DE1589824B2 - Verfahren zum betrieb eines kernreaktors - Google Patents

Description

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leiten, mit denen die Stäbe in den Kern ein- oder Gruppen von Steuerstäben erforderlich. Angaben ausgefahren werden können, auf solche Werte be- darüber, wie sich hierbei die Steuerstabreaktivität der grenzt werden, daß beim Auftreten irgendeines Feh- unbewegten im Kern verbleibenden Steuerstäbe verier? gleich welcher Art — sei es ein mechanischer hält, sind in der schweizerischen Patentschrift nicht Fehler oder der Ausfall eines elektrischen oder elek- 5 enthalten.

ironischen Steuer- oder Regelkreises — kein Reak- Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin,

tivitätsübergang irn Reaktor möglich ist, der dem ein solches Verfahren zum Betrieb eines Kernreaktors

Reaktorsystem oder den Brennstoffstäben nennens- zu finden, bei dein die Steuerstabreaktivität der im

werten Schaden zufügen kann. Der Grenzwert, von Reaktorkern verbleibenden Steuerstäbe den geringst-

dern ab Beschädigungen befürchtet werden müssen, io möglichen Wert annimmt.

kann an Hand der Energiedichte im Kernbrennstoff Das Verfahren soll dabei so geführt werden, daß definiert werden, also beispielsweise in Kalorien pro es dabei keine gleichzeitige Bewegung mehrerer Gramm UO₂. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein me- Gruppen von Steuerstäben und besondere Maßchanischer Fehler im System auftritt, wird größer, nahmen und Vorrichtungen zur Einhaltung bestimmwenn die maximale Energiedichte 425 cal/g UO₂ 15 ter Beziehungen zwischen diesen gleichzeitig ablaufen-(Verdampfung des UO₂) erreicht. Die Wahrschein- den Bewegungen erfordert, Es soll vielmehr die angelichkeit, daß ein mechanischer Fehler auftritt, wird strebte Beeinflussung der Steuerstabreaktivität der im <Jagegen vernachlässigbar klein, wenn die maximale Kern verbleibenden Steuerstäbe durch eine möglichst E,n'ergiedichte einen Wort von etwa 220 cal/g UO₂ zweckmäßige Wahl der nacheinander bewegten Grup-(Schrnelzen des UO₂) nicht überschreitet. Obwohl es ao pen erreicht werden.

Unwahrscheinlich ist, daß das System in größerem Die gestellte Aufgäbe wjrd bei einem Verfahren

Umfang beschädigt wird, wenn die Energiedichte an zum Betrieb eines Kernreaktors gemäß der Erfindung

irgendeiner Stelle im Reaktorkern 425 cal/g UO₂ er- dadurch gelöst, daß nacheinander vier Steuerstab-

reicht, ist es. grundsätzlich erwünscht, den Reaktor gruppen derart herausgezogen werden, daß die da-

3Q zu betreiben, daß. bei einer Erhöhung der Reak- 25 nach im Reaktorkern Verbleibenden Steuerstäbe über

tivjtät (also beim Herausziehen der Steuerstäbe) maxi- dem zu den Steuerstäben senkrechten Querschnitt des

rnale Energiedichten von mehr als 200 cäJ/g nicht Reaktorkerns ein Schachbrettmuster bilden,

auftreten, Die maximalen Energiedichten, die im Eine weitere, Ausgestaltung des erfindungsgemäßen

Brennstoff während der Erhöhung der Reaktivität Verfahrens erhält man dadurch, daß die aus dem

auftreten, hängen von zwei Parametern ab, nämlich 30 Kern herausgezogenen Steuerstäbe gegen die im Kern

einmal von der Steuerstabreaktivität und zum anderen verbliebenen Steuerstäbe, bezogen auf die oben-

vpn der Geschwindigkeit, mit der der Steuerstab aus- genannte Gruppierung, ausgetauscht werden. Der

gefahren wird. Reaktivitätswert eines Steuefstabes hängt in großem

Die Steuerstabreaktivität oder Steuerreaktivität Umfang von der relativen Stelle ab, an der die

eines Steuerstabes gibt an, in welchem Maße die Re- 35 Steuerstäbe in den Kern eingesetzt sind. Wenn auch

Aktivität k des Reaktors sich bei Änderung der Ein- die Reaktivitätssteuersysteme in heutigen Kernreak-

taychtiefe durch Einfahren oder Ausfahren des toren außerordentlich zuverlässig sind und wenn

Steuerstabes ändert und wird bei der Beschreibung auch das Bedienungspersonal keine schwerwiegenden

VQn Kernreaktoren häufig (lurch die Größe Δ k be- Reaktivitätsänderungen auslösen kann, so kann das

zeichnet. Zwischen den einzelnen Steuerstäben einer 40 Bedienungspersonal aber doch die Steuerstabreak-

Vielzahl von einem bestimmten Muster über einem tivität dadurch erhöhen, daß es Steuerstäbe in einer

Reaktorkern verteilten Steuerstäben bestehen dabei ungünstigen Verteilung in den Reaktorkern einfährt.

Kopplungen, so daß die Betätigung eines oder meh- Eine solche ungünstige Verteilung entsteht beispiels-

rerer pteuerstäbe entweder durch teilweises oder voll- weise dann, wenn man die, Steuerstäbe einer vorgeger

ständiges Herausziehen oder Einfahren die Steuer- 45 benen Steuerstabgruppe derart gegenseitig anordnet,

stab, reaktivität aller übrigen Steuerstäbe mit beeinflußt. daß ein oder mehrere Steuerstäbe dieser Gruppe einen

In der schweizerischen Patentschrift 360 141 wird ungewöhnlich hohen Reaktivitätswort erhalten. Wenn bereits eine Einrichtung zürn Steuern der Reaktivität man die Anordnung der Steüerstäbp dagegen so trifft, eines Kernreaktors beschrieben, in der Steuerstäbe irr - daß die Reäktivitätswerte der einzelnenSteuerstäbe Gruppen, welche eine Anzahl von wenigstens an- 50 niedrig bleiben, werden der"Wirkungsgrad und die Plhernd kpftzentrlseiien und kreisförmigen Schleifen Sicherheit des Reaktors erhöht; Daher ist es günstig, bilden, angeordnet sind, d|e Stäbe einzelner Gruppen den Reaktor auf spiele; Weise zij betreiben, daß die ge.meinsairi bewegt werden und die Gruppen aufein- verwendeten Verteilungen der; Steuerstäbe auf die Söderfplgend von außen nach innen fortschreitend geringstmöglichen Werte der^; Steuerstabreaktivität betätigt werden. Auf diese Weise wird eine angenähert 55 führen. Dies kann rnan durch Einfahren und Auslineare Bezierjung zwischen der Reaktivität des Reak- fahren der Steüerstgbe' in^; eifler;-ganz/bestimmten tors und der Einstelluiijg der iKpntrollstäbe erhalten. Reihenfplge Erreichen, die durch "die Erfindung fest-D|e Bewegungen der Kpritroilstabgrüppen sollen sich » gelegt ist. Diese Reinenfplge ^aM vom Bedienungsdabei vorzugsweise überlappen, so daß bereits beim . personal Von Hand gewäElt\yerderi^ sie kann aber teilweisen Herausnebeöeioeryoriiergehenden Gruppe 60 auch automatisch gewählt werden;' Weiterhin- kann ;die nächstfolgende Ghjppe biewegt wird. ;■;;:: die Anordnung sp getroffen werden, daß die Bewe-

Durch dieses. Verfahren wird daljer eine Lineari- g^ung solcher Steuerstäbe gespejrrt wird, die. nicht der

sjerung der Reaktiyitätsänderung des Reaktors, be- vorgegebenen Reihenfolge" entsprechen. Man kann

zogen auf die JLängefleinjheit der yerschlebung der auch eine digital arbeitende. Vorrichtung dazu be-

gerade bewegten Steuerstäbe, unabhängig von ihrer 65 nützen, die Steuerstäbe äutprriatiseh irj der vorgegebe-

Emtauchtiefe in den Reaktpr angestrebt. Es ist hierzu nen Reihenfolge ein- oder auszufahren. Man kann

eine kprnplizierte rnechanißche Anordnung zur Ko- aber eine solche digital a.rbeitepde Vorrichtung auch

ordinierung der gleichzeitigen Bewegung mehrerer dazu benutzen, die vom Bedienungspersonal· getrof-

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fene Auswahl zu überwachen, um sicherzustellen, daß angeordnet sind. Die Gruppe 2 besteht aus allen die vom Bedienungspersonal getroffene Auswahl mit Steuerstäben, die in der Mitte der 3 -3-Matrizen des den erfindungsgemäßen Steuerstabverteilungen und Netzwerkes II angeordnet sind. Die Gruppe 3 besteht der erfindungsgemäßen Reihenfolge für das Ein- und aus allen Stäben, die in den Ecken der 3 · 3-Matrizen Ausfahren verträglich ist. Wenn die vom Bedienungs- 5 in Netzwerk I öder Netzwerk II angeordnet sind, sopersonal getroffene Auswahl von der erfindungs- fern diese Ecken auf einer bestimmten Diagonalen gemäßen Verteilung und Reihenfolge derart abweicht, oder auf einer dazu parallelen Linie liegen. Die daß sich eine mögliche Verteilung ergibt, bei der Gruppe 4 besteht aus den Steuerstäben in den beiden hohe Steuerstabwerte entstehen, blockiert dann die anderen Ecken der 3 · 3-Matrizen des gleichen Netzdigital arbeitende Vorrichtung die weitere Bewegung io werkes. Die Diagonalen, mit denen man diese Ecken der Steuerstäbe, bis das Bedienungspersonal wieder verbinden kann, stehen senkrecht auf den Diagonalen, die richtige Auswahl getroffen hat. durch die Stabstellungen aus Gruppe 3 miteinander

Nach der Erfindung sind zwei grundlegende verbunden sind.

Reihenfolgen möglich, die als Folge A und als Die Reihenfolge für das Ausfahren oder das EinFolge B bezeichnet werden sollen. Jede der beiden 15 fahren der Steuerstäbe kann lauten: Gruppe 1, 2, 3 Folgen führt auf ein Schachbrettmuster. Nach der und 4 oder auch Gruppe 4, 3, 2 und 1. Zusätzlich Folget ist der zentrale Steuerstab im Reaktorkern kann man noch die Gruppe 1 mit der Gruppe2 und eingesetzt, wenn 50 °/o aller Steuerstäbe herausgezogen die Gruppe 3 mit der Gruppe 4 vertauschen. Dadurch sind, und nach derFolge B ist der zentrale Steuerstab erhält man acht mögliche Reihenfolgen für das Ausherausgezogen, wenn 50% aller Steuerstäbe heraus- 20 fahren oder das Einfahren der Steuerstäbe. Wenn gezogen worden sind. Es ist nicht günstig, wenn der man dagegen die Gruppen 1 und 3, 1 und 4, 2 und 3 Reaktor über längere Zeiten mit der gleichen Steuer- oder 2 und 4 miteinander vertauscht, erhält man Stabverteilung betrieben wird, da dieses zu einem keine Steuerstabverteilungen mehr, bei denen die ungleichförmigen Abbrand führt. Wenn man daher Steuerstabreaktivitäten ein Minimum sind bzw. bleidie Steuerstabverteilung periodisch — beispielsweise 25 ben. Wenn nun alle Steuerstäbe der Gruppen 1, 2, 3 alle zwei Monate — ändert, kann man im Reaktor- und 4 vollständig aus dem Kern herausgezogen workem einen viel gleichförmigeren Abbrand erzielen. den sind, sind die im Reaktorkern verbleibenden Die beiden grundlegenden Reihenfolgen A und B Steuerstäbe schachbrettartig angeordnet. Ist diese nach der Erfindung sowie die Schachbrettmuster, zu Schachbrettverteilung erreicht, so verbleiben noch denen diese beiden Reihenfolgen führen, sind beson- 30 50 % aller Steuerstäbe in dem Reaktorkern. Man ders gut zum Ändern von Steuerstabverteilungen ge- sagt dann, daß eine Steuerstabdichte von 50% ereignet, wenn 'die Lage der Steuerstäbe vertauscht reicht ist. Die Steuerstäbe in dem Reaktorkern, die oder umgeschaltet werden soll. Solche Änderungen dieses Schachbrettmuster bilden, haben dann alle eine der Steuerstabverteilungen werden normalerweise bei mittlere Steuerstabreaktivität und daher die geringstvenninderter Reaktorleistung durchgeführt und kön- 35 mögliche praktische Steuerstabreaktivität. Zusätzlich nen das Vertauschen der Steuerstäbe in Übereinstim- ' wurden die Steuerstäbe zur Herstellung dieses Schachmung mit den beiden grundlegenden Folgen A und B brettmusters in einer solchen Reihenfolge herausgebeinhalten, zogen, daß auch nach jedem Schritt und in jedem

