DE1817079B2 - Reaktorkern, bestehend aus einer anzahl verschachtelter gruppen gleichartiger saeulen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktorkern bestehend aus einer Anzahl verschachtelter Gruppen gleichartiger Säulen aus Moderatormaterial, wobei jede Säule parallel zu einer gemeinsamen Richtung angeordnet ist und jede Säulengruppe einen Kanal umschließt, der sich zu dieser gemeinsamen Richtung parallel erstreckt, um ein längliches Reaktorkern-Elcment aufzunehmen. dessen Querschnittsfläche im wesentlichen gleich der des Kanals und kleiner als die einer Säule ist. deren Querschnittsfläche derart ist, daß der Gitterabstand der Kanäle größer ist als derjenige der Säulen.

Es ist bereits bekannt, einen Reaktorkern aus einer Anzahl verschachtelter Gruppen gleichartiger Säulen aus Moderatormalerial aufzubauen, wobei jede Säule parallel zu einer gemeinsamen Richtung angeordnet ist (FR-PS 13 31 952). Dabei wird jede Säulengruppe von einem Kanal umschlossen, der sich zu der gemeinsamen Richtung parallel erstreckt und der ein Reaktorkcrnelement aufzunehmen vermag. Es ist auch bekannt, daß die Säulen neben dem Kernbrennstoff Kühlvorrichtungen zum Kühlen des Kernbrennstoffs aufnehmen können (DT-AS 11 77 751). Zwischen den benachbarten Säulen selbst ist jeweils ein entsprechendes Spiel vorhanden, damit sich jede Säule frei um ihre Achse ausdehnen oder

zusammenziehen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reaktorkern, der aus einer Anzahl verschachtelter Gruppen gleichartiger Säulen besteht, die aus Blöcken zusammengesetzt sind, zur Erleichterung der Brennstoffhandhabung ein zusätzliches Spiel zwischen den Oberflächen der benachbarten Blöcke vorzusehen, wobei dann im Betriebszustand dieses zusätzliche Spiel im Reaktorkern keine unerwünschten Erscheinungen,

ίο wie beispielsweise ein verstärktes Verwerfen der Blöcke oder Schwingungen, hervorruft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise jede Säule Kernbrennstoff und Vorrichtungen zum Kühlen desselben enthält und daß das in zumindest einigen Kanälen der vorhandenen Kanäle enthaltene längliche Reaktorkern Element ein Spreizstab ist. dessen Querschniusfläche derart ist. da(3 nach Einfuhren in den Kanal die umgebenden Sai.'-er '^vJch ;:ΐ:^ί'!: gegen ώ-: ber.::chbarten Säulen ge^rikkt '■■■ erden

Das üruiv^ai/lichc der ernnduiigsgemäßen -V: ο riming der Reaktorkern-Bestandteile soll nachfolgend ::n Hand eines geometrischen Modems erläutert w erden: in die Gesamtheit oder einer; wesentlichen Tei! der Querschnitts^::."!·.: eines Reaktorkern- ?md Gruppesieichartisior. sich berührende¹" Kreise, sogenannte· Grundkre- einbeschrieben, die uns vier Kreisen pr--< Gruppe bestehen, und derart angeordnet sind, oa:.'· ihre. Mittelpunkte ein ruuieniormigcs Guter bilden, und die

