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B e s c h r e i b u n g K e r n r e a k t 0 r Die Erfindung bezient
sich auf einen gasgekühlten graphitmoderierten Nernreaktor, insbesondere auf den-Wenigen
Reaktortyp, der üblicherweise als Hochtemperatur-Reaktor bezeichnet wird.
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Es war früher allgemein übliche Praxis, bei gasgekühlten graphitmoderierten
I;ernreaktoren das Core mittels einer permanenten Graphitblock-Moderatorstruktur
aufzubauen, umfassend eine Mehrzahl von Blöcken in horizontaler und auch vertikaler
Richtung, die zur Ausbildung von vertikalen Kanälen durch das Core ausgerichtet
wurden, in welchen Kanälen die Brennstoff-Baugruppen untergebracht wurden. Moderatorstrukturen
dieses Typs wurden früher gegen relative Bewegungen und Verschiebungen mittels Verkeilung
zwischen benachbarten Blöcken stabilisiert, und zwar in vertikaler wie auch horizontaler
Richtung, damit die relative thermische Bewegung und Bewegungen infolge des "Wigner-Zunahme"-Effekts
erfolgen können unter Aufrechterhaltung der grundsätzlichen Ausrichtung
der
verschiedenen Core-Komponenten. Solche Strukturen wurden als gazes von einem Stahlhaltezylinder
gesichert, der rings um die Peripherie der Core-Blöcke angeordnet wurde. Es versteht
sich natürlich, daß genauer gesagt die äußersten Core-Blöcke einen Neutronenreflektor
umfassen aus Graphit-Blöcken ähnlicher Konfiguration wie die aktivne Core-Teile,
doch gewöhnlich ohne irgendwelche Brennstoffkanäle.
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Bei den im vorangehenden Absatz beschriebenen Reaktoren war es üblich,
oberhalb des Cores eine Deckstrahlungsabschirmung anzuordnen, indem diese mit der
verteilten Struktur des Cores verbunden wurde, und einen Reflektor direkt darunter
vorzusehen.
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Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Peaktoren, die keine permanente
aktive Core-Moderatorstruktur aufweisen, ist jedoch nicht auf solche Typen beschränkt.
Bei dieser Reaktor-Bauart ist jeder "Brennstoff-Baugruppe" als integraler Teil derselben
ein Abschnitt des Moderators zugeordnet; diese"Brennstoff-Baugruppen" werden im
folgenden als "Core-Einheiten" bezeichnet. Es hat sich als unpraktisch erwiesen,
bei einem solchen Core eine verkeilte Struktur zu verwenden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bauart für die Anordnung
der Säulen des aktiven Cores und des Neutronenreflektors geschaffen, bei der kein
Gebrauch von dem bisher üblichen Konzept der Verwendung einer vollständig verkeilten
Struktur ######## gemacht wird. Demgemäß besteht eine physische Trennung zwischen
jeweils benachbarten
Säulen des Cores (d.h. jeder Core-Einheit),
und die relativen Stellungen der Spulen werden aufrechterhaltn@e durch Festlegen
von Decke und Boden jeder Säule.
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Ein gasgekühlter graphitmoderierter Kernreaktor gemäß der Erfindung
umfaßt ein auf einem Traggitterwerk innerhalb eines Betondruckkessels ruhendes Core
sowie, ebenfalls innerhalb des Druckkessels, eine Strahlungsabschirmung über dem
Core, die in horizontaler Richtung strukturelle Integrität besitzt, wobei das Core
eine Nehrzahl vertikaler Säulen aus Brennstoff und Moderatormaterial umfaßt, welche
Säulen durch schmale Abstände voneinander getrennt sine und, mindestens während
eines Teils der Core-Lebensdauer, in ihrer relativen Lage dadurch gehalten sind,
dap sie am oberen Ende durch Verbindung mit der Deckstrahlungsatschirmung positioniert
sind und am unteren Ende durch Verbindung mit dem Gore-Traggitterwerk.
