Regelstärke des vermutet, daß das überraschende, kontinuierliche Regelstabs zu erhöhen.

Ansteigen der Kurve I aus F i g. 3 auf eine Umlen- 30 Aus der bisherigen Beschreibung geht also hervor, kung des Neutronenflusses im Brennstoffbündel daß man nach der Erfindung die nuklearen Eigenzurückzuführen ist, derart, daß der Neutronenfluß im schäften des Reaktorkerns auf verschiedene Weise Bündel um die Mitte der Bündeldiagonale quasi modifizieren kann. Die hauptsächlichsten Änderun- »gekippt« wird, wenn der Absorberstab nacheinander gen, die durch das Brennstoffbündel nach der Eran den Stellen D, E und F eingesetzt wird. 35 findung bewirkt werden können, sind die folgenden:

Diese Erscheinung wird durch die Kurven in 1. Verminderung oder Erhöhung des Neutronen-

Fig. 10 beschrieben. Die Kurven I, II und II zeigen multiplikationsfaktors fcgg im unendlich ausge-

den Neutronenfluß, der sich einstellt, wenn der be- dehnten System bei völlig herausgezogenen

wegbare Regelstab vollständig herausgezogen worden Regelstäben,

ist. Die Kurven IV, V und VI zeigen die Verteilung 40 2. Erhöhung oder Verminderung der Regelstärke

des Neutronenflusses, die sich einstellt, wenn der der Regelstäbe (Δ&/£)λ/,

bewegbare Regelstab vollständig eingeschoben ist. 3. Änderung der Dauer des Reaktorzyklus'.

Die Kurve VII zeigt die Neutronenflußdichte, auf die In den nachfolgenden Beispielen werden nun

die Kurven I bis VI normiert wurden. einige Situationen beschrieben, in denen die Anwen-

Die Kurve I aus Fig. 10 zeigt die Neutronenfluß- 45 dung von einem oder mehreren der oben beschriebe-

verteilung längs der Bündeldiagonalen 68, die sich nen Merkmale des Brennstoffbündels erforderlich

einstellt, wenn in das Bündel kein Absorberstab ein- erscheint.

gesetzt ist und wenn der bewegbare Regelstab voll- ... .. ständig herausgezogen ist. Die Kurve II zeigt die „_. . , Beispie . Neutronenflußverteilung, die sich einstellt, wenn der 50 Verminderung des Neutronenmultiplikaüonsf aktors Regelstab vollständig herausgezogen ist und wenn ^k® ^fur unendlich ausgedehntes Medium bei herausein einzelner Absorberstab an der Stellet in das gezogenen Regelstaben Brennstoffbündel eingesetzt ist. Die Kurve III stellt In bestimmten Situationen kann es wünschenswert die Neutronenflußverteilung längs der Bündeldiago- sein, die Größe £g$ des Ersatzbrennstoffs zu vernalen68 dar, die sich einstellt, wenn ein einzelner 55 mindern. Diese Situation kann beispielsweise auftre-Absorberstab an der Stelle F in das Brennstoffbündel ten, wenn es notwendig wird, die Reaktoranlage eingesetzt ist. Auch bei der Kurve III ist der Regel- außerplanmäßig früher abzuschalten. Ein solches stab vollständig herausgezogen worden. Der Über- vorzeitiges Abschalten kann beispielsweise erfordersichtlichkeit wegen ist nicht die gesamte Kurvenschar lieh sein, wenn in der Turbine oder in einem Genegezeigt, das heißt, es fehlen die Neutronenflußvertei- 60 rator ein Fehler auftritt. Bei einem solchen vorzeitilungen, die sich einstellen, wenn ein Absorberstab an gen Abschalten ist der Abbrand des Brennstoffs noch den Stellen B, C, D, E, G und H eingesetzt ist. Die nicht weit genug gediehen, um den Ersatzbrennstoff Kurven für diese Stellen werden aber zwischen den optimal ausnützen zu können, der mehrere Monate Kurven II und III verlaufen. So wird beispielsweise vor dem eigentlichen planmäßigen Abschalten beein Absorberstab an der Stelle B eine Neutronenfluß- 65 rechnet und hergestellt worden ist. Die Reaktivität verteilung hervorrufen, die durch eine Kurve be- k\& des teilweise abgebrannten Brennstoffs im Kern schrieben wird, die zwischen den Kurven I und II ist beim vorzeitigen Abschalten noch nicht ausliegt, während ein Absorberstab an der Stelle E eine reichend niedrig, um mit der Reaktivität des Ersatz-