₃c Kreismitteipunkte der einen Gruppe be/iig'u^ :■ _<■ Kieismiueipunkte benachbuPe:' Gruppen derjr· :;ngeordnet sind, daß sich die Gruppen verschachtelt Kir.·.? sechsseitige ebene Flache, ν eiche \vuc Gruppe vu: Kreisen umschreib'., bildet ein Fiacheneiemem. Hi'e derartige Fläche wird durch zwei sich gegenüberliege' de Seitenp.iare dargesteii" wobei jede- eine gemein·-:!- rne T.ineent-j benachbarter Grundkreisc.· eine·" ie;!eri Gruppe darstellt, wahrend das restliche Paar vr'p gegenüberliegender Seiten jeweils Tangenten an die weiter außen hegenden Kreise darstellt, welche die gemeinsamen Tangenten unterbrechen. Die Mittelpunkte der vier gemeinsamen Tangenten stellen die Mittelpunkte entfernbarer Einsatzteile dar. beispielsweise Regelstäbe oder Handhabungsvorrtch' ingen Diese Mittelpunkte bilden ein rechtwinkliges Gitter unc können entweder als Mittelpunkte für Regelstäbe odei als Mittelpunkte für Standrohre dienen. Kreise um diesi Mit !punkte mit wesentlich kleinerem Radius als den Radius der Grundkreise können so gestaltet werden daß sie die Grundkreise berühren, und um einen kleiner Betrag in die sechsseitig begrenzte Fläche eindringen aber dessen ungeachtet stellt der übriggebliebene Tei des sechsseitigen Flachenelements den Querschnit eines Blocks oder einer Gruppe von Blöcken dar. au denen der Reaktorkern aufgebaut ist. Es kam vorteilhaft sein, das Flächenelement in vier unregelmä ßige Fünfecke zu unterteilen. Selbstverständlich kam die Unterteilung auch in andere Vielecke vorgenommei werden, aber unregelmäßige Fünfecke, die von dei gemeinsamen Tangenten an die Grundkreisc gebilde werden, sind vorzuziehen, weil sie untereinander gleich Flächen bilden und die Grundkreise derart umschließer daß nur sehr wenig der eingeschlossenen Fläch außerhalb der Grundkreise lieg!.

Vorteilhaft bestehen die Säulen des Reaktorkerns au prismatischen Blöcken von im wesentlicher unregelmä ßigem fünfeckigem Querschnitt die ein Paar sie gegenüberliegender mit Ausnehmungen versehene

Ecken besitzen, welche einen Quadranten des Kanals bilden, der entsteht, wenn vier solcher Säulen nebeneinander angeordnet werden. Die Mittelpunkte dieser Hohlräume bilden dann ein rechtwinkliges bzw. quadratisches Gitter und der Flächenmittelpunkt eines jeden fünfseitigen Blocks liegt im wesentlichen im Mittelpunkt eines Grundkreises.

Die rni: der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das zusätzliche Spiel zwischen den Oberflächen der benachbarten Blöcke ein leichtes Herausnehmen und Einsetzen von Blocker: beim Wechsel der Brennstoffelemente ermöglicht wird, ohne daß beim Normalbetrieb selbst dieses zusätzliche Spiel unerwünschte Relativbewegungen verursacht.

Ein Ausfuhrungsbeispie! der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend näher erläuien. Es zeig·

Fig.: eine schema tische Darstellung, au-, der uic Lage de" ReakiorkernzeÜen zueinander ersichtlich ist.

F 1 g. 2 einen Schnitt durch einen prismatischer. Block 2: enticing einer zur Säuienachse seni.rechten Richu.n·..

F ι ;j. j eine Teüansich' eine¹. Reaktorkern*, ati:. R^.-ken entsprechend t 1 g. 2 und

! ι g. 4 einen Teilschnitt entlang der Linie IY-¹ :: F ! g. 2. 2;

In ι ' g. ! oe/.eichncn ;.'. b, c und J die Form eine" Kaute bildende M'ttelpunkie sie!· Deruhrendc Grundpreise C die der; ■·. angeordnet sind, dal⁵ die Gripper »us lewet.s vier Grundkreisen C¹OC¹C'; GC-CPC-: . . Sien '.liteinandci· verschachtelt». Jede Gruppe au vier je Kreiden wird son einem sechsseitigen ebenen Flacnenfleme:■■· umschriebe, das durch /we; l'aare von f ieichur igen, sich gegenüberliegenden Tangente" 7"';. T 2. 7 3 7" 4. begrenzt wird, wobei jede Tangenu- zwei hctachbarien Kreisen gemeinsam ist. Das dritte l'aa: Her·, gegenüberliegender Seiten stell: Tangenten Γ5. Ι·.!: die weite" außerhalb liegenden Kreise der Grupne tlar. Die sich aus den sechs Seiten Tl ... Tb ergebende techsseiiige Flache ist das Grundelement des Reaktorkerns. Um die Mittelpunkte jeder der längeren Seiten des Flächenelements sind Kreise 5 und (vor. kleinerem Durchmesser angeordnet, die - wie dargestellt - ein rechtwinkliges Gitter bilde:¹..

