DE1764833A1

DE1764833A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1764833A1
Application number: DE19681764833
Authority: DE
Inventors: Allan Barker
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1967-08-16
Filing date: 1968-08-16
Publication date: 1971-11-25
Also published as: SE334954B; GB1227758A; US3635792A; DE1764833B2; FR1576268A; BE719597A

Description

PATENTANWALT DIPL-ING. ERICH SCHUBERT .... . ^Telefen Telegramm-Adr.: Potschub, Siegen

1 7 6 A 8 3 3 P'NtsAecfckonf.n,

Köln 10i931,Eii.n 203*2

Bankkonten t Deutsch· Bank AG.,

Abi.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straö» 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

Postfach 325

68 072 Ba/Schm Η. Aug. 1968

United Kingdom Atomic Energy Authority,

11, Charles II Street, london, S.W.1,· Eng l.a η d

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Fr. 37 819/67 vom 16. Aug. 1967 beansprucht.

Kernreaktor

Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen für die Brennstoff-Nachfüllvorrichtungen von Kernreaktoren, insbesondere von schnellen Kernreaktoren.

Die Leistungsdichte in einem schnellen Keaktor-Kern ist notwendigerweise hoch, und die Bewegung von selbst kleinen Brennstoffemengen kann,, wenn der Reaktor auf Leistung läuft, schwierige Probleme der Kontrolle (Steuerung) der Reaktivierung mit sich bringen. Weiterhin ist die Wärmerate bzw. das Wärmegefälle individueller Brennstoff-Unterbaugruppen, die den Kern bilden, sehr hoch, und eine Brennstoffelement-Unterbaugruppe, die selbst

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bei niedrigem Leistungs-Betrieb aus dem Kern ausgebaut wird, würde einen verstärkten Kühlmittelstrom durch die Unterbaugruppe sowohl während des Ausbaus als auch für eine beträchtliche Zeit danach erforderlich machen. Die für das Brennstoff-Nachladen von Kernreaktoren in der gegenwärtig laufenden Ausführung adoptierte Philosophie bzw. Betrachtungsweise hat daher die Entnahme von Brennstoffen während des Reaktor-Stillstandes in ^ Betracht gezogen sowie die Lagerung solcher Brennstoffe unter einem Teich oder Sumpf von flüssigem Kühlmittel, wie z.B. Natrium, im Reaktor während eines wesentlichen Zeitraumes, um einen Abbau oder Zerfall der Radioaktivität zu gestatten, bevor der Brennstoff aus dem Reaktor-Tank herausgenommen und zu einem Ablagerungsplatz /breakdown facility/ transportiert wird. Solch ein System wird bei der Prototype von Schnellreaktoren, wie sie jetzt in Dounreay in Schottland gebaut wird, angewendet, und ist z.B. in einem Artikel in "Nuclear Engineering", Band 12, No. 132 vom Mai 1967 auf den Seiten 367 bis 371 beschrieben.

Es ist ein Zweck (Aufgabe) der vorliegenden Erfindung, Brennstoff-Aufladevori/ichtungen zu schaffen, die besser geeignet sind, insbesondere von den Standpunkten der Konstruktion als auch der, Kosten aus gesehen, für sehr große, kraftliefernde, schnelle Reaktoren, wenn auch die Erfindung gleichermaßen für jede Größe von Reaktoren anwendbar ist.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein schneller Reaktor, bei dem der Kern in einem Sumpf von flüssigem Metall untergetaucht ist, und der ein Lager sowohl für bestrahlte als auch für unbestrahlte Brennstoffe hat, untergetaucht in dem besagten Teich, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Lager ringförmig und konzentrisch zu dem Reaktorkern angeordnet ist, sowie dadurch, daß Vorrichtungen für die Bewegung von Brennstoffelementen aus dem besagten Lager in den besagten Kern vorgesehen sind.

Das besagte Lager ist vorzugsweise drehbar um die Achse des besagten Kernes, und die Stellen für die Halterung von Brennstoffelementen darin sind wenigstens rund um den Großteil seines ringförmigen Umfangs herum angeordnet oder verteilt.

Das besagte Lager ist vorzugsweise in seitlicher Übereinstimmung /in lateral register/ mit dem Kern angeordnet. Durch

diese Maßnahme wird der sonst bei einem Lager über oder unter dem Kern benötigte Platz erspart.