Jede der beiden grundlegenden Folgen A und B Augenblick während des Herausziehens sichergestellt

besteht darin, der Reihe nach die Steuerstäbe von .40 war, daß die praktische Steuerstabreaktivität so nied-

vier Grundgruppen herauszuziehen, die im folgenden rig wie möglich blieb. _

als Gruppe 1, 2, 3 und 4 bezeichnet werden sollen. Weiterhin hat sich herausgestellt, daß die schach-

Diese Steuerstabgruppen werden nacheinander heraus- brettartige Anordnung der Steuerstäbe für den Reak-

gezogen, und zwar werden die Steuerstäbe einer torbetrieb selber sehr günstig ist Der Grund hierfür

Gruppe erst vollständig herausgezogen, ,bevor, mit 45 liegt darin, daß man bei einer schachbrettartigen

dem Herausziehen, der ; Steuerstäbe der nächsteil Steuerstabverteilung während des Reaktorbetriebes

Gruppebegonnenwird,; _r;i_;-, : ; von allen Brennstoffbündeln im Reaktorkern gleich-

Die speziellen Anordnungen der ■ Steüerstäbe in förmig Energie abführen kann. Wenn die Steuerstäbe diesen vier Grundgruppen werden aus zwei geometri- der Gruppen l.bis.4 vollständig herausgezogen wor-■schen Netzwerken abgeleitet, die als Netzwerk I und 50 den sind, ist der. Punkt erreicht," an dem die Steüefals Netzwerk IL bezeichnet werden sollen.· Jedes dieser stabdichte 50.% beträgt. Zu Beginn.des Brennstoff-Netzwerke besteht aus einer Anzanl 'sich überlappen- "zyklüs ί sollte der Leistungspegel' des Reaktors mit der quadratischer Matrizen für 3-.3 Steüerstäbe, so .50°/oί Steuerstabdichte höher" als^ die Leerlauf leistung daß jede dieser, gedachten:Matrizen 9."Steuerstäbe des Reaktors sein. Das weitere.Herausziehen_: ^;der .aufnehmen kann. :T ...,,;. _<r,. .., ·. "j.1;]' ,"'.~-;'.'_: 55 Steüerstäbe, das nötwendig ist,-]um die gewünschte r. -. Das Netzwerk I besteht aus. einer" Anzahl gedächter Betriebsverteilung der SteuerstäbeI₁' hervorzurufen, Matrizen mit drei Spalten und drei Reihen, die derart sollte in einer symmetrischen Reihenfolge durchgeinden Reaktorkern gelegt sind^ daß die Eckstäbe einer führt werden. Bei, dieser symmetrischen Reihenfolge j eden gedachten Matrix rnit, den Eckstäben der dia- beginnt man am besten mit'"' dem!' Herauszieheil "der gonal. danebenliegenden gedachten· Matrizen zusam- 60 Steuerstäbe außen am Umfang def Reaktorkerns,, bis .menfaUen.^;!j _ΠΛ-_Γ;:._ν- _rn~;_r.„_t,^'',., , ",_v:.,h.,., 1, > ,V alle: Sieuerstäb'e'auf dem Kreis'auJSenam. Umfang des -_iOlDas Netzwerk IIbesteht aus einer Anzahl gedach- Reaktors herausgezogen wordensindi Danri. können :ter Matrizen mit drei Spalten' und drei Reihen, die einige ,Steuerstäbe in der Mitte des ,Reaktors hefaus-.derartin den Reaktorkern gelegt sind,, daß die im .gezogen werden, um den Reaktor auf volle Leistung .Netzwerk I nicht erfaßten Regelstäbe die mittleren 65 zu bringen.· Wenn der Abbrand größer geworden ist, Stäbe für_:das Netzwerk II darstellen. -:',■,'. kann man noch weitere Steüerstäbe aus der Mitte des • ^ Die Gruppe 1 besteht aus allen Steüerstäben, die Reaktorkerhs herausziehen. ■ ';'."] '.'''■ ■'· ;.:'·'.
in der Mitte aller..3r3-Matrizen des Netzwerkes! ..'.'.. Wenn man einen Reaktor auf die eben beschrie-

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bene Weise betreibt, kann man während des Normal- Fig. 19A zeigt die Schachbrettverteilung der

betriebes des Reaktors maximale Steuerstabreaktivi- Steuerstäbe mit voll ausgefahrenem zentralem

täten (AK) zwischen 0,025 und 0,035, bezogen auf Steuerstab, die sich bei 50 % Steuerstabdichte aus der

_t den voll eingefahrenen Zustand, erreichen. Wird ein Folge B ergibt;

Reaktor dagegen nicht nach dem erfindungsgemäßen 5 F i g. 20 zeigt eine Steuerstabverteilung für den

Verfahren betrieben, so ist es möglich, daß die maxi- Leistungsbetrieb des Reaktors, die durch die Folget

malen Steuerstabreaktivitäten etwa auf 0,050 bis 0,060 entsteht und aus der Schachbrettverteilung aus

ansteigen. Durch die Anwendung der erfindungs- Fig. 19 abgeleitet ist, die auf der Folge/i beruht;

gemäßen Steuerstabverteilung kann man somit eine Fig. 21 zeigt eine Steuerstabverteilung für den

Verminderung der Steuerstabreaktivitäten erzielen, io Leistungsbetrieb des Reaktors, die durch die Folge B

die bis zu 55 % betragen kann. entsteht und aus der Schächbrettverteilung nach

Im folgenden soll die Erfindung in Verbindung mit Fig. 19 A abgeleitet ist, die auf der Folge B beruht;

den Zeichnungen näher erläutert werden. . F i g. 22 und 23 zeigen zwei andere Steuerstabver-

Fig. 1 stellt schematisch eine Kernreaktoranlage teilungen für den Leistungsbetrieb des Reaktors, die

dar. Der Kernreaktor ist teilweise geschnitten dar- 15 aus der auf der Folge A beruhenden Steuerstabver-

gestellt; teilung nach Fig. 20 abgeleitet sind. Die Folgen, die

F i g. 2 ist ein horizontaler Querschnitt durch den zu diesen Steuerstabverteilungen führen, werden mit

Reaktorkessel und den Reaktorkern längs der Linie A-I und A-I bezeichnet; _r

2-2 aus Fig. 1; Fig. 24 und 25 zeigen zwei andere Steuerstabver-

Fig. 3 zeigt schematisch einen Reaktorkern, der 20 teilungen für den Leistungsbetrieb des Reaktors, die

nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben aus der auf der Folge B beruhenden Steüerstabver-

werdenkann; \- . teilung nach Fig. 21 abgeleitet sind. Die Folgen, die

Fig. 4 zeigt eine 2 ■ 2-Matrix. Auf der einen zu diesen Steuerstabverteilüngeri führen, werden mit

Diagonalen dieser Matrix sind die Steuerstäbe ein- JEf-I und 5-2 bezeichnet.. .'..'. ^ "."

gesetzt, auf der anderen Diagonalen dieser Matrix 25 ■ Inder Fig. 1 ist schematisch eine Kernreaktör-

sind die Steuerstäbe herausgezogen worden; anlage dargestellt, die nach dem erfindungsgemäßen

Fig. 5 zeigt die 3 · 3-Matrix, aus der sich die er- Verfahren betrieben werden kann. Das erfindungsfindungsgemäße Steuerstabverteilung und die Reihen- gemäße Verfahren läßt sich auf zahlreiche Kernfolge ableiten läßt, mit der die Steuerstäbe einge- reaktorarten anwenden, also beispielsweise auf fahren oder ausgefahren werden können; 30 Leichtwasser moderierte und gekühlte Reaktoren,

Fig. 6A bis 6E zeigen alle 3 · 3-Matrizen, die die keine Siedewasserreaktoren sind, auf Schwer-

Ausgangspunkt für eine Steuerstabverteilung mit ein- wasser moderierte oder auf Graphit moderierte Reak-

gesetztem zentralem Steuerstab sein können (Folge B toren, auf organisch moderierte Reaktoren oder auch

aus Fig. 19); auf Reaktoren, bei denen als Moderator und Kühl-

Fig. 7A bis 7D zeigen alle 3 · 3-Matrizen, die 35 mittel Natrium oder andere Stoffe verwendet werden.

Ausgangspunkt für eine Steuerstabverteilung mit Das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch am

herausgezogenem zentralem Steuerstab sein können Beispiel seiner Anwendung auf einen Siedewasser-

(Folge^t aus Fig. 19); , . reaktor beschrieben, da die Anwendung der Erfin-

F i g. 8 zeigt die Anordnung der 3 · 3-Matrizen im dung auf diese Reaktorart sehr vorteilhaft ist.
NetzwerkI. Außerdem sind die Steuerstäbe darge- 40 Der Reaktor, der in der Fig· 1 dargestellt ist,

stellt, die als Gruppe 1 eingefahren oder ausgefahren weist einen Druckkessel 10 mit einem abnehmbaren

werdensollen; Dom 12 auf, der mittels!der Flansche 14 und: 16 am

Fig. 9 zeigt die Anordnung der 3 · 3-Matrizen im Kessel befestigt ist. Innerhalb des Kessels 10 ist der

Netzwerk II. Außerdem sind die Steuerstäbe darge- Reaktorkern 18 angeordnet,' der eine Anzahl senkstellt, die als Gruppe 2 eingefahren oder ausgefahren 45 recht angeordneter Brennsiöffbühdel 20 aufweist,

werdensollen; Jedes Brennstoffbündel besteht; aus einer Anzahl

Fig. 10 und 11 zeigen, wie die Steuerstäbe der langgestreckter Brennstoffstäbe, die durch eine obere

Gruppen 3 A und AA eingefahren oder ausgefahren und eine untere Halterung in einern gewissen Ab-

werden_vwenn als Bezugspunkt das Netzwerk I aus stand voneinander gehaltert sind. Diese Halterungen Fig. 8 verwendet wird; " " : ._ 50 weisen öffnungen auf, durch die Kühl-und Mode-

;■'■ Fig. 12 und 13 zeigen; wie die Steuerstäbe' der ratorflüssigkeit hinduretiströmen kann. Jedes Brenn-

Gruppen3B und 4B eingefahren oder'ausgefahren Stoffbündel ist mit einern an beiden. Seiten offenen

werden, wenn als Bezugspunkt das Netzwerk I aus Mantel versehen, der das' Brennstoffbündel umgibt

Fig. 8 verwendet wird; .;. "^; - .^:"'/ V7/ ¹Y; und als Kanal für das Kühlmittel dient".;
^: Fig. 14 und 15 'zeigen,, wie die Steuerstäbe'der 55 Untenam Boden 23;des Reaktorkessels 10 sind