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brennstoffe übereinzustimmen, dessen Anreiche- halb des Reaktors zu erhalten, kann es günstig sein, rungsgrad und dessen Reaktivität auf Grund der die Regelwirksamkeit sämtlicher Regelstäbe des Annahme einer geringen Reaktivität im Kern einge- Reaktors herabzusetzen. Weiterhin kann es günstig stellt wurden. Als Ergebnis hiervon kann nach dem sein, die Regelwirksamkeit eines Regelstabs an einem Einsetzen des Ersatzbrennstoffs in den Kern der Ab- 5 ganz bestimmten Ort innerhalb des Reaktorkerns zu Schaltüberschuß des Reaktors nicht erreicht werden, vermindern. Hierzu braucht man nur einen oder da der Neutronenmultiplikationsfaktor to des ge- mehrere Absorberstäbe an den Stellen A, B oder C samten Kerns mit ergänztem Brennstoff zu groß wird. (F i g. 3) in das oder die Brennstoffbündel einzuset-Um nun den Ersatzbrennstoff dieser Situation anzu- zen. Wenn man beispielsweise Absorberstäbe an den passen, können zwei Absorberstäbe entweder an den io Stellend, B und C einsetzt, wie es in Fig. 16 darstellen G und H (Fig. 14A) oder an den Stellen C gestellt ist, so kann man der Kurve I aus Fig. 11 ent- und D (Fig. 14B) eingesetzt werden. Aus Fig. 13 nehmen, daß der Faktorto des Brennstoffs vermingeht hervor, daß die dadurch bewirkte Verringerung dert wird. Aus der Kurve I aus Fig. 13 geht hervor, des Faktors to praktisch keinen Einfluß auf die daß die Regelwirksamkeit der Regelstäbe ebenfalls Regelwirksamkeit der Regelstäbe hat. Das Einsetzen 15 vermindert wird. Wie stark nun die Regelwirksamkeit von Absorbern an den Stellen G und H hat nähe- sämtlicher Regelstäbe herabgesetzt, wird, hängt von rungsweise die gleiche Wirkung wie das Hinzufügen der Anzahl der Brennstoffbündel ab, in die Absorbervon Absorbermaterial am Punkt (G, H) auf der stäbe eingesetzt werden, sowie von der Anzahl der Kurve I in F i g. 13 und ändert daher die Regelstärke Absorberstäbe und den Stellen in dem jeweiligen der Regelstäbe praktisch nicht. Das liegt an der Ver- 20 Brennstoffbündel, an denen diese Stäbe eingesetzt drängungswirkung auf den Neutronenfluß, die bereits werden. Die Verminderung der Regelwirksamkeit in Verbindung mit Fig. 13 beschrieben wurde. Das eines bestimmten Drehstabs ist durch die Anzahl und Einsetzen zweier Absorberstäbe an den Punkten C den Ort von Absorberstäben in einem bestimmten und D führt dazu, daß der Verdrängungseffekt teil- Brennstoffbündel bestimmt.

weise wieder aufgehoben wird, den man beobachten 25 Im Beispiel nach Fig. 16 sind Absorberstäbe an kann, wenn nur ein Absorberstab entweder am den Stellen/4, B und C angeordnet. Bei einer vorPunkt C oder an der Stelle D eingesetzt wird. gegebenen Regelwirksamkeit dieser Absorberstäbe _R . -ίο resultiert hieraus die größtmögliche Verminderung _ , ... , „ f ¹^P¹ ,.·,', , der Regelwirksamkeit aller Regelstäbe als auch eines Erhöhung der Rege Wirksamken der bewegbaren _{3o bestimmten Re}g_elstabs. Das kann man aus der Kegelstabe (Uc/k)_M ^ _Kurve j _{aug Fig 13} folgern, aus der zu sehen ist, Wenn die Reaktoranlage außergewöhnlich früh daß Absorberstäbe an den Stellen C, B und A auf abgeschaltet wird, so daß der Reaktorkern gegenüber eine immer größer werdende Verminderung der der angenommenen Reaktivität zum Zeitpunkt des Regelwirksamkeit eines Regelstabs führen. Die geplanmäßigen Abschaltens einen großen Reaktivitäts- 35 samte Verminderung der Wirksamkeit eines bewegüberschuß besitzt, und wenn mit einer besonders baren Regelstabs ist geringer als die Summen der großen Regelwirksamkeit einzelner Absorberstäbe Verminderungen, die jeweils ein Absorptionsstab an keine Schwierigkeit verbunden ist, kann es wün- den Stellend, B und C hervorruft. Die Gesamtverschenswert sein, den Faktor to des Brennstoffs zu minderung der Regelwirksamkeit aller drei Stäbe vermindern und gleichzeitig die Regelwirksamkeit 40 zusammengenommen, ist jedoch größer als die Verzu erhöhen. Dieses Ziel läßt sich erreichen, wenn minderung der Regelwirksamkeit, die irgendeiner man einen Absorberstab an der Stelle F einsetzt, wie dieser Stäbe für sich allein hervorruft. Wenn eine es in F i g. 15 dargestellt ist. Aus der Kurve I aus der kleinere Reduzierung der Regelwirksamkeit der Fig. 13 kann man entnehmen, daß die Regelwirk- Regelstäbe erforderlich ist, genügt es, eine geringere samkeit des Regelstabs merklich erhöht wird, wäh- 45 Anzahl von Absorberstäben an einer der Stellen A, rend aus der Kurve I aus F i g. 11 hervorgeht, daß B oder C einzusetzen.