Wo das Lager drehbar ist, können erste Brennstoffelement— Handhabungsvorrichtungen für das Einsetzen und Herausnehmen sein und an einem festen Platz in Relation zum Lager angeordnet werden* ao daß sie in der Lage sind, in der Stellung wenigstens mit einem der Brennstoffelement-Halterungen des Lagers übereinzustimmen oder zu fluchten} die Drehung des Lagers bringt die anderen Brennstoffelement-Halterungen fortschreitend in Übereinstimmung damit, sowie zweite, getrennte Brennstoff-Handhabungsmittel für den Transport von Brennstoffelementen von besagtem

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Lager nach dem besagten Kern, und umgekehrt, und selbst seitlich versetzbar in Bezug auf die Kernachse, derart, daß sie abwechselnd mit jeglicher Kernstellung und mit jeder beliebigen Stellung der Brennstoffelement-Halterung des Lagers in Übereinstimmung zu bringen sind.

Der Ausdruck "Reaktorkern" /reactor core/ hierin ist so auszulegen, daß darin alle oder ein Teil einer radialen ^ Bruthülle oder eines Reflektors, wo solcher vorgesehen, zu

verstehen ist, es sei denn, daß der Begleittext auf das Gegenteil hinweist.

Das ringförmige Lager wird vorzugsweise an einem drehbaren Schlitten aufgehängt, der in einem festen Strukturteil der Reaktor-Installation gelagert ist, der jedoch alternativ auch von Lagern an dem unteren Ende getragen werden kann, oder es kann eine Kombination von oberen und unteren Trägern verwendet werden.

Die zweite Brennstoffelement-Handhabungs-Vorrichtung ist vorzugsweise eine Umsetz-Maschine, die auf einem drehbaren Schild montiert ist, der selbst exzentrisch in oder auf einem anderen drehbaren Schild konzentrisch in Bezug auf und über dem Reaktor-Kern angeordnet ist, der konzentrische Schild einen Lagerflansch aufweisen4 der exzentrisch so ausgedehnt (oder erweitert) /eccentrically extended/ ist, daß er eine Lagerfläche für den exzentrischWntierten Schild bildet, der die besagte Maschine trägt.

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Die besagte Umsetzmaschine kann so ausgeführt werden, daß sie flüssiges Kühlmittel enthält, so daß die Operation des Umsetzens eines bestrahlten Brennstoffelementes aus dem Kern in das Lager völlig in flüssigem Kühlmittel bewerkstelligt werden kann.

Die erste Brennstoffelement-Handhabungsvorrichtung ist vorzugsweise eine Einsetz-ZAusziehmaschine, die in Verbindung mit dem besagten lager mit Kübeln, die ein flüssiges Kühlmittel für ein j Brennstoffelement enthalten, arbeitet. Arbeitsweisen, bei denen Kübel verwendet werden, sind in dem besagten Artikel in "Nuclear Engineering" beschrieben.

Ein Ausführungebeispiel, das die Erfindung verkörpert, wird jetzt unter Bezugnahme auf die diagrammatische Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine fragmentarische Seitenansicht eines schnellen

Kernreaktors im Teil-Mittelschnitt, während "

fig. 2 eine G-rundrißzeichnung von Fig. 1 wiedergibt.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen die Ausbildung der hervorstechendsten Eigenheiten eines schnellen Kernreaktors diagrammatlach gezeigt sind, wird eine schnelle zylindrische Kernregion 1 vorgesehen, die von einer radialen Bruthüllenregion 2 umgeben ist, und die über der Kernregion 1 eine obere axiale Bruthüllen-Region 3 (nicht dargestellt) und unter der