Gruppe 3C und 4C eingefahren und ausgefahren eine Anzahl von Antriebsmechanismen22 für die

werdenj wenn als Bezugspunkt das NetzwerkII aus Steuerstäbe des Reaktor?"dicht durchgeführt. Diese

Fig. 9 verwendet wird; ■: -■'".'■'".', _;'^!, Antriebsmechanismen ,; können 7 beispielsweise . ain

-■ Fig. 16; und .17 zeigen,, wie die" Steuerstäbe;def . Kesselboden 23 verschweißt sein.' Weiterhin sind eine Gruppen 3 D und 4 D eingefahren oder ausgefahren 60 Anzahl; von: längsverlaufenden FüHrungsronren 24

werden, wenn als Bezügspunkt das Netzwerk II. aus für die Steuerstäbe vorgesehen,'die mit ihren unteren

Fig. 9 verwendet wird; '": - ; ^: - ^;: Enden innen am^Kesselboden 23. ahgescHweißt'sindl

Fig. 18 zeigt typische Untergruppen, in die eine Die oberen Enden dieser' Füfirungsrorire 24 sind

Gruppe unterteilt werden kann; . "i; durch eine untere Gitterplatte; 26'■'., in Querrichtung

Fig. 19 zeigt die Schächbrettverteilung der Steuer- 65 festgelegt. Das obere Ende eines jeden Führungsstäbe mit voll eingesetztem zentralem Steuerstab, die rohres 24 ist mit vier Sockeln (nicht gezeigt) und mit sich bei 50% Steuerstabdichte aus der Folge A er- einer kreuzförmigen öffnung (nicht gezeigt) versehen, gibt; - - ν Jedes Führungsrohr 24 trägt "vier Brennstoffbündel

20, und zwar sind die unteren Halterungen der gesamten Wassermenge besteht, strömt zuerst durch Brennstoffbündel jeweils in einen der vier Sockel am die Öffnungen 28 oben an den Führungsrohren 24 oberen Ende des Führungsrohres eingesetzt. Jedes für die Steuerstäbe hindurch, dann durch die unteren Führungsrohr ist mit öffnungen 28 versehen, die Halterungen der Brennstoffbündel^hindurch und in oben an den Führungsrohren angeordnet sind und 5 die Brennstoffbündel und den Ringmantel der Brennmit dem Vorrätsraüm 30, den Sockeln oben art den stoffbühdel hinein und tritt schließlich durch die Führungsrohren sowie mit den unteren Halterungen oberen Halterungen der Brennstoffbündel hindurch der zugehörigen Brennstoffbündel in Verbindung und in den Sammeldom 27 ein. Innerhalb der Brennstehen, stoff bündel und innerhalb der Ringmäntel, die die

Steuerstäbe.32 sind in gestrichelten Linien dar- io Brennstöffbündel umgeben, dient das Wasser als gestellt. Sie dienen dazu, den gesamten Leistungs- Moderator und als Kühlmittel für die Brennstoffpegel des Reaktors sowie die differentieUe Leistungs- stäbe. Hierbei wird das Wasser teilweise verdampft, verteilung innerhalb des Reaktorkerns einzustellen. so daß sich eine Dampf-Wasser-Mischung bildet.
In jedem Führungsrohr ist ein solcher kreuzförmiger , Die zweite Teüströrhung, die aus den restlichen Steuerstab angeordnet, der durch die kreuzförmige 15 10% Wasser besteht, nimmt ihren Weg von dem Öffnung am oberen Ende des Führüngsröhres hin- Vorrätsraüm 30 aus durch Öffnungen 59 hindurch, durchgeht und zwischen den vier Brennstoff bündeln die zwischen den äußeren Oberflächen an den oberen 20, die auf dem Führungsrohr sitzen, senkrecht hin- Enden der Führungsröhre 24 gebildet sind. Von dort und herbewegt werden kann. Die Steüerstäbe 32 sind strömt diese Teilströmung durch entsprechende Öffmit den Antriebsmechanismen 22 über Antriebsstän- 20 nungen in der unteren Gitterplatte 26 hindurch. Nun gen 33 verbunden. Die einzelnen Arttriebsrnechänis- fließt die Teilströmurig in den Zwischenraum nach men werden hydraulisch betätigt.. Die Hydraulik- oben, die zwischen den Ringmänteln der einzelnen leitungen sindi mit 34 bezeichnet. Das. hydraulische Brennstoffbündel und zwischen den Steuerstäben System wird von einer Steuervorrichtung 35 gesteuert, vorhanden sind. Zum Schluß gelangt diese Teilströdie eine bekannte elektromechänische: Vorrichtung 25 muhg durch Zwischenräume zwischen den oberen sein jcarin. Man kann die Steuervorrichtung 35 zur Enden der Brennstoffbündel hindurch in den Sammel-Äüswahl der Steüerstabverteilüngen sowie zur Aus- dom 27. Diese Teilströmung dient dazu; die Steuerwahl der Reihenfolge verwenden, mit d£r die Steuer- stäbe und die Ringmäntel der Brennstoffbündel zu stäbe eingefahren bzw. ausgefahren werden. kühlen, um die Bildung von Dampf in diesen Gebie-

Beim Betrieb eines Siedewasserreaktors wird ein 30 tert zu verhindern. Außerdem trägt diese Teilströ-Dampf-Wasser-Gemisch, das im Reaktorkern 18 er- mung auch zur neutronenmoderierenden Wirkung zeugt worden "ist, in feinen Doni 27 überführt. Von derjenigen Wassermehge bei, die innerhalb der Ringdort aus strömt das Dampf-Wässer-Gemisch in mantel die Brennstöffbündel durchströmt.
Dampfseparatoren 41 hinein. Dort wird der Dampf In der Fig. 2 ist ein Querschnitt durch den Revom größten Teil des Wassers befreit. Der ab- 35 aktorkessel 10 und durch den Reaktorkern in Höhe separierte Dämpf strömt dann nach oben in einen der Linie 2-2 aus Fig. 1 dargestellt. Der Reaktor-Dampftröckrter 42 hinein, der auf einer ringförmigen kessel 10 ist um den Reaktorkern 18 und den Ring-Halterüng 44 montiert ist. Dort wird das restliche mantel 36 herum angeordnet. Die Brennstoffbündel Wasser' aus dem Dampf entfernt. Der trockene 20 sind gruppenweise zu jeweils vier Stück ange-Dampf, der aus dem Dampftrockner 42 austritt, wird 4° ordnet, wobei zwischen den Gruppen ein verhäitnisdanrt einer Turbine 46 zugeleitet, die einen Generator mäßig schmaler Zwischenraum N verbleibt, der das 48 antreibt. Das Wasser, das in dan Separatoren 41 Einsetzen und Herausnehmen der Brennstoffbündel und im Dampftrockner 42 abgeschieden worden ist, erleichtern soll. Außerdem wird dadurch Platz für strömt nach unten und über die obere.Wand des die Instrumentierung geschaffen. Der Zwischen-Donies 27 radial hach außen. Daraufhin fließt dieses 45 raum W zwischen den vier Brennstoffbündeln einer Wasser zwischen den Dampfseparatören hindurch Gruppe ist dagegen merklich größer, so daß zwischen nach unten in den Ringraum 37 hinein. Der Wasser- den Bündeln einer Gruppe ein kreuzförmiger Steuerstand iiri Reäktorkessel ist durch die gestrichelten stab hin-und herbewegt werden kann. Daher sind Linien50 dargestellt. ... ,^^ _. ■ neben jeweils zwei Seiten eines jeden Brenristoff-

Abdampf aus der Turbine 46 wird ,kondensiert 5° bündeis Steüerstäblamellen angeordnet, neben den und im kondensorsumpf 52 gesammelt. Das1 Dampf- anderen bejden Seiten eines jeden Brennstoffbündels kondensatwirdaus dem Sumpf 52.!durchι eine Pumpe jedoch nicht. ,Die. Zwischenräurne N und W sind 54 abgepumpt und als Speisewasser einem kreisring- diejenigen Zwischenräume, durch die die zweite Teilförmigert Verteiler 56 zugeführt, sol daß das Speise- strömung des Ürriwälzwassefs hindurchströmt, so daß wasser, mit Wasser aus den Dampfseparatoren 41 und 55 diese Zwischenräume mit Wasser gefüllt sind. Es sei deni Dampftrockner 42 gemischt wird. Das" Wässer bemerkt, ,daß ein! wirklicher Reaktor- häufig eine wird.also^ auf einem geschlossenen, Wege umgewälzt, wesentlich "größere'Anzahl vonBrennstoffelementen der beim Vörfatsräum 30 beginnt, Dann folgen die bzw. von Bferuistoffbüridelii und.'. Steuerstäben auf-Bfennsjtqffbündei 20, der Sammeidpin 27, die Dämpf- weist,, als es in,den Fi g. 1 und 2 dargestellt ist. Die Separatoren 41; und der^; obere.R4üin58*. daraufhin 6o Fig. 1 und 2.; sind 'nur der Übersichtlichkeit .halber strömt das Wasser.durch den' nach" mit einer; wesentijch geriiigefen Anzahl von Brennüntön und zum Ansaugstutzen 'der Umwälzpumpe 38 stöffbüfideih und Steuerstäbeh dargestellt worden.;. zurück. Das Umwälzen des Wassers kami auch mit In der F i g. 3 ist. schematisch ein typischer Reaktor-Hilfe von Strahlpümpeh erfolgen^ die^ in deiri Ring- kern dargestellt, der nach dem erfindungsgemäßen raum 37 angeordnet werden können. .-,V , 65 Verfahren betrieben werden kann. Der Kern weist _ ΌΪ6 Wassermenge aus de^n Vorrätsraüm 30 wird 137 Steüerstäbe 32 und 548. Brennstöffbündel 20 auf, in zwei parallele Teilströmungen unterteilt. .'" . die der Einfachheit halber nur in einer-Zelle dar- ;;.Die:erste Teiiströmung, die aus; etwa".90°/o der gestellt sind. Der äußere Umfang des Reaktorkerns

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ist so ausgebildet, daß er sich möglichst gut durch grenzter Geometrie entgegen und sorgen dafür, daß einen Kreis umschreiben läßt. Der zentrale Steuer- ,die Größe der höchsten Steuerstabreaktivität in der stab des Reaktorkerns ist mit 32' bezeichnet und Nähe des Mittel- oder Durchschnittswertes liegt. Man dient als Bezugspunkt für die nachfolgenden Er- sieht daher, daß die schachbrettartigen Steuerstabörterungen. Man kann aber auch jeden anderen 5 Verteilungen, aus denen die Verteilungen nach den Steuerstab als Bezugspunkt verwenden. Außerdem ist Fig. 20 bis 25 abgeleitet sind, äußerordentlich in der F i g, 3 die grundlegende 3 · 3-Matrix 61 ein- günstig sind, um im ganzen Kern, also auch am Kerngezeichnet, die nur aus Zweckmäßigkeitsgründen in rand, die geringstmöglichen Steuerstabreaktivitäten die Mitte des Reaktorkerns gelegt ist, Von dieser zu erzielen.