gleichzeitig dadurch die Reaktivität des Brennstoff- Wenn dagegen die Regelwirksamkeit noch stärker bündeis herabgesetzt wird. Aus den vorstehenden Er- vermindert werden soll, kann man den Radius des örterungen der Fig. 10 geht ebenfalls hervor, daß Absorbermaterials in den Absorberstäben verman auch einen oder mehrere Absorberstäbe an die 50 größern.
Stellen D, E und F einsetzen kann. Das hängt davon .
ab, in wieweit die Regelwirksamkeit des Regelstabs „ , ... , __T ^äeisP^ie 1 4
erhöht und/oder der Faktor to des Brennstoffs er- Erhöhung des Neutronenmultiplikationsfaktors to
niedrigt werden soll. Man muß hierbei jedoch darauf ^{fur em} «"endlich ausgedehntes Gebiet mit herausachten, daß der notwendige Abschaltüberschuß der ₅₅ gezogenen Regelstaben
Regelstäbe gewährleistet ist, wenn der Reaktor wie- Unter bestimmten Umständen kann es wünschensder in Betrieb genommen wird. Es ist nämlich denk- wert sein, den Faktor to des Reaktorkerns zu erbar, daß die Absorberwirkung der herausnehmbaren höhen, der bereits benutzte Brennstoffbündel enthält. Absorberstäbe sehr früh erschöpft ist, so daß die Dieses kann beispielsweise auftreten, wenn der BeReaktivität des Brennstoffbündels oder des ganzen 60 trieb der Kernreaktoranlage ausgedehnt und. damit Kerns wieder so hoch wird, daß eine Abschaltwir- das Abschalten nach Plan verschoben werden muß, kung mit den Regelstäben alleine nicht mehr erreicht weil eine andere Anlage, die das gleiche Stromnetz werden kann. beliefert, außerplanmäßig stillgelegt worden ist. Un-... ter diesen Bedingungen ist die Reaktivität der Ersatz-

. . . T?^ei?P.\^e , . , „ .... 6ς brennstoffbündel (die mehrere Monate im voraus

Verminderung der Regelwirksamkeit der Regelstabe _{hergestellt worden} ^v _sind) _{nicht gro}ß genug, uni den

(&k/K)M Reaktorkern bis zum nächsten planmäßigen Abschal-

Um eine bessere radiale Leistungsverteilung inner- ten auf voller Betriebsleistung zu halten. Häufig ist es

zu einem solchen Zeitpunkt nicht zweckmäßig, einen größeren Anteil des teilweise benutzten Brennstoffs herauszunehmen und durch neuen Brennstoff zu ersetzen. In einem solchen Fall können an einer oder mehreren der Stellend, B, C, D, E, F, G und H (Fig. 3 und 17) herausnehmbare Stäbe mit einer größeren Reaktivität eingesetzt werden, also Stäbe, die weniger Absorptionsmaterial und/oder Brennstoff mit einem höheren Anreicherungsgrad aufweisen. Zusätzlich zu der Einstellung der Reaktivität kann auch noch ein Absorberstab beispielsweise an der Stelle B eingesetzt werden, um die ursprüngliche Regelwirksamkeit der Regelstäbe beizubehalten. Das kann beispielsweise nötig sein, um den ausreichenden Abschaltüberschuß zu gewährleisten. Zusätzlich können in die bereits benutzten Brennstoffbündel, die nicht ersetzt worden sind, herausnehmbare Stäbe mit angereichertem Brennstoff an irgendeiner der Stellen A bis H eingesetzt werden, um die Reaktivität der einzelnen bereits benutzten Brennstoffbündel zu erhöhen.