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Die Bezugnahme im vorangehenden Absatz auf den Abstand zwischen benachbarten
Säulen soll nachfolgend näher ausgeführt werden. Die Frage, ob solche Abstände entweder
während des Reaktoraufbaus oder während verschiedener Stufen in der Lebensaauer
des Reaktors vorliegen oder nicht5 beantwortet sich unterschiedlich Je nach der-Ausführungsform
u.id hängt ab von den ieutronenflußpegeln und Veränderungen innerhalb des Tores,
von dem Ausmaß der Temperaturunterschiede über dem Core und verschiedenen anderen
Merkmalen. Der entscheidende Punkt bezüglich dieser Abstande besteht darir., daß,
gleichgültig ob sie physisch vorhanden sind oder nicht, die
Positionierung
der Core-Säulen relativ zueinander ausschließlich auf der Positionierung der Saulenenden
beruht und in keiner Weise abhängt vom Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines
Abstandes oder Spaltes zwischen benachbarten Säulen.
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Eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes soll nachfolgend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher. erläutert werden: Fig. 1
zeigt einen Vertikalschnitt durch den Reaktor in schematischer Form, Fig. 2 ist
eine Draufsicht auf ein Teil einer Core-Einheit in größerem Maßstab als in Fig.
1, Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. 2, Fit. 4 ist eine teilweise
geschnittene Seitenansicht einer vollstandigen Core-Binheit in kleinerem Maßstab
als bei Fig. 2 und 3, Fig. r ist ein Teilschnitt durch das Ausführungsbeispiel,
FiC. r zeigt perspektivisch eInen Weil des Reaktors und Fi£. 7A und 7E, zusammengefügt
nach dem Schema der Fig. 7, zeigen einen weiteren Vertikalschnitt.
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Der Reaktor umfaßt einen Spannbetonkessel 1, der ein aktives Reaktor-Core
2 enthält. Dieses wird zusammen mit einem Bodenreflektor 3 von einem Traggitterwerk
4 abgestützt, das seinerseits auf dem Boden des Druckkessels ruht. Das Core 2 ist
von einem ringförmigen Seitenreflektor 5 und einer Seitenabschirmung 5a umschlossen
(deren Ausbildung der in der britischen Patentanmeldung 416/4/68 entsprechen kann)
und wird überwölbt von einem Deckreflektor 6, der durch einen Kühlmittelströmungsraum
8 von einer Deckabschirmung 7 räumlich getrennt ist.
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Rings um die Seitenabschirmung 5a befindet sich ein Ringraum 9, der
die als Blöcke 10 dargestellten Wärmetauscher enthält, welche auf Kühlgasumwälzeinrichtungen
11 montiert sind, wie in der britischen Patentanmeldung 36381/67 beschrieben; die
Wärmetauscher könnten auch auf Trägern voi Innenboden des Druckkessels ab gestützt
werden. über der Deckabschirmung 7 befindet sich ein ReaLtorgewölbe 12. Das Dach
13 des Betondruckkessels 1 besitzt eine zentrale öffnung 14 für einen Nachlademechanismus
und eine Transferöffnung 15 für das Entnehmen von Brennstoff und die Durchführung
anderer Brennstoff-Transferarbeitsgänge gemäß der Beschreibung der britischen Patentanmeldungen
41673/68, 41676/68 und 41678/68. Das Dach 13 weist ferner Durchbohrungen 16 auf
zur Aufnahme von Steuerstabführungsrohren und Stopfeneinheiten, wie in er britischen
Patentanmeldung 41684/68 beschrieben. Eine Führungsröhre 17 ist in der gestreckten
Stellung gezeigt.