Matrix werden die Steuerstabverteilung und die Rei- xp _ Wie bereits erwähnt, gibt es mehrere verschiedene

henfolge des Ein- und Ausfahrens der Steuerstäbe Reihenfolgen, in denen die Steuerstäbe aus dem

gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleitet. Reaktorkern herausgezogen werden können, und die

Um. den Reaktor richtig betreiben zu können, muß dann auf die Schachbrettverteilungen aus den F i g. 19

die Reihenfolge, mit der die Steuerstäbe aus dem und 19 A führen. Bei dem nacheinander erfolgenden

Reaktorkern ausgefahren werden, schließlich auf eine 15 Herausziehen der Steuerstäbe ist es notwendig, daß

Steuerstabverteilung führen, die für den Leistungs~ die nach jedem Schritt noch im Kern verbleibenden

betrieb des Reaktors günstig ist. Günstige Verhält- Steuerstäbe eine Steuerstabreaktivität aufweisen, die

nisse für einen Leistungsbetrieb eines Reaktors liegen so nahe wie möglich am Mittelwert und damit am

im allgemeinen dann vor, wenn die Energieerzeu- kleinstmöglichen Wert liegt. Dieses wurde unter Ver-

gungsdichte innerhalb des Reaktörkerns relativ 20 wendung der grundlegenden 3 · 3-Matrix erreicht, die

gleichförmig ist. Steuerstabverteilungen, die sich für in der Fig. 5 dargestellt ist. An Hand dieser 3 · 3-

einen Leistungsbetrieb als besonders günstig erwiesen Matrix ist es möglich, ganz bestimmte Steuerstab-

haben; sind in den Fig..20 bis 25 dargestellt. Diese Verteilungen zu erreichen, derart, daß nach dem

Steuerstabverteilungen können aus den Schachbrett- Herausziehen der ersten beiden Steüerstabgruppen

Verteilungen bei 50 % Steuerstabdichte abgeleitet 25 (Gruppe 1 und Gruppe 2 aus den F i g. 8 und 9) kein

werden, die in den F i g. 19 und 19 A dargestellt sind. Steuerstab herausgezogen ist, der in allernächster (N,)

Diese Schachbrettverteilungen erhält man, wenn man oder zweitnächster (N₃) Nachbarschaft zu irgeha-

bei allen 2-Matrizen 63 (s. F i g. 3 und 4) die Steuer- einem der herausgezogenen Stäbe angeordnet ist.

stäbe längs der einen Diagonalen einsetzt und längs Man sieht, daß als Stäbe der Gruppe! und 2 die-

der anderen Diagonalen herausnimmt, 30 jenigen Stäbe herausgezogen sind, die jeweils in der

Bei unendlicher Geometrie werden bei dieser Mitte N₁ der 3 · 3-Matrizen der Netzwerke I und II schachbrettartigen Anordnung der Steuerstäbe die angeordnet sind, wie es noch in Verbindung mit Steuerstabreaktivitäten aller eingesetzten Steuerstäbe Fig. 8 und 9 erläutert wird. N₁ der 3 · 3-Mätrix aus auf einem Durchschnittswert gehalten, der somit ein F i g. 5 bezieht sich auf den mittleren Steüerstab der kleinstmöglicher Wert ist. Die Größe' der einzelnen 35 3 · 3-Matrix, der jedoch nicht der zentrale Steuerstab Steuerstabelemente hängt dann nur noch von den des Reaktorkerns zu sein braucht, wie es noch an Brennstoffparametern ab, also beispielsweise vom Hand der Fig. 6A bis 6E und 7A bis 7D näher Neutronenmultiplikationsfaktor des Brennstoffs ohne erläutert wird. Die Stäbe, die als dritte und als vierte Steuerstäbe (k^uc), der Neutronenwanderungsfläche Gruppe herausgezogen werden (Gruppe 3 und 4 aus (M£) sowie der Steuerstärke aller bewegbaren 40 den Fig. 10 bis 17), sind diejenigen Stäbe, die iri der Steuerstäbe (Δ k/k). Bei einer endlichen Geometrie, zweitnächsten Nachbarschaft N_ä der Mittelstäbe der wie sie beispielsweise in der Fig. 3 dargestellt ist, Matrizen angeordnet sind. Die in der nächsteh Nachkönnen die Steuerstabreaktivitäten der außen liegen- barschaft N₂ angeordneten".Stäbe werden erst dann den Steuerstäbe kleiner als die Durchschnitts- oder . herausgezogen, wenn der Punkt "von 50 °/o Steuerstabdie Mittelwerte sein, da außen am Kern eine ge- 45 dichte unterschritten ist. .Während des Leistungsringere Neutronenflußdichte herrscht. Das liegt daran, betriebes des Reaktors hat_: es' sich als günstig erdaß außen am Kern mehr Neutronen durch Abwan- wiesen, den Reaktor mit Steüerstabverteilungen zu derung verlorengehen. Wenn dieses auch bei einer betreiben, bei denen entweder der zentrale Steüerstäb Schachbrettyerteilung · der Steuerstäbe bei 5O°7o eingesetzt (Folge A aus Fig.. 19). oder herausgezogen S.teuerstabdichte geschieht, sollte man meinen, daß 50 ist (Folge ß aus Fig. 19A),'Wie. bereits erwähnt, sich dann nicht die geringstmögliche Steuerstab- erfolgt die Wahl des zentralen./Sfeüerstäbes/als Bereaktivität erzielen läßt. Wenn man nun außen am z'ügspünkt nur aus Zweckmäßigkeitsgrühden. Die Kern einige Steuerstäbe herausnimmt, ist es möglich; nachfolgende, Beschreibung.;deir Steuerstabverteiluriden Neutronenfluß außen am Kern wieder zu er- geh/und der Reihenfolgen, iri'denen die Steuerstäbe höhen, so daß wieder ein Zustand erreicht wird, in 55 herauszuziehen sind, um diese yerteüungen zu erdem_: jeder;; Steuerstab_:; eine ι Steuerstabreaktivität er- "" reichen, wird, von diesem Bezugspunkt: ausgehend, an langt, die dem Durchschnitts- öder Mittelwert gleicht Hand der 3 · 3-Mätrizen durchgeführt.'[..;'.[ . /
und daher einen^ kleinstnaöglichen Wert annimmt ".."·. Die FigiöA'bis 6E^:uhd/7A^bis7D zeigen alle Das Herausziehen von Steuerstäben aus dem Rand möglichen 3 · 3-Mätrizen; yondeiien zu Beginn äüsdes· Reaktorkerns ist aber, nicht erforderlich, da der 69 gegangen werden kann., /vyie/dasNeizwerk I und die Neutronenfluß über, den gesamten Kern nicht gleich- Gruppe J, in den Reaktorkern-· hineingelegt wird förmig ist und da im.Brennstoff am Rand des Neu- (s. Fig. 8), hängt davon,abi wie die 3>" 3-Matrix, die tronenkerns, eine größere 'ungesteuerte Neutronen- als Ausgangspunkt dient*^^ gegenüber;, dem zentralen multiplikation auftritt, die man dem Bestrahlung- Steüerstab des Reäktorkerris iri ideri Reaktorkern/gegefälle sowie der yerteiiung der als Reaktorgifte 65 legt wird. Die Stellen, die zum Netewerk II und. zur wirkenden Spaltprodukte zuschreiben kann. Diese "' Gruppe 2 gehören", werderjaüs/deni Netzwerk I abErscheinungen wirkendem bereits erwähnten Neu- geleitet (s. Fig. 9). / .;: ': ·
tronenverlust am Rande eines Reaktorkerns mit be- In den Fig. 6Ä bis 6E sind nun alle möglichen

13 14

3 · 3-Matrizen dargestellt, von denen man ausgehen zeichnet. Aus den Fig. 10, 12, 14 und 16 geht herkann, um eine Steuerstabverteilung zu erreichen, bei vor, daß die Gruppe 3 aus allen denjenigen Steuer- ■■ der der zentrale Steuerstab des Reaktorkerns heraus- stäben besteht, die als Eckstäbe längs einer bestimm-, gezogen ist (Folge B). Wählt man als Ausgangspunkt ten Diagonalen entweder in den 3 · 3-Matrizen des die 3 · 3-Matrix nach Fig. 6A, so wird der zentrale 5 Netzwerkes I oder in den 3 ■ 3-Matrizen des Netz-Steuerstab bereits beim Herausziehen der Steuerstäbe werkes II angeordnet sind. Diese Stellen sind mit der entfernt, die zur Gruppe 1 gehören. Geht man da- Bezugsziffer 3 gekennzeichnet. Wenn man eine dieser gegen von einer der Matrizen aus, die in den Fig. 6B Diagonalen über eine 3 · 3-Matrix hinaus verlängert, bis 6 E dargestellt sind, so erfolgt das Entfernen des fällt sie entweder mit Diagonalen weiterer 3 · 3-zentralen Steuerstabes beim Herausziehen der Steuer- io Matrizen zusammen oder verläuft parallel zu diesen, stäbe der Gruppen 3 oder 4. In den Fig. 7A bis 7D In den Fig. 11, 13, 15 und 17 ist dargestellt, daß sind nun alle diejenigen 3 ■ 3-Matrizen dargestellt, Gruppe 4 aus den restlichen Eckstäben der 3 · 3-von denen man zur Erreichung einer Schachbrett- Matrizen des gleichen Netzwerkes besteht, der die artigen Steuerstabverteilung mit eingesetztem zen- Stäbe der Gruppe 3 angehören. Diese Stellen sind mit tralem Steuerstab ausgehen kann (Folge A). Um 15 der Bezugsziffer 4 gekennzeichnet. Diese restlichen dieses zu erreichen, wird die 3 · 3-Matrix, von der Eckstäbe liegen auf Diagonalen, die auf denjenigen ausgegangen wird, so in den Reaktorkern hinein- Diagonalen senkrecht stehen, durch die die Stäbe gelegt, daß der zentrale Steuerstab in der nächsten aus Gruppe 3 miteinander verbindbar sind. Nachbarschaft N₂ desjenigen Steuerstabes angeordnet ^; Wie aus F i g. 8 hervorgeht, wiederholen sich die ist, der in der Mitte dieser 3 · 3-Matrix sitzt. Wenn 20 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I durch den ganzen man die 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I oder der Reaktorkern hindurch; das ist durch die gestrichelt Gruppe 1 derart in den Reaktorkern hineinlegt,; sieht dargestellten 3 · 3-Matrizen angedeutet. Da die Anman, daß der zentrale Steuerstab des Reaktors sowie Ordnung der 3 ■ 3-Matrizen gegeneinander für die die anderen Steuerstäbe, die in der nächsten Nach- Erfindung wesentlich ist, sind diese 3 · 3-Matrizen barschaft des Mittelstabes dieser 3 ■ 3-Matrizen 25 nicht gegenüber einem festen Bezugspunkt wie beiliegen, erst dann herausgezogen werden, wenn die spielsweise gegenüber dem zentralen Steuerstab des schachbrettartige Steuerstabverteilung bereits erreicht Reaktorkerns definiert. Es sei bemerkt, daß als 3 · 3-wordenist, sowie während des Leistungsbetriebes. Matrix 61 der Fig. 8, also als Ausgangsmatrix, jede

Die folgende kurze Zusammenfassung soll nun als der 3 · 3-Matrizen aus den Fig. 6A bis 6E (mit

Einführung dafür dienen, wie ein Reaktor nach dem 30 eingesetztem zentralem Stauerstab) sowie aus den

erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. F i g. 7 A bis 7 D (für Verteilungen mit ausgefahrenem

Jede der beiden Folgen A und B der Fig. 19 und zentralem Steuerstab) dienen kann. Wenn man, was

19A besteht darin, der Reihe nach vier Gruppen von weiterhin bemerkt sein soll, den Bezugspunkt ändern

Steuerstäben herauszuziehen, die in den F i g. 8 bis 17 würde und beispielsweise den Steuerstab 65 aus

als Gruppen 1, 2, 3 und 4 bezeichnet werden. Die 35 Fig. 3 als neuen Bezugspunkt wählt, wäre der

Steuerstäbe einer Gruppe werden erst vollständig Steuerstab 65 der mittlere Steuerstab der 3 · 3-Matrix

herausgezogen, bevor mit dem Herausziehen der 67 aus Fig. 8, während der zentrale Steuerstab des