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Kernregion 1 eine untere (nicht dargestellte) axiale Bruthüllen-Region hat. Die besagten Hegionen sind unter der Oberfläche S eines Kühlteiches P aus flüssigem Metall, z.B. Natrium, angeordnet, der in einem (nicht dargestellten) Kessel enthalten ist, der eine Hülle aus einem unter Druck stehenden inerten Gas (z.B. Argon) hat, welche die Region über der Oberfläche des flüssigen Metalls einnimmt. Die Gashüllen-Region 4 ist nach oben hin durch ein Gewölbedach 5., durch das eine zylindrische Öffnung hindurchgeht, die meistens durch die drehbaren Schilde* 7 bzw. geschlossen ist, begrenzt. Der Kessel enthält ebenfalls Pumpen (nicht gezeigt) für die Zirkulation des flüssigen Metall-Kühlmittels durch die Kern- und Hüllen-Regionen zu primären Wärmeaustauschern (nicht dargestellt), ebenfalls inerhalb des Kessels, durch welche die in den Kern und den Bruthüllen-Hegionen erzeugte Hitze herausgezogen werden und in v. eiteren Wärmeaus tauschern außerhalb des Kessels verwendet werden kann, um Dampf für die Erzeugung von elektrischem Strom in Turbinen zu produzieren.

W Das Schild-Bauteil 7 hat einen Plansch 9, der in den Lagern läuft, die von einer ringförmigen Vertiefung 11 im Oberteil des Gewölbedaches 5 um die Öffnung 6 herum getragen werden.

Kern-Das Lager 10 hält den Schild 7 konzentrisch über der/Kegion 1, aber der Plansch 9 ist exzentrisch geformt, um eine Auflage für den Schild 8 zu schaffen, der einen Plansch 13 hat, der von dem Plansch 9 durch die Lager 12 getragen wird und exzentrisch in Relation zu der Achse der Kernregion 1, so daß der Schild 8 durch

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den Schild 7 exzentrisch hindurchgeht. Tauch-Dichtungen 14 sind vorgesehen, um ein Entweichen des Hüllengases und irgendwelcher Dämpfe des flüssigen Metalls, die darin enthalten sein können, außerhalb des Gewölbedaches 5 zu stoppen.

Die Öffnung 6 im Dach 5 wird ebenfalls, durch eine ringförmige Haltemuffe 15 durchstoßen, die an ihrem unteren Ende ein ringförmiges Lager 16 trägt, das die Kern- und Hüllen-Region umgibt und unterhalb der Oberfläche S des Kühlteiches aus flüssigem Metall P ist. Die Muffe 15 ist rund um den Schild 7 angeordnet und hat Dichtungen 17 zwischen sich und dem Schild 7 und zwischen sich und der Wandung der Öffnung 6 zum gleichen Zweck wie die Dichtungen H. Die Muffe 15 hat einen Plansch 18 an ihrem oberen Ende, der einen Schlitten bildet, von welchem das Lager 16 bei der Drehung gehalten wird, konzentrisch in Relation zu der Achse der Kernregion 1, durch die Lager 19, die in der Vertiefung 11 des Daches vorgesehen sind. Eine zylindrische Wärmeabschirmung 20 umgibt das Lager und dient zur Wärmeisolierung des Kerns, der Hülle und des Lagerungsbezirkes von den Überresten des Kühlteiches P mit flüssigem Metall.

Der Schild 7 wird von einer rohrförmigen Verlängerung 21 der ersten Brennstoffelement-Handhabungs-Vorrichtung, die von einer Einsetz-/Auszieh-Maschine 22 gebildet wird, die von dem Plansch 9 des Schildes 7 getragen wird, durchdrungen. Das untere Ende der rohrförmigen Verlängerung 21 ist unterhalb der Oberfläche S des Kühlteiches P aus flüssigem Metall angeordnet und kann in Übereinstimmung mit jedem einer Vielzahl von Stutzen (abwechselnd) gebracht werden, - ^^ηητ{^ξ^ξ¥ψηΨΛ^ι&' 2 in ^-strichelten

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Linien dargestellt und mit 23 bezeichnet,) - die konzentrisch ganz rund um und in dem Lager 16 für die Aufnahme und die Halterung von Kübeln (nicht dargestellt) für Brennstoff-Montageuntergruppen