Beispiel 5
Änderung der Dauer des Reaktorzyklus'

Wenn Änderungen in der Betriebsplanung für eine Kernreaktoranlage auftreten, kann es wünschenswert sein, die Zeitspannen zwischen dem Stillegen des Reaktors zum Einsetzen neuen Brennstoffs zu verkürzen oder auszudehnen. Solche Änderungen in der Betriebsplanung können beispielsweise durch unvorhergesehene Kapazitätsänderungen bedingt sein, durch die das Stillegen des Reaktors zu ungünstigen Zeitpunkten im Jahr erforderlich wird. Solche Änderungen in den Zeitspannen zwischen dem Beschicken des Reaktors mit neuem Brennstoff können es notwendig machen, daß mehr oder weniger Brennstoffbündel in den Reaktor eingesetzt werden müssen. Wenn die Zeitspanne zwischen zwei Beschickungen vergrößert werden soll, muß der Faktor k'& des neuen Brennstoffs vermindert werden, wie es im Beispiel 1 angegeben ist, um den Bedingungen im Reaktor zum Zeitpunkt des späteren Abschaltens zu genügen. Zusätzlich muß bei der Erhöhung oder Verminderung der Zahl der auszutauschenden Brennstoffbündel die atomare Absorberdichte in den herausnehmbaren Stäben geändert werden, um auch die Absorptionseigenschaften den geänderten Betriebszeiten anzupassen. Entweder muß man dafür sorgen, daß die Absorptionswirkung der Absorber nicht zu rasch erschöpft wird, oder man muß dafür sorgen, daß die Absorptions wirkung am Ende eines Betriebszyklus erschöpft ist. Das hängt davon ab, ob der Betriebszyklus des Reaktors verlängert oder verkürzt werden soll. Durch das Brennstoffbündel ist es möglich, Absorberstäbe gegen andere Absorberstäbe mit der gewünschten atomaren Absorberkonzentration auszutauschen, so daß Betriebsplanänderungen berücksichtigt werden können, die ganz kurzfristig durchgeführt werden.

Aus der Beschreibung und aus den vorstehenden Beispielen geht hervor, daß das Brennstoffbündel leicht so eingestellt werden kann, daß es den gerade herrschenden Bedingungen in einem Reaktor bestmöglich angepaßt ist. Dieses kann entweder durch Modifizierung der neu einzusetzenden Brennstoffbündel geschehen, oder aber durch Modifizierung der bereits verwendeten Brennstoffbündel, die nach Plan noch nicht ausgetauscht werden sollen. Es können Brennstoffbündel verwendet werden, bei denen Öffnungen für die herausnehmbaren Stäbe sowohl auf der Bündeldiagonalen als auch an Stellen vorgesehen sind, die zur Bündeldiagonalen symmetrisch liegen. In manchen Fällen kann es weiterhin günstig sein, längs der Diagonalen oder an dazu symmetrischen Stellen eine geringere Anzahl von Stellen zum Einsetzen herausnehmbarer Stäbe vorzusehen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

409531/126

Claims

Patentansprüche:

1. Kernreaktor mit einer Anordnung von mehreren quadratischen Brennstoffbündeln, die jeweils an zwei Seiten einem Regelstab von kreuzförmigem Querschnitt benachbart sind, wobei jedes Brennstoffbündel aus einer Vielzahl von in einer quadratischen Anordnung an ihren Enden durch je eine Halterungsplatte gehaltenen, mit Brennstoff versehenen Stäben besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Stab (76') derart in den Halterungsplatten des Brennstoffbündels gehaltert ist, so daß er einzeln ohne Lösung der Halterung für die übrigen Stäbe des Brennstoffbündels auswechselbar ist.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Halterungsplatten mindestens eine öffnung aufweist, die ein Einsetzen oder Herausnehmen des auswechsel- ao baren Stabs (76') in Stabrichtung erlaubt, und daß der auswechselbare Stab an seinem in der Halterungsplatte gehaltenen Ende einen sich radial erstreckenden Stift aufweist, durch den der Stab unter Drehung in einem Schlitz der Halte- as rungsplatte ver- oder entriegelbar ist.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der einzeln auswechselbare Stab (76') in dem Brennstoffbündel an einem der Stabplätze auf einer Verbindungslinie (Diagonale 68) von Stabplätzen, die sich von dem Stabplatz, der den Kreuzungspunkt des Regelstabs mit kreuzförmigem Querschnitt am nächsten liegt, bis zu dem Stabplatz erstreckt, der von diesem Kreuzungspunkt am meisten entfernt liegt, oder an einem der Stabplätze längs der Diagonale angeordnet ist.

4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Stäben (76, 76') zwei einzeln austauschbare Stäbe (76') umfaßt, die symmetrisch auf entgegengesetzten Seiten der Diagonalen (68) angebracht sind.