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Das Core umfaßt eine Viehrzahl ausbaubarer Core-Einheiten einer Bauform,
die in der britischen Patentanmeldung
41688/68 beschrieben ist;
jede Core-Einheit besteht von oben nach unten aus einer Deckabschirmeinileit, einer
Gasstratumeinheit, einer Deckreflek@reinheit und sechs aktiven Core-Blöcken, von
denen der unterbste it seiner bodenseite so ausSebildet ist, daß er auf eine Bodenreflektoreinheit
gesetzt werden kann, die permanent auf dem Traggitterwerk 4 angeordnet ist.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen einen Core-Block, und man erkennt, daß er
aus einem hexagonalen Graphitblock 19 besteht mit achtzehn Brennstofflöchern 20,
die sich zwischen seinen Endseiten erstrecken. Jener Graphitblock besitzt außerdem
eine Mittelbohrung 21, um die herum die Lrennstofflöcher 20 im Abstand angeordnet
sind. Die Oberseite des Blocks ist bei 22 abgesetzt,und die Mittelbohrung 21 ist
bei 23 abgesetzt. Die Lncen der Locher 20 sind mit Gewinden 24 versehen. Die Unterseite
des Blockes 1) ist eben und weise einen zur Mittelbohrung 21 koaxialen Labyrinthsockel
25 au@.
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Jeder Graphitblocl: ruht auf dem unter ihm befindlichen Block, wobei
die Wandung 26 vom Labyrinthsockel 25 abdichtend aufgenommen wird und die Abstufung
27 am unteren Ende der Littelbohrung 21 mit der Stufe 23 zusammenwirkt, so daß die
Anordnung eine Muffenrohrverbindung bildet. Die Labyrinthdichtung 25 vergrößert
den Widerstand gegen das Vorbeifließen von Kühlgas aus den Löchern 20. Ein äußerer
Ring aus Graphitaichtungen (nicht dargestellt) ist ebenfalls vorgesehen, um ein
Lecken aus den Brennstofflöchern in die Mittelbohrung 21 und zu den Außenkanten
des Blocks zu reduzieren.
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Ein gewisses Durchmesserspiel auf aen zentrierenden Flächen ist vorgesehen,
damit unterschiedliches Schrumpfen ermöglicht wird, und Durchmesserspiel ist auch
bei den einzelnen Brennstofflochabdichtungen vorgesehen um sicherzustellen, daPJ
die seitliche Positionierung der Blöcke durch die Hauptdichtung 25/26 bewirkt wird.
Der äußere Ring der Graphit dichtungen dient der Drehsicherung benachbarter Blöcke
in der Core--inheit.
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Fig. 4 zeigt einen Teil einer vollständigen Gore-Einheit, umfassend
die Deckabschirmeinheit, die durch das strichpunktierte Rechteck 28 angedeutet ist,
die Gasstratumeinheit 29, die Deckreflektoreinheit 30 und die sechs Blöcke. 19,
von denen nur 2 gezeigt sind. Fig. 4 zeigt ferner die Bodenreflektoreinheit 31,
die permanent auf dem Traggitterwerk 4 angeordnet ist.
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Die unterste Endseite der Core-Einheit, d.h. die Unterseite des untersten
Blocks 19, ist auf der Oterseite des Bodenreflektors mittels einer Muffenrohrverbindung
angeordnet, die ähnlich der ist, die zwischen benachbarten Blöcken 19 verwendet
wird, und die in Fig. 4 bei 32 angedeutet ist.
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Man entnimmt der ri. 4,daß die Brennstofflöcher 20 in den Blöcken
19 in der zusammengefügten Core-Einheit ebenso miteinander fluchten wie sie Mittelbohrungen
21.
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Zusätzlich zeigt die Fig. 4 die Brennstoffstäbe 2Ca in ihrer Stellung
in den Brennstofflöckern 20. Die #####-Brennstoffstäbe werden mittels ?Spinnent
positiosliertv die mit den Gewinden 24 in den Löchorn 20 verschraubt sind.