Hüllenaus dem Kern und den radialen /!Regionen vorgesehen sind. Die Maschine 22 kann einen Kübel aus dem Lager 16 aufnehmen, in dem sich eine Brennstoff-Montageuntergruppe befindet und, gehalten wird in flüssigem Metall, und ihn zu einem Umsetz-Flaschenzug (nicht dargestellt) weitergeben zum seitlichen Umsetzen der Brennstoff-Montageuntergruppe zu einer Bruchstrecke (oder einem Ablagerungsplatz) entfernt von dem Reaktor. Neue Brennstoffelement-Montageuntergruppen, jede in einem Kübel, können auf umgekehrtem Wege zu dem Reaktor gebracht und in dem ringförmigen Lager 16 belassen werden, bis es erforderlieh wird, daß sie in die Kernoder Radial-Bruthüllen-Region versetzt werden. Die Zufuhr zum und die Herausnahme aus dem Lager 16 kann durchgeführt werden, während der Reaktor auf Leistung ist, mit dem Schild 7 feststehend und dem Lager 16 nach Bedarf gedreht.

Der Plansch 13 des Schildes 8 trägt die zweite Brennstoffelement-Handhabungs-Vorrichtung, die aus einer Umsetzmaschine 24 besteht, die eine rohrförmige, nach unten durch den Schild 8 hindurchgehende Verlängerung 25 hat, deren unteres Ende unter der Oberfläche S des Kühlteiches P mit flüssigem Metall angeordnet ist. Wie in Pig. 2 dargestellt, enthält die rohröjfrmige Verlängerung drei Umsetzrohre 26, die in einer Winkelstellung des Schildes 8 mit drei Stutzen des Lagers 16 und, bei diesbezüglicher Stellung der Schilde 7 und 8, auch in Übereinstimmung mit jeglicher Kern- und Radial-Bruthüllen-ötellunK gebracht werden können, so daß

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es möglich wird, daß Brennstoff-Montageuntergruppen aus den Umsetz-Kübeln in die Stutzen 23 des Lagers 16 entnommen und in irgendeine ausgewählte Kern- oder Radial-Bruthüllenstellung eingesetzt werden, und umgekehrt. TJm zu ermöglichen, daß das Umsetzen vollkommen unterhalb des flüssigen Metalls vorgenommen wird, ist die Maschine 24 dafür vorgesehen, das unter Druck stehende darin enthaltene Inertgas (Teil des Schutzgases) in die Atmosphäre oder in einen Lagerkessel (mit Schutzvorrichtungen für den Pail, daß das Gas radioaktiv sein sollte,) zu entlüften, wobei zufolge der Wegnahme des Gasdruckes das flüssige Metall in so ausreichendem Maße in die Maschine hineingezwungen wird, daß es dadurch ermöglicht wird, das Brennstoff-Versetzen völlig in flüssigem Metall durchzuführen.

Aus den hier im Einleitungs-Abschnitt angegebenen Gründen und auch, weil es erforderlich wird, die Mechanismen der Kontrollstäbe 27, die an dem Plansch 13 des Schildes 8 vorgesehen sind, von den Kontrollstäben zu trennen, die sie in entsprechender Relation zur Drehung der Schilde 7 und 8 betätigen, wird das Umsetzen von Brennstoff durch die Maschine 24 zwischen Kern- und Bruthüllen-Region und dem Lager 16 nur durchgeführt, während der Reaktor stillsteht, d.h., wenn die Kontrollstäbe in dem Kern eingesetzt bleiben und von dem Steuerniechanismus 27 getrennt sind.

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Vorsorge ist zu treffen, die Lager 19 zu überprüfen, z.B. durch die normalerweise verstopfte Kontrollöffnung 28 im Plansch 9.

Das ringförmige Lager wird vorteilhaft mit einem Lager-Rotor verglichen, wie er in dem besagten Artikel in "Nuclear Engineering" beschrieben ist, v/eil es in dem Reaktor-Kessel wesentlich weniger Raum einnimmt, wie ein großer Lager-Rotor auf einer Achse, getrennt von und außerhalb der Kern- und Hüllen-Regionen. Es ist auch vorteilhaft, daß Brennstoff daraus besser versetzt werden kann durch geradliniges Anheben, wie durch die Anwendung der Seitenverschiebung, die bei dem in dem besagten Artikel beschriebenen System erforderlich ist. Weiterhin ist durch die Drehbarraaehung des ringförmigen Lagers ermöglicht, daß Brennstoffelemente in das Lager eingesetzt und aus ihm herausgenommen werden können, ohne den Reaktor stillzusetzen, da die Fähigkeit, das Lager 16 zu drehen, es ermöglicht, den Schild 7 feststehend zu lassen, während gesichert ist, daß die Einsetz/Ausziehmaschine 22 jede aer Brennstoffelement-Stellungen in dem Lager 16 bedienen· kann. V/eil der Schild 7 feststehend gehalten wird, kann der damit verbundene Steuer-Mechanismus, der mit dem Schild 8 verbunden ist, - (der ebenfalls'feststeht während der Arbeit des Reaktors,) - die Verbindung mit den Reaktor-Kontrollstäben aufrechthalten, und die Fähigkeit, den Reaktor zu steuern, wird nicht gestört. Das Vorhandensein oder Hichtvorhandensein von Brennstoffelementen im Lager 16 und jedes Zuführen oder Wegnehmen von Brennstoffelementen aus dem Lager 16 durch die Sinsetz/Auszieh-Maschine 22 wird gering-