!"> '.· Flacht der Kreise S und C'übersrhneide; die von iicn sechs Seilen umschlossene Fläche und berühr; die Cirundkreise. Die restliche Fläche der Zelle stellt die Fläche oder ein Vielfaches der Flächen der notwendigen Reaktorkernbestandteile dar.

Vorteilhaftere eise kann die restliche Fläche in vier unregelmäßige, im wesentlichen fünfeckige Flachen unterteilt werden, denen jedoch zwei gegenüberliegende Ecken fehlen, um so eine Ausnehmung zu bilden, die einen Quadranten der Hohlräume C oder 5 darstellt. Die Blöcke 11 dieses Querschnitts können von ,gleichartiger Gestalt sein.

F i g. 2 zeigt einen dieser Blöcke aus Moderator-Material, wie z. B. Graphit, von unregelmäßigem, fünfeckigem Querschnitt, dessen fünf Seiten mit 12,13,14. 15 und 16 bezeichnet sind. Die benachbarten Seiten 12. 16 wie auch das gegenüberliegende Paar benachbarter Seiten 13, 14 stehen senkrecht aufeinander. Die von den anderen Seiten eingeschlossenen Winkel betragen jeweils 120". An den beiden F'cken /wischen den beiden gegenüberliegenden Paaren benachbarter Seiten 12. 16 und 13. 14 sind sauber geschnittene Ausnehmungen 17a, \7b angebracht, deren Oberflächen einen Quadranten der kreisförmigen Hohlräume 5. Cbilden. die entstehen, wenn entsnrechende Ecken von vier Blöcken nebeneinander angeordnet werden.

F i g. 3 zeigt eine solche Anordnung an einer Anzahl von Blöcken 11, die nebeneinander, parallelachsig und mit gleichartigen Seiten aneinandergrenzend angeordnet sind, so daß die Ausnehmungen 17 benachbarter Blöcke sich ergänzen, um Hohlräume S, C von kreisförmigem Querschnitt zu bilden, welche parallel zu den Blockachsen verlaufen. Wie dargestellt, ist die Gestalt der Blöcke derart, daß jede Gruppe aus vier Blöcken, die zur Bildung eines gegebenen kreisförmigen Hohlraums zusammengesetzt werden, ein rechtwin::': ges bzw. quadratisches Gitter bildet.

Die Hohlräume ί werden zur Aufnahme eines sogenannten Spreizstabs 5"benutzt. Wirkungsweise und Aufbau von Regelstäben sind allgemein bekannt, aber die Verwendung eines Spreizstabs wird in diesen" Zusammenhang für neu gehalten und bedarf einiger Erkiärur.gei';. t-.ir. Snreusuir en Stan oder eir. Ro^-T au;· :iern Nigeria! mit g-rirüietri Ne^tronendbior;"'-lionsGi.erschr '.f. und einen· Durchmesser, der geeigne ,si. de" HoPirauni .S'aus/utuiien ^ or/ugsweise w :\\\ ein. Einfunraoschrägung an einem Ende vorgesehen, möglicherweise -:L!.:, eine leichte kwm/ität des Seh.ül·,. in. malten Zustand muß genügend ireier Raum /wis^ne¹'. den Oberflächen der benachbarten Blocke vorii,inuc sein. LIiT. ücen Wärmeauscieniuing zu gestauer!, otv.iüa!.> starke Spannungen in den Blocken entsienen. im Einsät.' können strahlungsbedingte Effekte cm ν er/v her, der Blöcke bewirken. ^ .λ zum Verklemmen iüiv und ihr Wegnehmen ne Brcnnstoffneuaui'gabi* ·■ schien. Deshalb is', es wünschenswert, einen /usai,- .-chen ireien Raum zwischen der Oberflachen 12 und Ir. benachbarter U¹ jcke vorzusehen, um das Herausnehme: und Lrset/en vor; Blöcken beim Wechsel de Brennsioife'emente zu erieiciiterr,. Besieht allerdings m; Reaktorkern i.ie: Normalneirieb ein zusätzliches Spie; so kann dieses ein verstärktes Verwerten der Block..· Schwingungen oder andere unerwünschte Erscheinungen hervorrufet-.. Deshalb besteht das Wesen der vorliegenden Erfindung dann, daß zwar zusätzliches Spiel zur Erleichterung der Brennstoffhandhaburig zwischen den Oberflächen 12 und 16 benachbarte! Blocke wgesehci is:, daP aber die durch diese:- zusätzliche Snie! > erursachicn Rclativbew egui\.^ren m.: Hilfe des Sprei/stabs verhindc- werden.