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Die Unterseite der Reflektoreinheit 31 ist rings um einen zentralen
Kühlmittelströmungsdurchlaß 33 zur Aufnahme eines Stahlringes 34 abgesetzt, der
seinerseits in einer Ausnehmung in einer Niveauplatte 35 sitzt, welche evine von
zahlreichen Platten ist die einen Teil des Tragtgitterwerks 4 bilden. Fig. 5 zeigt
einen Teil des Traggitterwerks im einzelnen, während Fig. 6 perspektivisch einen
etwas größeren Ausschnitt des Traggitterwerks darstellt. an erkennt in Fig: 5, daß
ein geringes Spiel zwischen der Unterseite der Bodenreflektoreinheit und den ,!iveauplatten
besteht und der Ring 34 , welcher das Gewicht der Gore-Linheit auf die Niveauplatten
überträgt, einen kleineren Außendurchmesser aufweist als die Querabmessungen der
Unterseite der Reflektoreinheit ausmacht. Drch diese Anordnung kann eine gewisse
Neigung der Gore-ininheit erfolgen.
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Das Traggitterwerk 4 ist irL einzelnen in der britischen Patentanmeldunffl
41677/68 beschrieben und umfaßt, kurz gesagt, eine Serie rechteckiger Platten 36,
die miteinander zur Ausbildung einer in Abteilungen aufgeteilten Struktur verbunden
sind, die innerhalb einer ringförmigen Begrenzungsplatte 37 eingeschlossen ist,
welche öffnungen bei 38 aufweist und von einer äußeren Ringkammer 39 getragen wird,
deren Außenwandung Öffnungen 40 aufweist.
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Die in Abteilungen geteilte Utruktur ist oberhalb eines Bodens 41
angeordnet, -wie in Fig. 6 gezeigt. Innerhalb der Abteilungen der Struktur befinden
sich Elöcke aus Graphit und Stahl, welche die Bodenabschirmung des Reaktorboaens
bilden.
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Fig. 5 zeigt einen Teil einer einzelnen Abteilung, welche Lagen 42,43
aus-Graphitblöcken, getragen von Stahlplatten 44, enthält. Die Niveauplatten 35,
von denen eine in Fig. 5 erkennbar ist, sind von der Oberkante der in Abteilungen
geteilten Struktur durch nicht dargestellte Träger im Abstand gehalten.
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Die öffnungen 40 sind mit den Auslässen der Umwälzeinrichtungen 11
verbunden, das Kühlgas strbmt in d. R1igkammer 39 durch die öffnungen 40 und von
der Ringkammer 39 durch die öffnungen 38 in den Zwischenraum zwisciien der in Abteilungen
unterteilten Struktur und aem Boden 41. Aus diesem Raum gelangt das Kühlmittel nach
oben durch die Bodenabschirmung in den Zwischenraum unter den Niveauplatten und
dann in die Kühlmittelströmungsdurchlässe 33 über Strömungsrateeinsteller, welche
innerhalb von Gehäusen 45 bewegliche Kegel 44 umfassen zur Steuerung der Kühlmittelströmungsrate,
in die Gehäuse 45 und dann in die Durchlässe 33 durch öffnungen 46 in den Gehäusewandungen.
Von den Durchlässen 33 gelangt das Kühlmittel in die Drennstofflöcher 20 und dann
über entsprechende Durchlässe in der Deckreflektoreinheit 30 in den Zwischenraum
8 unter der Deckabschirmung 7.
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Einzelheiten der Deckabschirmung und weiterer Zusatzkomponenten sollen
nun unter Bezugnahme auf Fi. 7 beschrieben werden. tJeitere Details der Deckabschirmung
finden sich in der britischen Patentanmeldung 18727/68.
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Fig. 7 zeigt einen Teil der ringförmigen Seitenabschirmung 5a, innerhalb
der sich der Seitenreflektor befindet, der in der Figur in zwei Teilen gezeigt ist,
nämlich
einem festen Reflektorteil 46 und einem beweglichen Reflel;torteil
47. Der feste Reflektorteil besteht aus Graphitblöcken 48, die an der Innenseite
der Seitenabschirmung 5 durch Halter 49 befestigt sind, und aus einem Deckblock
50, der etwas auf der abgerundeten Oberfläche eines Trägerblocks 51 verdreht werden
kann, welcher den Block 49 vom obersten der löcke 48 trennt.