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fügigen Einfluß auf die Reaktivierung der Kernregion haben.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsfonn und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

■^ { 1.^Schneller Kernreaktor, dessen Kern untergetaucht ist in einem Teich mit flüssigem Kühlmittel und der ein Lager zum Abstützen von beiden, bestrahlten und unbestrahlten Brennstoffelementen hat, untergetaucht in besagtem Kühlteich, gekennzeichnet dadurch, daß das besagte Lager ringförmig und konzentrisch in Bezug auf den Reaktorkern angeordnet ist, und dadurch, daß Vorrichtungen für die Bewegung von Brennstoffelementen zu dem und aus dem besagten Lager zu besagtem Kern und umgekehrt vorgesehen sind.

" 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch ^kennzeichnet, daß das besagte Lager drehbar ist um die Achse des besagten Kerns, und die Stellen für die Halterung von Brennstoffelementen darin rund um den Großteil seiner ringförmigen Ausdehnung angeordnet s ind.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Lager in seitlicher Übereinstimmung mit besagtem Kern ist.

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4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Vorrichtungen für die Bewegung von Brennstoffelementen erstens Brennstoff-Handhabungsvorrichtungen für das Be- und Entladen besagten Lagers einschließen und in einer Stellung ange- * ordnet sind, die in Relation zu dem Lager steht und in der Lage sind, mit wenigstens einer der Brennstoffelement-Halterungs-Stellungen übereinzustimmen, Drehung des Lagers die.anderen Brennstoffelement-Halterungs-Stelluhgen fortschreitend in Übereinstimmung hiermit, und zweitens weitere, getrennte Brennstoff-Handhabungsvorrichtungen einschließend für die Bewegung von Brennstoffelementen aus besagtem Lager zu besagtem Kern und umgekehrt, Vorrichtung selbst seitlich versetzbar in Bezug auf die Achse des Kernes, um wechselweise übereinstimmbar zu sein mit jeglicher Kern-Stellung und jeglicher Brennstoffelement-Halterungs-Stellung dea Lagers.

5. Kernreaktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Lager an einem drehbaren Schlitten ausgehängt 1st, gelagert in einem festen Bauteil der Reaktor-Installation.

6. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zweitens besagte Brennstoffelement-Handhabungs-Vorrichtung eine Umsetz-Maschine umfaßt, die auf einem drehbaren Schild montiert ist, das selbst exzentrisch in oder auf einem anderen drehbaren 3child konzentrisch montiert ist in delation zu und über dem

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Reaktor-Kern, der konzentrische Schild mit einem Lagerflansch
versehen, der exzentrisch verlängert ist, um eine Lagerfläche
(oder Auflagefläche) für den exzentrisch-mon Schild zu schaffen, der die besagte Umsetzmaschine trägt.

7. Ein Kernreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Umsetzmaschine ausgebildet ist, um flüssiges Kühlmittel zu enthalten, so daß die Arbeit dea Umsetzens eines bestraften Brennstoffelementes aus dem Kern in daa Lager vollkommen in flüssigem Kühlmittel bewerkstelligt werden kann.

8. Ein Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte erste Brennstoffelement-Handhabungsmaschine eine Einsetz-ZAusziehmaschine ist, die in Verbindung mit dem besagten Lager mit Kübeln arbeitet, die ein flüssiges Kühlmittel für eine Brennstoffelement-Montageuntergruppe enthalten·

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