Zum Rrennstolfclemeni-V' ■ '•ei wird u^r Sprer/star zunächst entfernt, um so ein iu>''eichendes Spiel tür uit unmittelbar benachbarten Blöcke zu erzielen und danii ihr Entfernen und Ersetzen zu erleichtern. Nach den Ersetzen der benachbarten Blöcke wird der Spreizstat (oder ein neuer) wieder eingebracht, um die durch da: Spiel zwischen den Blöcken unerwünschten Erschcinun gen zu verhindern. Benachbarte Blockoberflächei können örtlich mit länglichen Rippen oder ähnlichen versehen werden, um eine Bewegung der Blockoberflä chen gegeneinander zu unterbinden.

Bei sorgfältiger Betrachtung von F i g. 3 wird deutlich daß ein Verschachtdungseffeki infolge der Blockgesta' erreicht wird, was bedeutet, daß bei der Entfernung eines Blocks (nach dem Herausziehen des Spreizstabs der Nachbarblock nicht in den entstandenen Hohliaur stürzen kann.

Wie schon erwähnt, enthalten die Blöcke Brennstof Eine Möglichkeit, den Brennstoff in die Block einzubringen, ist in F i g. 2 dargestellt, wobei di Brennstoff enthaltende Fläche sich im Inneren eine Kreises 20 befindet, in dem Block sind eine äußer ringförmige Reihe von öffnungen 21 und drei inner

Öffnungen 22 vorgesehen, in denen vorgefertigte Brennstoffpackungen derart untergebracht sind, daß für den Durchtritt des Kühlmittels durch die Öffnungen 21, 22 und über die Brennstoffpackungen Sorge getragen ist.

Eine Mittelöffnung 23 zum Eintritt und nachfolgendem Erfassen durch den Greifer einer Hebevorrichtung wird in der Mitte des Kreises 20 angeordnet. An dem dargestellten Block sind drei radiale Einschnitte 24 eingezeichnet, die sich von dem Boden der Öffnung 23 aus jeweils unter einem Winkel von 120° erstrecken und den sich radial ausbreitenden Fingern eines Greifers gestatten, unter den Block zu fassen, nachdem der Greifer durch die Öffnung 23 hindurchgeführt wurde. Wenn die Blöcke als Reaktorkern innerhalb eines Druckbehälters angeordnet sind, erfordert das Einführen von Brennstoffhandhabungswerkzeugen geeignete Durchführungen durch die Wandung des Druckkörpers.

Für einen solchen Zugang zu Druckgefäßinnenräumen ist eine verschließbare Durchführung in der Druckkörperwand in unmittelbarer Nähe einer Endoberfläche des Reaktorkerns über jeder Bohrung S, C vorgesehen. Diese Durchführungen sind abwechselnd für die Einführung von Spreizstäben und für die Betätigung der Regelstäbe in den darunter liegenden Kanälen bestimmt; die mit dem Buchstaben 5 bezeichneten Bohrungen sind für die Spreizstäbe S und die mit C bezeichneten für die Regelstiibe C bestimmt. Der Ein- und Ausbau'der Brennstoffblöcke wird vorgenommen, indem zunächst der Durchführungsver-Schluß oberhalb eines Spreizstabs entfernt wird, dann wird der Stab selbst nach oben herausgezogen und ein in geeigneter Weise gebogenes Hebewerkzeug durch die Durchführung eingeführt. Das Werkzeug wird dann aus der Mitte gerückt, bis der Greifer in die Öffnung 23 desjenigen Blocks eintreten kann, der entfernt werden soll. Darauf werden geeignete Verriegelungen des G reif Werkzeugs freigegeben, damit dieses in die radialen Einschnitte 24 eingreifen kann. Dann wird der Block angehoben (zu diesem Zweck ist ausreichend freier Raum zwischen der Oberseite des Reaktorkerns und dem Deckel des Druckkörpers vorzusehen) und unter die Durchführung gebracht. \on wo er aus dein Druckgefäß herausgehoben wird.