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Die oberen Oberflächen der Blöcke 49 besitzen abgerundete Ausnehmungen,
in denen sich Tragstücke 52 befinden, die einen äußeren Ring von Blöcken 53 tragen,
welche einen Teil der Deckabschirmung 7 bilden. Jeder der Blöcke weist Kühlmittelströmungsdurchlässe
54,55 auf, und jeder Durchlaß enthält einen Neutronenstreustopfen 56, dessen Aufgabees
ist, einen relativ ungedrosselten Durchfluß von Kühlmittel zu erlauben, onc daß
sich ein Neutronen-"Durchstrahlungspfad" ergibt. Die Blöcke 53 sind außerdem mit
dem oberen Teil der ringförmigen Seitenabschirmung 5 verbunden über Halter, von
denen ein Halter 57 in Fig. 7 erkennbar ist.
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Die Halter gessatten eine geringfügige Drchbevegung der Blöcke 53.
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Innerhalb der Begrenzung des Blocks 53 befindet sich der Rest der
Deckabschirmung, umfassend eine @ehrzahl von vorgefertigten Blöcken, von denen einer
durch die gestrichelte Linie 58 umschlossen ist und die aus einem Weicheisen-Stahlbehälter
und einer Weicheisen-Dechplatte sowie einer Füllung aus Graphitblöcken 59 bestehen.
Jeder Block 58 ist einer der Core-Einheiten zugeordnet. Jeder Block 58 weist einen
mit der Mittelbohrung 21 fluchtender. mittleren Durchlaß 60 auf.
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Jeder Bloc; 58 wird auf der zugeordneten Core-Linheit mittels einer
bei 29 in Fig. 4 gezeigten Gasstratum-Einheit getragen, die ein Stahlrohr 61, Endplatten
62,63 und drei Arme 64 umfaßt, welche von der Lndplatte 62 herabhängen.
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Die Gasstratum-Einheit ist seitlich bezüglich des Blocks 58 positioniert
mittels eines bei (5 in der Lndseite des Blocks 58 ausgebildeten Sitzes und einer
Ringschulter 66 auf der Platte 62, die von in Sitz aufgenommen wird.
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Die Arme 64 sind beispielsweise rnittels Schrauben mit Blöcken 67
verbunden, die ihrerseits beispielsweise durch Schweißen mit der Platte 63 verbunden
sind. Die Arme 64 erstrecken sich über die Platte 63 hinaus und weisen vergrößerte
Enden 68 auf, die in eine Ringnut 69 in eier Ringnuffenverbindung an der Oberseite
der Oberfläche der Deckreflektoreinheit 30 eingreifen. Die vergößerten Enden 68
sind in der Ringnut 69 mittels nicht dargestellten Schraubers gehalten.
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Demgemäß positionieren die Arme CLi die Deckreflektoreinheit 30,
die selbst mittels einer Rohrmffenverbindung 70 (Figg4) mit dem obersten der Blöcke
19 der Core-Einheit in solcher Weise verbunden ist, daß ein gewisses Neigen dieses
Teiles der Core-Linheit möglich ist - mit Ausnahme des Deckabschirmungsabschnitts
28 (Fig. 4) - relativ zum Abschnitt 28 ohne eine daraus resultierende Beschädigung
der Deckabschirmeinheit. Die Endplatte 62 ist lose mit der Deckabschirmeinheit mittels
nicht dargestellter Schrauben verbunden.
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Es ergibt sich demnacl;, daß jede Core-Einheit in dem Core an ihrer
Position gehalten wird, indem sie am oberen Ende mit der Deckabschirmung 7 und am
unteren Ende mit dem Traggitterwerk 4 verbunden ist.
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Das Traggitterwerk ist am Boden des Druckkessels befestigt und trägt
die ringförmige Seitenabschirmunr; 5a auf der oberen Wandung 71 der Ringkammer 38,
und, wie oben erläutert; bewirkt der obere Teil der Seitenabschirmung die seitliche
Positionierung der Deckabschirmung und demgemäß der blöcke )ß derselben.
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Patentansprüche :