Steuerstäbe einer nachfolgenden Gruppe begonnen Reaktorkerns in der Mitte der 3 · 3-Matrix 61 aus

wird. ."'-.,■" . . ^;: F i g. 8 angeordnet wäre: Dieses entspräche der Aus-

Wie nun die vier Gruppen für die. Steuerstäbe in 40 gangsmatrix, die in der Fig. 6Ä dargestellt ist.

den Reaktorkern gelegt werden, wird aus zwei geo- Wie bereits bemerkt, werden als Gruppe 1 (Fig. 8)

metrischen Netzwerken abgeleitet, die als Netzwerk I nur diejenigen Steuerstäbe herausgezogen, die in der

und Netzwerk II bezeichnet werden. Der Zweck- Mitte einer jeden 3 · 3-Matrix angeordnet sind,

mäßigkeit halber sind in der F i g. 8 das Netzwerk I Weiterhin werden alle diese Steuerstäbe vollständig

und die Gruppe 1 und in der F i g. 9 das Netzwerk II 45 herausgezogen, bevor mit dem Herausziehen der

und die Gruppe 2 gemeinsam dargestellt. Jedes dieser Steuerstäbe aus Gruppe 3 begonnen wird. Demzu-

Netzwerke ist aus einer Anzahl sich überlappend an- folge müssen das Bedienungspersonal oder eine

geordneter 3 · 3-Matrizen aufgebaut, und jede dieser Automatik das Herausziehen sämtlicher Steuerstäbe

Matrizen enthält neun Steuerstäbe. veranlassen, die in der Mitte der 3 · 3-Matrizen ange-

Wie in der Fig.8 gezeigt ist, besteht das Netz- 50 ordnet sind. Wenn man bei dem Herausziehen der

werk I aus einer; Anzahl von 3 · 3-Matrizen, die so in Steuerstäbe diese Reihenfolge einhält, sieht man, daß

den Reaktorkern gelegt sind, daß ein Steuerstab, der kein einziger Steuerstab herausgezogen wird, der in

in einer Ecke, einer solchen Matrize angeordnet ist, irgendeiner der 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I eine

gleichzeitig als Eckstab einer diagonal danebenliegen- Randstellung (N₂) oder eine Eckstellung (N₅) ein-

denMatrix angehört. " Γ: ^ ;. Λ- ; "."' 55 nimmt. ; - ' :-,.·;: ,, _:

' Wie in der F i g. 9 gezeigt, besteht das Netzwerk II "^!. Die zur Gruppe 1 gehörenden Steuerstäbe sind so aus einer Anzahl von 3 · 3-Matrizen, die so in den angeordnet, daß die spezifische Reihenfolge, in der Reaktorkern hineingelegt" sind, daß die im Netz- die · Steuerstäbe innerhalb der Gruppe 1 herauswerk I nicht erfaßten Regelstäbe die mittleren Stäbe gezogen werden,' auf die maximale Steuerstabreaktifür das Netzwerk II darstellen.':: ''■■': ^; 60 vität nur einen geringen Einfluß ausübt. Auf Wunsch _:Wie ; aus - der ' Fig. 8; hervorgeht, besteht, die kaiin-man die Gruppe 1 wie auch"alle anderen Grup-Gruppe 1 aus allen Steuerstäben," die in der Mitte der pen noch derart in Untergruppen unterteilen, daß die 3 · 3-Matrizen aus Netzwerk I angeordnet sind. Diese Stäbe der Gruppe 1, die innen im. Reaktorkern ange-Stäbe bzw. Stellen sind mit der Bezugsziffer 1 ge- ordnet sind, zuerst herausgezogen werden und daß kennzeichnet. Wie aus der Fig. 9 hervorgeht, besteht 65 dann diejenigen Steuerstäbe folgen, die zum Rand die Gruppe 2 aus allen Steuerstäben, die in der Mitte des Reaktorkerns hin angeordnet sind. Dieses Herder 3 · 3-Matrizen aus Netzwerk II angeordnet sind. ausziehen der Steuerstäbe in der Reihenfolge von Diese Stellen sind durch die Bezugsziffern 2 gekenn- innen nach außen kann dann besonders günstig sein,

15 16

wenn die Instrumentierung, mit der das Anfahren lichkeit, vom Netzwerk I ausgehend, Steuerstäbe für des Reaktors überwacht wird, innerhalb des Reaktor- die Gruppen 3 und 4 zusammenzufassen, ist in den kerns angeordnet ist, da die ganze Instrumentierung Fig. 10 und 11 dargestellt. Die dabei entstehenden empfindlicher auf Reaktivitätsänderungen¹ reagiert, Steuerstabverteilungen sind mit 3 A und 4 A bezeichwenn die Stäbe innen im Reaktor zuerst heraus- S net. Die andere Möglichkeit, Steuerstäbe, vom Netzgezogen werden. Weiterhin kann es auch deswegen werk I ausgehend, für die Gruppe 3 und die Gruppe 4 günstig sein, von den Stäben der Gruppe 1 zuerst zusammenzufassen, ist in den Fig. 12 und 13 dardie im Inneren des Reaktorkerns angeordneten gestellt. Die dabei entstehenden Steuerstabverteilun-Stäbe herauszuziehen, da die Dichte der Reaktor- gen sind mit 3 B und 4 B bezeichnet. Die als Gruppe 3 gifte in den am Rand des Kernes angeordneten io herauszuziehenden Steuerstäbe in Fig. 10 sind die Brennstoffbündeln häufig geringer als im restlichen Eckstäbe, die auf einer bestimmten Diagonalen einer Reaktorkern ist. Dieses kann, wenn der Reaktor kalt 3 · 3-Matrix des Netzwerkes I angeordnet sind, und ist, den Einfluß der Neutronenyerluste am Rand des zwar sind es diejenigen Eckstäbe, die in den 3 · 3-Ma-Reaktorkerns überwiegen, so daß der Neutronen- trizen des Netzwerkes I in den rechten unteren und in multiplikationsfaktor für die am Rand des Reaktor- 15 den linken oberen Ecken angeordnet sind. Außerdem kerns angeordneten Brennstoffbündel zu groß wird. sind, in der Fig· IO alle diejenigen Stellen gezeigt, Man kann bei Bedarf die einzelnen Steuerstab- von denen bereits Steuerstäbe aus den 3. ·, 3-Matrizen gruppen auch noch auf andere Weise unterteilen. herausgezogen worden sind. ; Man sieht, daß bei Unabhängig von der Unterteilung der einzelnen dieser Verteilung wieder ein minimaler Steuerstab-Steuerstabgruppen müssen jedoch erst alle Steuer- 20 wert gewährleistet ist, da die Steuerstäbe der Gruppe 3 stäbe einer Gruppe herausgezogen werden, bevor sowohl zu den Steuerstäben der Gruppe 1 als auch man mit dem Herausziehen von Steuerstäben beginnt, zu den Steuerstäben der, Gruppe 2 in zweitnächster die Untergruppen der nachfolgenden Gruppe ange- Nachbarschaft (N₃) angeordnet sind. .·-.:.■ ;

hören. ' Γ _:' - In der Fig. 11 ist die Steuerstabverteilung darge-

Die Fig. 9 zeigt nun, welche Steuerstabgruppe als 25 stellt, die man erhält, wenn man im Anschluß an die nächste herauszuziehen ist. Diese Steuerstabgruppe in Fig. IQ dargestellte Verteilung 3A noch die Stäbe (Gruppe 2) wird so gewählt, daß nur solche Steuer- der Gruppe 4 herauszieht. Man sieht, daß die Steuerstäbe herausgezogen werden, die in den 3 · 3-Matrizen stäbe der Gruppe 4 in der linken unteren und der des Netzwerkes II weder eine Randstellung (iV₂) rechten oberen Ecke aller 3 · 3-Matrizen des Netznoch eine Ecksteilung (N₃) einnehmen. Die Steuer- 30 Werkes I angeordnet sind und daß die Steuerstäbe stäbe in den oberen _%Ecken (/V₃) der 3 ■ 3-Matrizen der Gruppe 4 in zweitnächster Nachbarschaft (N₃) zu des Netzwerkes I sind gleichzeitig untere Ecicstäbe den Steuerstäben der Gruppe Γ stehen. Wenn man (iV₃) in einer 3 · 3-Matrix aus Netzwerk II, sofern nacheinander die Steuerstäbe der Gruppen i, 2, 3 man die F i g. 8 und 9 zugrunde legt. und 4 herausgezogen hat, beträgt die Steuerstabdichte

Hat man für das Anfahren des Reaktors die Steuer- 35 5O°/o, und das entstandene Schachbrettmuster ist in Stabgruppen 1 und 2 herausgezogen, so kann man ein den Fig. 11 und 19 dargestellt.
Anwachsen der Reaktivität des Reaktors feststellen, In der Fig. 12 ist nun die Verteilung 3B darge-

das jedoch noch nicht ausreicht, den Reaktor kritisch stellt, die man erhäjt, wenn man, vom Netzwerk I aus zu machen. Während dieses Betriebsabschnittes ist Fig. 8 ausgehend, andere Steuerstäbe der Gruppe.3 es wichtig, daß zuerst alle Steuerstäbe der Gruppe 1 4p herauszieht, und zwar sind, die Steuerstäbe in den- und dann alle Steuerstäbe der Gruppe 2 heraus- jenigen Eckstellungen angeordnet, die in den gezogen werden und daß außer den Steuerstäben 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I durch diejenigen dieser beiden Gruppen 1 und 2 keinerlei weitere Diagonalen verbunden sind, die senkrecht auf den-Steuerstäbe herausgezogen werden. Wenn man sich jenigen Diagonalen stehen, durch die die Stäbe der nicht an diese Reihenfolge hält, können so hohe 45 Gruppe? aus Fig. 10 miteinander verbunden sind. Steuerstabreaktivitäten auftreten, daß der Reaktor Aus der Fig. 12 geht hervor, daß die Stäbe der durchgeht, öder es können Bedingungen geschaffen Gruppe 3 in der linken unteren, und in der rechten werden, die.später.auf ein Durchgehen des Reaktprs oberen Ecke der 3 ■ 3-Matrizen des Netzwerkes I anführen. : :;;. g; - jj-; ..- ■ -,ü:;.= geordnet sind, also nicht mehr in,der rechten unteren : Nachdem alle Steuerstäbe der Gruppen 1 und 2 50 und der linken oberen Ecke einer3 ..· 3-Matrize wie herausgezogen· worden: sind, kann damit begonnen im Falle derVerteilung 3 Λ. Auch beim Herausziehen werden, die Steuerstäbe der Gruppen 3 und 4 heraus- der Steuerstäbe der Gruppe 3 gemäß F i g. 12 bleiben zuziehen. Hierbei;kann man wieder mit dem Netz- die Steuerstabreaktiyitäten auf einer minimalen werk II als Bezugsverteilung beginnen. Die Tatsache, Größe, da jeder. Steuerstab_a der Gruppe 3 in der daß man für die Steuerstabgruppe 3 (auf die dann die 55 zweitnächsten Nachbarschaft _; (N₃) *, der Steuerstab-Steuerstabgruppe 4 zu folgen hat) von zwei verschie- platze steht, die zu den Steuerstabgruppen 1 und 2 denen Verteilungen;,;ausgehen kann, erlaubt einen gehören. _; :_; ..·.,;:;.;:,-:v;sj<-/π^-γ;·.>h\b:;;7.:::;i i -.^n^y. flexibleren Betrieb; des Reaktors. In den Fig, JO, Jl, - In der Fig. 13 ist,die₀Verteilung 4B dargestellt, 12 und 13 sind; zwei Yerschiedene Reihenfolgen für die entsteht, wenn man nach dem Herausziehen der das Herausziehen von Steuerstäben als Gruppe 3 und ,60 Steuerstabgruppe 3 nach _;Fig. 12 die- Steuerstab-Gruppe 4 dargestellt,) diebeidevom iSTetzwerkl als grappe;4^herauszieht^:E)ieses ist die zweite.Gruppe Bezugsverteilung.ausgehend erreicht; werden können. des zweiten Weges zum Erreichen derj angestrebten Geht man dagegen vom Netzwerk II als Bezugsvertei- Schaclibrettverteiiung yom .^Netzwerk J:;; her..:_:Die lung aus, so gibt eszwei weitere Möglichkeiten, wie Steuerstäbe, die zur Gruppe 4 gehören, sind nunmehr man Steuerstäbe, zur Gruppe 3 und zur Gruppe 4 65 in der rechten unterenund in der linken oberen Ecke zusammenfassen: kaim. Diese beiden Möglichkeiten einer jeden 3 · 3-Matrix aus dem Netzwerk I angeprdfür die Gruppe 3 und die Gruppe 4, sind· in den net, und stehen somit in der zweitnächsten Nachbar-Fig: 14, 15i .16;und;J7 dargestellt. Die erste Mög- schaft (N₃) der_; Steuerstäbe; aus Gruppe 1. Wenn die

Steuerstabgruppen 1, 2, 3 und 4 der Reihe nach herausgezogen worden sind, ist wieder eine Steuerstabdichte von 50% erreicht, und die dann entstandene Schachbrettverteilung ist in den Fig. 13 und 19A dargestellt.