Verständlicherweise wird man es in der Praxis bevorzugen, eine gewisse Anzahl Blocklagen übcreinanderzuschichten. Eine geeignete Schichtweise für die Blöcke ist in F i g. 4 angegeben, die einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 darstellt. Wie ersichtlich, enthält jeder durch die öffnungen 21, 22 gebildete Brennstoffkanal ein Graphitrohr30 mit einer ringförmigen Brennstoffüllung 31, die sich innerhalb dessen Wandungen befindet. Der untere Teil des Rohres ist mit Gewinde versehen, um in die Gegengewinde auf dem inneren Umfang der drei dort angeordneten Vorsprünge 32 einzugreifen, die am unteren Ende jeder der Öffnungen 21, 22 sich einwärts erstrecken. Am oberen Ende des Graphitrohres 30 wird die Brennstoffüllung 31 durch einen Anschlag 33 gesichert. Zusätzlich zur Sicherung der Brennstoffüllung 31 dient der Anschlag 33 dazu, die Spitze des Brennstoffrohres in der öffnung 21, 22 zu zentrieren. Räumlich verteilte Vorsprünge 34, die an der Wand der öffnung anliegen, sind zu diesem Zweck vorgesehen.

Die eigentlichen Blöcke selbst greifen am Kreis 20 und bei 35 ineinander. Am unteren Ende des Blocks ist der Graphit zwischen den Kreisen 20 und 35 verlängert, um den vorstehenden Teil der Zapfenanordnung zu bilden, während der gleichartige Graphit am entsprechenden oberen Ende des Blocks verkürzt ist, um das entsprechende Gegenstück der Anordnung zu bilden. Die öffnungen 23 in benachbarten, übereinander geschichteten Blöcken greifen auf Grund der konzentrischen »Verzahnung« ineinander.

Es wird verständlich, daß die »Verzahnung« einen Abstand der waagerechten Oberflächen der übereinandergeschichteten Blöcke im Hinblick auf einen Versatz bewirkt. Die benachbarten Abschnitte des Kühlmittelkanals sind mit geeigneten Erweiterungen ausgebildet, so daß in diesen Verbindungsstellen eine Verringerung der Geschwindigkeit des Kühlmittels auftritt. Demzufolge entsteht eine Verringerung der Geschwindigkeit des Kühlmittels und entsprechende Verluste werden gleicherweise verringert.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Reaktorkern bestehend aus einer Anzahl verschachtelter Gruppen gleichartiger Säulen aus Moderatormaterial, wobei jede Säule parallel zu einer gemeinsamen Richtung angeordnet ist, und jede Säulengruppe einen Kanal umschließt, der sich zu dieser gemeinsamen Richtung parallel erstreckt, um ein längliches Reaktorkern-Element aufzuneh men, dessen Querschnittsfläche im wesentlichen gleich der des Kanals und kleiner als die einer Säule ist, deren Querschnittsfläche derart ist, daß der Gitterabstand der Kanäle größer ist als derjenige der Säulen, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise jede Säule Kernbrennstoff und Vorrichtungen zum Kühlen desselben enthält, und daß das in zumindest einigen Kanälen (5) der vorhandenen Kanäle (C. S) einbauen Reaktorkern-Eiemeni ein Sprei/.stab {S')\y· dessen Querschnittsfläche derart ist. daß nach Einführe'- ;n den Kanal die umgebender, Säulen nach außen gegen die benachbarten Säulen gedruckt werden.

2. Reaktorkern nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet. dar! das in den Kanälen C enthaltene längliche Reaktorkern-F.lemert em -\bsorptionsrege! stab Γ ι st.

3. Reaktorkern nach Anspruch ! ode 2. dadurch gekennzeichnet, daß jede Säule aus einer An/ah! übereinandergeschichieier Blöcke (Hi aus Kernbrennstoff enthaltendem Modem iorniatc-ia; irit Öffnungen (21. 22) für das Kühlmittel besteht.

4. Reaktorkern nach Anspruch j. dadurch gekennzeichnet, daß die Säulen aus prismatischen Blöcken (11) von im wesentlichen unregelmäßigem fünfeckigem Querschnitt bestehen, die ein Paar sich gegenüberliegender mit Ausnehmung!.: (17) ver'._- hener Ecken besitzen, welche einen Quadranten des Kanals (C) bilden, der entsteht, wenn vier solcher Säulen nebeneinander angeordnet werden.