Aus der obigen Erörterung geht hervor, daß man die schachbrettartige Steuerstabverteilung, von den 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I ausgehend, in zwei verschiedenen Reihenfolgen erreichen kann. Diese beiden Reihenfolgen sind: 1. Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3 (Fig. 10) und Gruppe 4 (Fig. 11) und 2. Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3 (Fig. 12) und Gruppe 4 (Fig. 13). Man kann aber auch die gleiche schachbrettartige Steüerstabverteilung erreichen, wenn man statt von den 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes I von den 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes II ausgeht. Auch hier hat man wieder zwei Möglichkeiten.

Die erste dieser beiden Möglichkeiten besteht darin, die Steuerstäbe in der Reihenfolge Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3 (Fi g. 14) und Gruppe 4 (Fig. 15) herauszuziehen. Aus Fig. 14 kann man entnehmen, daß als Steuerstäbe der Gruppe 3 diejenigen Steuerstäbe herausgezogen werden; die in den rechten unteren und in den linken oberen Ecken der 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes II angeordnet sind. Als Gruppe 4 werden dann alle Steuerstäbe herausgezogen (s. Fig. 15), die in den linken unteren und den rechten oberen Ecken der 3 · 3-Matrizen aus Netzwerk II angeordnet sind. Weiterhin kann man der Fig. 15 entnehmen, daß die schließlich entstehende Schachbrettverteilung die gleiche Schachbrettverteilung ist, die in F i g. 13 gezeigt ist.

Die zweite der beiden Möglichkeiten besteht darin, die Steuerstäbe in der folgenden Reihenfolge herauszuziehen: Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 3 (Fig. 16) und Gruppe 4 (Fig. 17). Bei dieser Möglichkeit werden als Stäbe der Gruppe 3 diejenigen Stäbe herausgezogen, die in den linken unteren und den rechten oberen Ecken der 3 · 3-Matrizen des Netzwerkes II angeordnet sind,wie man der Fig. 16 entnehmen kann. Als Stäbe der Gruppe 4 werden die Stäbe aus den rechten unteren und den linken oberen Ecken der 3· 3-Matrizen des Netzwerkes II herausgezogen. Das ist in Fig. 17 dargestellt. Das Schachbrettmuster, das man mit der eben beschriebenen Reihenfolge für das Herausziehen der Stäbe erreicht, gleicht dem in F i g. 11 dargestellten Muster. - ; :

Diese eben beschriebenen Folgen sind die Grundreihenfolgen, in denen die Steüerstäbe aus dem Reaktorkern herausgezogen werden sollen, um für die Steuerstabreaktivität eine minimale Größe beizubehalten. In Fig. 19 wurde 'als Aüsgängsrnatrix die Matrix der Fig. 7G mit^; eingesetztem zentralem Steuerstab gewählt. Wenn mäh dagegen als Ausgangsmatrix die 3 · 3-Matrix aus Fig. 7D wählt, darin sind die^:Steüerstäbe,"die nach Fig. 19 die Steuerstabgruppe 4 bilden, diejenigen Steuerstäbe, die zu Beginn herausgezogen werden^ sollen,- so daß man diese Steuerstäbe nach neuer Definition als Gruppe 1 ansprechen¹ kann; Die Reihenfolge/in der die Steuerstäbe herausgezogen [ werden sollen; kann daher neu definiert werden, und zwar, wenn man das eben gebrachte ^!l Beispiel zugrunde legt,?¹' als- Gruppe 4, Gruppe 3, Gruppe 2 und Gruppe Ii Die gleiche Analyse -gilt, wenn man als^r Ausgangsmatrix die 3 · 3-Matrizen der Fig. 7A oder 7B wählt. Dann lauten die entsprechenden Reihenfolgen: Gruppe 2, Gruppe 1, Gruppe 3 und Gruppe 4 bzw. Gruppe 3, Gruppe 4, Gruppe 1 und Gruppe 2. Die gleichen Analysen kann man bezüglich der in Fig. 19,A dargestellten Folge B durchführen, also bezüglich der Folge, die auf eine Verteilung mit herausgezogenem zentralem Steuerstab führt. Bei diesen Analysen kann man wieder davon ausgehen, daß von einer der 3 · 3-Matrizen der F i g. 6 A bis 6E ausgegangen wird. Geht man von der 3 · 3-Matrix der Fig. 6A aus, so erhält man die Steuerstabverteilung, die in der F i g. 19 A dargestellt ist. Die folgende Tabelle ist nun eine Zusammenfassung der zulässigen Reihenfolgen für das Einsetzen bzw. Herausziehen der Steuerstäbe in den bzw. aus dem Reaktorkern:

Gruppe	Gruppe	Gruppe	Gruppe
1	2	' 3;'· :	4
1	2	4 :'	3
■· :2"	1	3 :	4
'■ -:·' 2	1	4	■ ■ 3 '
4	3	2 V--	1
4 '-'■■'■	3	- 1 ■■■■■■'■■·'	2
■■■■■:3--":	4	2 —!■	: 1 -■·
3	4	1	2

Es sei besonders darauf hingewiesen, daß die Gruppen 1 und 2 untereinander und die Gruppen 3 und 4 untereinander vertauscht werden können. Die Gruppen 1 und 2 einerseits sollten jedoch nicht mit den Gruppen 3 und 4 andererseits vertauscht werden, da bei diesen Vertauschungen Steuerstabverteilungen mit hohen Steuerstabreaktivitäten entstehen. So ist beispielsweise eine Gruppenfolge von Gruppe 1, Gruppe 3, Gruppe 2 und Gruppe 4 aus folgenden Gründen ungünstig: Die Steuerstabreaktivität der Stäbe aus Gruppe 3 würde, wenn Gruppe 3 im zweiten Schritt der Reihenfolge herausgezogen würde, größer sein als die Steuerstabreaktivität der Stäbe der Gruppe 2 (wenn sie im zweiten Schritt herausgezogen würden), da die Steuerstäbe der Gruppe 3 näher an den Steuerstäben der Gruppe 1 angeordnet sind als die Steuerstäbe der Gruppe 2, die ^ gegenüber den Steuerstäben der Gruppe 1 in der"größtmöglichen Entfernung angeordnet sind. Wenn daher die Steuerstäbe der Gruppe 1 herausgezogen worden sind, werden die Brennstoffbündel, die neben den Steuerstäben der Gruppe 1 angeordnet sind, Neutronen erzeugen, von denen viele in radialer Richtung eine Entfernung zurücklegen, die 30 cm übersteigt, so daß in der Nähe der Steuerstäbe der Gruppe 3 ein höherer Neutronenfluß erzeugt wird als in der Nähe der Steuerstäbe der Gruppe 2. Tatsächlich "würden^; die < Steuerstäbe der Gruppe 2 nur diejenigen Neutronen aus den Brennstoffbündeln neben den Steuerstäben der Gruppe 1 absorbieren, welche die größte Reichweite haben, da die Steuerstäbe der Gruppe 2; e'rst'i später- herausgezogen wurden. Die^r Stäbe deri Gruppe 4 würden die gleiche hohe Steuerstabreaktivität annehmen, wie die Stäbe der Gruppe 3, wenn ■ sie?unmittelbär- nach den Stäben der Gruppe 1 herausgezogen' würden. Weiterhin- haben 0 die Steuerstäbe;< der Gruppen 3 und 4^: den· größtmöglichen Abstand voneinander sowie den größtmöglichen Abstand; von den Steuerjstäberi der Gruppen 1 und 2, die bereits, wenn die richtige Reihenfolge eingehalten wird, herausgezogen worden sind. Man sieht daher, daß jeder der oben beschriebenen Reihenfolgen zum Herausziehen der Steuerstäbe auf kleinstmögliche Steuerstabreaktivi-

19 20

täten führt, während andererseits diese Reihenfolgen für den Leistungsbetrieb in den Fig. 20 und 21 sind auf Verteilungen führen, in denen die verbleibenden wieder als Folge A und Folge B bezeichnet, da sie Steuerstäbe gleichförmig in dem Reaktorkern verteilt aus den Verteilungen für 50% Steuerstabdichte der bleiben. Γ Fig. 19 und 19A abgeleitet sind, die beim Durch-In den Fig. 19 und 19A sind zwei Möglichkeiten 5 führen der Folgen A und B entstanden sind. Die kleigezeigt, wie die Steuerstäbe bei 50% Steuerstabdichte nen Kreise in den Fig. 20 und 21 kennzeichnen verteilt werden können. Die beiden Folgen A und B diejenigen Stellen, aus denen bereits Steuerstäbe hersind dann besonders günstig, wenn man während des ausgezogen worden sind. Diese kleinen Kreise ent-Reaktorbetriebs die Steuerstäbe austauscht oder ver- sprechen somit den Ziffern 1 bis 4 in den Fig. 19 tauscht, was während eines üblichen Reaktorbetriebes io und 19 A. Die Ziffern 5 und 6 in den Fig. 20 und 21 etwa alle zwei Monate durchzuführen ist. kennzeichnen die Steuerstäbe der Gruppe 5 und der Ein mit neuen Brennstoffstäben beschickter Kern- Gruppe 6. die in der nachstehend beschriebenen reaktor erreicht den Leerlaufbetrieb (in dem er noch Weise herausgezogen werden sollen, keine nennenswerte Leistung abgibt), wenn etwa 45 In der Fig. 20 ist die Steuerstabverteilung für den bis 55% aller Steuerstäbe herausgezogen worden 15 Leistungsbetrieb dargestellt, die aus der Folge A entsind. Um den Reaktor auf volle Leistung zu bringen, standen ist. Bei dieser Verteilung verbleibt der zen^ müssen noch weitere Steuerstäbe herausgezogen wer- trale Steuerstab im Reaktorkern. Während des Leiden. Bei einem neu beschickten Reaktor wird die stungsbetriebes werden dann der Reihe nach die Nennleistung üblicherweise dann erreicht, wenn etwa Steuerstäbe der Gruppe 5 und anschließend die 70% aller Steuerstäbe herausgezogen werden. Bei ao Steuerstäbe der Gruppe 6 herausgezogen. Die Steuereinem Siedewasserreaktor tritt nach dem Heraus- stäbe der Gruppe 5, die am Rand angeordnet sind, ziehen eines jeden Steuerstabes zusätzliches Sieden werden zuerst herausgezogen, da die Leistungsdichte auf, das die Moderatorwirkung des Wassers beein- im Reaktorkern dadurch gleichmäßiger verteilt wird, trächtigt. Dabei stellt sich dann im Kern auf einem Der Grund hierfür liegt darin, daß man durch das anderen Leistungspegel ein neues Gleichgewicht ein. 25 Herausziehen der Steuerstäbe am Rand des Kerns die Während der ersten Wochen des Reaktorbetriebes Neutronendiff usiori ' aus dem Reaktorkern heraus bilden sich im Kernbrennstoff als Spaltprodukte kompensieren kann. Wenn alle Steuerstäbe der Xenon und Samarium, die beide als Reaktorgifte Gruppe 5 herausgezogen worden sind, wird damit bewirken, so daß es erforderlich ist, zusätzlich noch gönnen, während des Leistungsbetriebes die Stäbe 5 % der Steuerstäbe herauszuziehen, so daß dann die 3° der Gruppe 6 herauszuziehen. Wie dieses durchge-100% Nennleistung-erreicht wird, wenn etwa 75% führt wird, wird anschließend noch beschrieben, aller Steuerstäbe herausgezogen worden sind. Außer In der Fig. 21 ist die Steuerstabverteilung für den der Bildung von Xenon und Samarium bildet sich das Leistungsbetrieb des Reaktors dargestellt, die aus der spaltbare Isotop Pu²³⁹, das durch Neutroneneinfang Folge B abgeleitet ist. Bei der Verteilung nach an U²³⁸ und anschließenden raschen Zerfall des 35 Fig. 21 ist der zentrale Steuerstab aus dem Kern dabei entstehenden Np²³⁹ entsteht. Durch diese sich herausgezogen worden. Die Verteilung der Fig. 21 bildende Plutoniummenge wird der Faktor k_x des wird aus der Verteilung der Fig. 19A dadurch geReaktors größer, so daß es erforderlich wird, wäh- wonnen, daß zuerst die Stäbe der Gruppe 5 und dann rend der nächsten Betriebsmonate etwa 1% der anschließend die Stäbe der Gruppe 6 herausgezogen Steuerstäbe wieder in den Kern einzusetzen. Im An- 40 werden. Zu Beginn werden als Gruppe 5 die Steuerschluß an diese Betriebsperiode nimmt der Faktor Ic₀₀ stäbe am Rand des Reaktorkerns herausgezogen. Der oder die Reaktivität des Kernbrennstoffes etwa linear Grund hierfür wurde bereits an Hand der Verteilung ab, so daß es notwendig ist, die im Reaktorkern ver- nach Fig. 20 bzw: der Folget erläutert. Es sei bebliebenen Steuerstäbe allmählich herauszuziehen, um merkt, daß die Werte aller Steuerstäbe im Kern einen Reaktorbetrieb mifl00% Nennleistung zu ge- 45 kleinstmögliche Werte sind und daß daher vom Gewährleisten. Ist der Reaktor mit einem neuen Kern sichtspunktkleinstmöglicher Steuerstabreaktivitäten ausgestattet, so kann man üblicherweise den Reaktor- her die Stäbe' der Gruppe 5 in beliebiger Reihenfolge betrieb 1,5 bis 2 Jahre lang aufrechterhalten; ohne herausgezogen werden können.- Nachdem alle Stäbe Brennstoff' ersetzen' zu müssen. Während dieser der Gruppe5 herausgezogen worden sind, wird mit Periode werden die Steuerstäbe periodisch umge- 5° dem Herausziehen, der Steuerstäbe aus der Gruppe 6 schaltet, um^:einen gleichmäßigen Abbrand zu ge- begonnen/ Wie⁵ dieses· im einzelnen^rdurchgeführt währleisten.- Weiterhin wird der Reaktor während wird, wird noch beschrieben.; ;;; "■''''''■;'■''■ ' / , dieser Periode periodisch stillgelegt, um den Reaktor In den F i g.22i bis 25 ist nüri^: dargestellt, "wie; die warten'und die Brennstoffbündel neu anordnen'zu Steuerstäbe der Gruppe 6 während des Leistungskönnen: Am Ende'-'dieser ersten Betriebsperiode 55 betriebes des Reaktors neraüsgezogen-werden könmüssen üblicherweise etwa 98% der Steüerstäbe aus nen. In diesen-'Figuren^ sind^: mit"den Buchstaben S dem Kern herausgezogen werden, urri den Reaktor diejenigen Stelleh^:;;angegeben,^r; an denen die Steuermit 100% Nennleistung^: betreiben zu können. Die stäbe nur wenig iri^; den Kern eingeschoben sind, also restlichem 2%'der Steuerstäbe müssen im Reaktor- beispielsweise¹ nicht-weiter^rals^rbisi.zü^!'einem Drittel kern verbleiben, um die richtigen Eigenschaften des 60 ihrer Länge; DieBuchstaben D bezeichnen dagegen Reakforkerns zu gewährleisten; Es - muß b'eispiels- diejenigen Stellen; andenen die Steuerstäbe zu- zwei weise^r gewährleistet bleiben, daß die Leistüngsvertei- Drittel ihrer Länge/oder noch weiter im Kerneinlung innerhalb des Reaktorkerns möglichst gleich- gesetzt verbleiben., Aüs/ällen restlichen Zellen der förmig ist, um zu vermeiden, daß bestimmte Teile im Fig: 22 bis 25' sind die Steuerstäbe bereits heräu's-Kern zu heiß werden. .,.:.■. ο -,: 65 gezogen worden; Es sei bemerkt, daß diese Steüer-Wie nun die Steuerstabverteilungen für einen Lei- stäbe in einer^r Reihenfolge herausgezogen werden stungsbetrieb des Reaktors am besten zu wählen sind, sollten, die etwa konzentrischen Ringen gleicht, ist in den Fig. 20 und 21 gezeigt. Die Verteilungen Dann sind nämlich in einem kreisförmigen Gebiet in

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der Mitte des Reaktorkerns die Steuerstäbe so an- kerns herausgezogen worden, die Steuerstäbe auf dem

geordnet, daß die Leistungsdichte innerhalb dieses zweiten Kreis sind eingesetzt, die Steuerstäbe auf dem

kreisförmigen Gebietes möglichst gleichmäßig ist. dritten Kreis sind wieder herausgezogen und die

Dieses erreicht man durch symmetrische Steuerstab- Steuerstäbe auf dem vierten Kreis sind wieder ein-

verteilungen, die in dem' kreisförmigen Gebiet in der 5 gesetzt.

Mitte des Reaktorkerns so gleichförmig wie möglich Es gibt nun einige Fälle, in denen die Steuerstäbe sind. nicht in der bisher beschriebenen Reihenfolge herin den F i g. 22 und 23 sind zwei verschiedene ausgezogen oder eingesetzt zu werden brauchen. Möglichkeiten dargestellt, wie man, von der Folge A Dieses ist einmal nicht notwendig, wenn der Leider F i g. 20 ausgehend (also bei eingesetztem zen- io stungspegel des Reaktors bereits einen gewissen tralem Steuerstab), eine Steuerstabverteilung für den Mindestwert überschritten hat, und zum anderen Leistungsbetrieb des Reaktors erreichen kann. Diese nicht, wenn bereits ein großer Anteil aller Steuerbeid'en Möglichkeiten sind in den F i g. 22 und 23 als stäbe herausgezogen worden ist.
Folge A~l und Folge A-I bezeichnet worden. Die Der erste Fall hängt weitestgehend vom Aufbau Verteilung der Steuerstäbe für den Leistungsbetrieb, J5 des Reaktors selber ab. Als Folge davon kann der die in der F i g. 22 dargestellt ist, entsteht dadurch, Mindestwert des Leistungspegels, von dem ab die daß man zuerst den zentralen Steuerstab herauszieht, Einhaltung der beschriebenen Reihenfolgen und Verdann die Steuerstäbe an ihrem Platz beläßt, die auf teilungen nicht mehr erforderlich ist, von Reaktor zu dem engsten Kreis um den zentralen Steuerstab Reaktor erheblich schwanken. Wenn beispielsweise herum angeordnet sind, dann wieder die Steuerstäbe 29 die Steuerstäbe nicht mit Geschwindigkeitsbegrenzern herauszieht, die auf dem zweiten Kreis um den zen- versehen sind, kann es günstig sein, die beschriebenen tralen Steuerstab herum angeordnet sind, die Steuer- Folgen und Verteilungen bis hinauf zu einem Betrieb stäbe auf dem dritten Kreis um den zentralen Steuer- mit 100% der Nennleistung beizubehalten, um sicherstab wieder auf ihrem Pjatz beläßt und zum Schluß zustellen, daß die Steuerstabreaktivitäten Minimaldie Steuerstäbe herauszieht, die auf dem vierten 25 werte bleiben. Wenn die Steuerstäbe dagegen mit Kreis um den zentralen Steuerstab herum angeordnet Geschwindigkeitsbegrenzern versehen sind, kann der sind. In der Verteilung nach Fig. 23 verbleibt da- Fall auftreten, daß man die erfmdungsgemäßen gegen der zentrale Steuerstab an seinem Platz. Dann Folgen und Verteilungen nur bis etwa 10% der werden die Steuerstäbe herausgezogen, die auf dem Nennleistung einzuhalten braucht. Das liegt daran, inneren Kreis um den zentralen Steuerstab herum 30 daß die maximal mögliche Energiedichte im Reaktorangeordnet sind, die Steuerstäbe auf dem zweiten kern eine Funktion sowohl der Steuerstabwerte als Kreis um den zentralen Steuerstab herum verbleiben auch der möglichen Geschwindigkeit der Steueran ihrem Platz, die Steuerstäbe auf dem dritten Kreis stäbe ist.

werden wieder herausgezogen, während die Steuer- Der zweite Fall ist eine Funktion des Reaktivitätsstäbe auf dem vierten Kreis wieder auf ihrem Platz 35 zustandes des Kernbrennstoffes. Dieser Fall tritt beibelassen werden. Wie man den F i g. 22 und 23 ent- spielsweise auf, wenn der Abbrand im Kernbrennstoff nehmen kann, sind diese Verteilungen aus der bereits weit fortgeschritten ist, so daß der Kernbrenn-Schachbrettverteilung abgeleitet worden. Diese Ver- stoff einen niedrigen Reaktivitätswert aufweist, der teilungen sind so gewählt, daß es einfach ist, während von entsprechend niedrigen Steuerstabreaktivitäten des Betriebes des Reaktors von der einen Steuerstab- 49 begleitet ist. Eine andere Möglichkeit für diesen Fall verteilung auf die andere Steuerstabverteilung über- liegt beispielsweise vor, wenn der Kernbrennstoff zugehen. Das liegt daran, daß in der Mitte und auf einen nur geringen Abbrand aufweist, der Reaktor den vier Ringen die Stäbe, in diesen beiden Verteilun- jedoch mit einem hohen Dampfblasenanteil gefahren gen entgegengesetzt angeordnet sind und leicht aus- wird. Dann wird die Reaktivität des Reaktorkerns gewechselt werden können. Es sei noch bemerkt, daß 45 von den Dampf blasen herabgesetzt, so daß es nicht die Verteilung der beiden Folgen A-I und Ä-2 der mehr notwendig ist, zur Steuerung der Reaktivität Fig. 22 und 23 aus; der Verteilung der Folge A ab- eine bestimmte 8ίεμεΓ8ΐ3ΐ)ν6Γίεπμ^ zu verwenden, geleitet werden, die eine Verteilung für 50% Steuer- Bei jedem dieser Beispiele kann der spezielle Zustand stabdichte mit eingesetztem zentralem Mittejstab ist, an der Anzahl der Steuerstäbe abgelesen werden, die obwohl die Verteilung nach der Folge A-I für den 59 herausgezogen worden sind. Wenn also etwa 75% Leistungsbetrieb den zentralen Mittelstab nicht mehr- der Steuerstäbe herausgezogen worden sind, ist es enthält. Man kann zum Auswechseln der Stäbe auch nicht mehr notwendig, die genaue; Steuerstabverteiyon der Folge A zurFolge Bübergehen. ..; jung zu überwachen, da die Reaktivität und damit . Die F i g. 24 und 25 zeigen zwei -. Möglichkeiten, die Steuerstabreaktiyitäten niedrig sind. Beim ersten wie man, von. (der-,.Verteilung der Folge B, aus 55 Beispiel kann der Leistungspegel niedrig sein. Wenn Fig. 21 ,ausgehend,-.bei der der,-zentrale .Mittelstab jedoch bei niedrigem Leistungspegel 75% aller herausgezogen worden ist, eine $teuerstabverteilung Steuerstäbe herausgezogen sind, so bedeutet dies, daß für den Leistungsbetrieb des Reaktors erreichen der Abbrand im Kernbrennstpff: ziemlich weit fortkann. Für diese .beiden Verteilungen.werden die geschritten und die Reaktivität somit niedrig; ist. Folgen B-I- und B-2 angewendet. Bei der Verteilung .60 Wenn auf der anderen Seite den Abbrand nur gering aus F i g. 24, die durch die Folge ßj entstanden ist, ist,; trotzdem jedoch 75 '/q^aller; Steuerstäbe heraussind die Steuerstäbe auf dem inneren Kreis innerhalb gezogen sind, so bedeutet dies; einen hohen Dampfdes Reaktors tief eingesetzt, auf dem zweiten Kreis .bjasengehalt mit entsprechend; niedriger Reaktivität, herausgezogen, auf dem dritten Kreis wieder einge- ,.- Es sei bemerkt, daß die Erfindung nicht auf spe-. setzt und auf dem vierten Kreis wieder herausgezogen ,65 zielle Mechanismen zum Einfahren und Ausfahren ,worden. Bei der Steuerstabyerteilung aus Fig. 25, der Steuerstäbe in., der erfindungsgemäßen Reihendieaus der Folge B-2 entstanden ist, sind die Steuer- folge beschränkt ist. Die hierzu benötigten Mecha-, stäbe auf dem inneren Kreis innerhalb des Reaktor- nismen und Vorrichtungen sind vielmehr bekannt.

Sie wurden daher auch nicht beschrieben. Die Durchführung des erfmdungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise vom Bedienungspersonal von, Hand durchgeführt werden, und zwar so, daß das Bedienungspersonal von Hand die Steuerstäbe in der erfindungsgemäßen Reihenfolge anwählt. Weiterhin ist es möglich, die Steuerstäbe durch einen Digitalrechner oder durch eine ähnliche Vorrichtung automatisch anwählen zu lassen, sofern dieser Digitalrechner im Hinblick auf die erfindungsgemäßen Reihenfolgen und Verteilungen richtig programmiert ist. Schließlich kann man einen solchen Digitalrechner auch dazu verwenden, die Bewegung solcher Steuerstäbe zu unterbinden, die von Hand angewählt sind, die jedoch nicht mit der erfindungsgemäßen Reihenfolge übereinstimmen.

Es wurde bereits vermerkt, daß die oben beschriebenen Steuerstabgruppen weiterhin unterteilt werden können. Die Gruppe 1 kann beispielsweise in zwei Untergruppen unterteilt werden. Die erste Untergruppe kann dann die Randstäbe der Gruppe 1 umfassen, die zuerst herausgezogen werden, während die zweite Untergruppe der Gruppe 1 die Stäbe im Inneren des Reaktorkerns enthält, die herausgezogen werden, wenn die Stäbe der ersten Untergruppe

ίο bereits herausgezogen worden sind. Die allgemeine Regel, die zu befolgen ist, ist die, daß alle Steuerstäbe einer Gruppe, und zwar unabhängig von der Anzahl der Untergruppen, in die diese Gruppe unterteilt ist, herausgezogen sein sollen, bevor mit dem Herausziehen der Steuerstäbe der nächsten Gruppe begonnen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 ziehen von Steuerstäben in den Reaktorkern versehen Patentansprüche: ist zur Beibehaltung niedriger Steuerstabreaktivitäten. Es ist bekannt, daß bei der Kernspaltung große

1. Verfahren zum Betrieb eines Kernreaktors, Energiemengen freigesetzt werden. Spaltbare Isotope, der mit einer Vorrichtung zum gruppenweisen 5 wie U²³³, U²³⁵, Pu²³⁹ oder Pu²⁴¹ absorbieren ein Neu-Einsetzen und Herausziehen von Steuerstäben in tron und zerfallen anschließend unter Kernspaltung, den Reaktoren versehen ist zur Beibehaltung Bei diesem Vorgang werden im Mittel zwei Spaltniedriger Steuerstabreaktivitäten, dadurch ge- produkte von geringerem Atomgewicht frei, die beide kennzeichnet, daß nacheinander vier Steuer- eine hohe kinetische Energie haben. Außerdem werstabgruppen derart herausgezogen werden, daß io den noch einige Neutronen dabei frei, die ebenfalls die danach im. Reaktorkern verbleibenden Stew= hoch energetisch sind. Bei der Spaltung von U²³⁵ entstäbe über dem zu den Steuerstäben senkrechten stehen beispielsweise ein schwereres Spaltprodukt mit Querschnitt des Rf?4kt°rk^erns ein Schachbrett- einem Atomgewicht zwischen 125 und 155, ferner ein muster bilden. leichteres Spaltprodukt mit einem Atomgewicht zwi-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch get- 15 sehen 80 und 100 und im Mittel 2,5 Neutronen. Die kennzeichne^ daß die aus dem Kern herausgezp- pro Spaltung frei werdende Energie reicht an 200 MiI-genen Steuerstäbe gegen die im. Kern verbliebenen Honen Elektronenvolt heran.

Steuerstäbe ausgetauscht werden· Die kinetische Energie der Spaltprodukte wird sehr

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Be- rasch in Form von Wärme im Kernbrennstoff vertrieb eines Kernreaktors, der eine Anzahl von 20 nichtet. Wenn nun trotz der parasitären Neutronen-Brennstoffelementen aufweist, die als Reaktorkern absorption sowie trotz der anderen Neutronenverluste in einem festen Gitter angeordnet sind, der weiter- im System nqeh. WGh einer Spaltung genau ein Neuhin eine Anzahl von Steuerstäben aufweist, die tron übrigbleibt, das eine weitere Kernspaltung indueinzeln hin- und herbewegbar in dem Reaktor- ziert, unterhält sich die Spaltungsreaktion von selbst, kern angeordnet und in mehreren 3 · 3-Matrizen 25 und die Wärmeerzeugung erfolgt kontinuierlich. Die zusammengefaßt sind, derart, daß jede 3 · 3-Ma- Wärme wird durch ein Kühlmittel abgeführt, das im trix drei Reihen mit jeweils drei Steuerstäben auf-^ Wärmeaustausch mit dem Kernbrennstoff stellt. Die weist, so daß jede Matrix einen mittleren Steuer- Spaltungskette kann nun so lange weiterlaufen, wie stab, vier Randstäbe und vier Eckstäbe aufweist, ausreichende Mengen an spaltbarem Material vorwobei jedem Steuerstab eine Anzahl von Brenn- 30 handen sind, die den Einfluß der Spaltprodukte und Stoffelementen zugeordnet sind, dadurch gekenn- der anderen vorhandenen Neutronenabsorber, wie zeichnet, daß dann im Reaktorkern durch ein beispielsweise der vorhandenen Steuerstäbe, überanderes Gruppieren von 3 · 3-Ma.trizen ein weite=- wiegen.

res Netzwerk (II) dadurch gebildet wird, daß die Um nun solche Spaltungsreaktionen mit einer im ersten Netzwerk (I) nicht erfaßten Regelstäbe, 35 solchen Geschwindigkeit ablaufen zu lassen, die die die mittleren Stäbe für das zweite Netzwerk (II) Erzeugung von nutzbaren Mengen thermischer Enerdarstellen, daß dann als erstes die Mittelstäbe gie ermöglicht, werden heute Kernreaktoren ausgealler Matrizen des ersten Netzwerkes heraus- legt, konstruiert und betrieben, in denen das spaltgezogen werden, daß daraufhin alle Mittelstäbe bare Material (der Kernbrennstoff) in Brennstoffder 3 · 3-Matrizen des zweiten Netzwerkes heraus- 40 elementen vorhanden 1st, die die verschiedensten gezogen werden, daß. schließlich ajlg Eckstäbe Formen haben. Die Brennstoffelemente können beiherausgezogen werden, die entweder auf den spielsweise plattenförmig, röhrenförmig oder stabgleichen Diagonalen aller 3 · 3-Matrizen des ersten förmig ausgebildet sein. Der Zweckmäßigkeit halber Netzwerkes oder auf den gleichen Diagonalen sollen die Brennstoffelemente in der nachfolgenden aller Matrizen des zweiten Netzwerkes liegen, und 45 Besehreibung als Brennstoffstäbe bezeichnet werden, daß zum Schluß die restlichen Eckstäbe heraus- Diese Brennstoffstäbe sind außen mit einer korrogezogen werden, die entweder auf den anderen sionsbeständigen nichtaktiven Hülse versehen, die Diagonalen der 3 · 3-Matrizen des ersten Netz- weder spaltbare Isotope noch Brutmaterial enthält, /.wgrkes oder auf den anderen Dlagenalen der Die lrennstoffstabe sind nun in vorgegebenen Ab-3 · 3-Matrizen des zweitgp Net?^werke? liegen, §q ständen voneinander gruppenweise angeordnet und

4. Verfahren nach Anspruch Jl Qcfer 2_% dadurch a.ls Brennstoff bündel in einen Kühlmittelkanal eingekennzeichnet, daß zum Aufbau eines ersten gesetzt. Zum Aufbau des Reaktorkerns werden eine

"Netzwerkes eine 3 · 3-Mätrix verwendet wird, die ausreichende Anzahl solcher Brennstoffbündel zu-

den zentralen Steuerstab des Reaktorterns ent= §amrrjenge£a,ßt §9 daß die obenerwähnte Kernreak-

weder als Mittelstab oder als Eckstäb enthält. 55 tion von selbst ablaufen kann. Weiterhin ist der

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch Reaktor mit einem System zur Steuerung der Reakgekennzeichnet, daß zum Aufbau eines ersten tivität versehen, das aus einer Anzahl von Neutronen-Netzwerkes eine 3 · 3-Matrix verwendet wird, die absorberstäben besteht, die im Reaktorkern bewegbar den: zentralen Steuerstab des Reaktorkerns als angeordnet sind. Diese Absorberstäbe oder Steuereinen der vier Seitenstäbe enthält. 60 stäbe werden mehr oder weniger weit in den Kern

hineingeschoben oder aus ihm herausgezogen, so daß sie eine mehr oder weniger große Anzahl von Neu-

tronen absorbieren. Dadurch kann <lie Reaktivität

des Reaktors geändert werden.

65 Um nun den gewünschten Wirkungsgrad zu er-

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zielen und allen Sicherheitsvorkehrungen eines Kernzum Betrieb eines Kernreaktors, der mit einer Vor- reaktors genüge zu tun, müssen der maximale Reakrichtung zum gruppenweisen Einsetzen und Heraus- tivitätswert der Steuerstäbe und die Geschwindig-