-
Heterogener Kernreaktor Beim Bau von Leistungsreaktoren wird angestrebt,
den Reaktor nach Möglichkeit inherent sicher zu machen, d. h. ihm ein solches Betriebsverhalten
zu geben, daß insbesondere sprunghaft auftretende Temperatursteigerungen, z. B.
infolge positiver Reaktivitätsexkursionen, eine Verringerung des kritischen Faktors
unter 1 auslösen und dadurch eine für den Reaktor-schädliche Leistungsexkursion
verhindern. Ein solches Verhalten wird durch den negativen Temperaturkoeffizienten
charakterisiert, der bei flüssigkeitsgekühlten Reaktoren im wesentlichen den Einfluß
der Dichteänderungen auf den kritischen Faktor erfaßt. Aus Gründen kleiner kritischer
Abmessungen des Reaktors ist allgemein aber größtmögliche Dichte des Moderators
erwünscht. Man hält den Moderator daher unabhängig vom Kühlmittel auf einem möglichst
niedrigen Temperaturniveau, so daß eine Selbststabilisierung aufgrund des negativen
Temperaturkoeffizienten des Moderators nicht in Betracht kommt, weil das Moderatorvolumen
bei den meisten Reaktoren zum Teil erheblich größer ist als das in den Kühlkanälen
für das Kühlmittel verfügbare und unmittelbar auf Temperaturänderungen reagierende
Volumen.
-
Die vorliegende Neuerung bezieht sich auf einen heterogenen Kernreaktor
mit einem von Kühlmittel zum größten Teil getrennten Moderatorraum und diesen gitterartig
durchsetzenden, die Brennelemente
enthaltenden Kühlkanälen, welche
von einem Moderatoreigenschaften aufweisenden Kühlmittel durchspült sind. Neuerungsgemäß
ist nur ein Teil des Moderatorraumes, vorzugsweise eine zentrale Gitterzone, vom
übrigen Moderatorraum durch Zwischenwände abgetrennt und so in den Kühlmittelkreislauf
eingeschaet, daß er vom heißen Kühlmittel beaufschlagt ist.
-
Durch eine solche Vergrößerung des Volumenanteiles an temperaturabhängigem
Kühlmittel im Gitter wird der Einfluß der Dichteänderung bei Reaktivitätsexkursionen
stärker ins Spiel gebracht und so eine Selbststabilisierung des Reaktors herbeigeführt.
-
Die Zeichnung veranschaulicht schematisch vier Ausführungsbeispiele
in Längsschnitt.
-
Figur 1 zeigt eine Ausführung bei der das Kühlmittel mit der Reaktorkesselwand
nicht in Berührung-kommt und die Zentralzone des Moderators im Sinne der Neuerung
von heißem Kühlmittel in Richtung von oben nach unten durchströmt wird. Im einzelnen
sind 1 der Reaktorkessel und 2 die Kühlkanäle, die den Moderatorraum 3 mit Corezone
4 gitterartig durchziehen und oben und unten an Sammler 5, 6 angeschlossen sind.
Der untere Sammler 6 ist an den Kühlmitteleintrittsstutzen 7 des Reaktors angeschlossen.
In seinem Mittelteil ist er so gebaut, daß das ein-und austretende Kühlmittel voneinander
getrennt sind, so daß letzteres unvermischt in den Kühlmittelaustrittsstutzen 8
gelangen kann. Die in den Kühlkanälen vorhandenen Brennstoffelemente sind der Einfachheit
halber nicht dargestellt.
-
Neuerungsgemäß ist nun bei der Ausführung nach Figur 1 der zentrale
Raumbereich des Moderators vom übrigen Moderatorraum durch die Zwischenwand 9 abgetrennt,
die unter Umständen auch wärmeisolierend ausgeführt sein kann. Er ist weiter wie
die Pfeile zeigen, in den Kühlkreislauf eingeschaltet und somit von heißem Kühlmittel
beaufschlagt. Hierdurch wird das Heißwasservolumen im wiirksamen Kernbereich auf
Kosten des Moderatorvolumens wesentlich vergrößert, so daß die gewünschte Erhöhung
des negativen Temperaturkoeffizienten eintritt.
-
Eine gegenüber der Ausführung und Figur 1 abgewandelte Gestalt der
abgeteilten Moderatorzone und ihrer Beaufschlagung zeigt Figur 2 für einen Reaktor
mit gesondert eingebautem Moderatorkessel. In der Zeichnung ist 10 der Moderatorkessel,
11 der Reaktorkessel, 12, 13 sind die Kühlmittelein-und-austrittsstutzen.
-
Die Kühlkanäle 14-wieder ohne Brennstoffelemente dargestelltdurchziehen
gitterartig den Moderatorkessel, der bis auf die Kesselöffnungen im Oberteil allseitig
geschlossen ist.
-
Das Besondere gegenüber der Anordnung nach Figur 1 besteht einmal
darin, daß ein Teil der Kühlkanäle-in der Figur die zentral gelegenen-an den Austrittsenden
verschlossen sind und dafür unterhalb der Moderatorkesselabdeckung mit Austrittsöffnungen"16
versehen sind. Weiter sind die betreffenden Kanäle neuerungsgemäß gegen den übrigen
Moderatorraum durch die Zwischenwand 17 abgetrennt, derart, daß eine Strömungsumkehr
innerhalb des abgetrennten Raumes erreicht wird, bei Ausspsisung des heißen Kühlmittels
durch Öffnungen 18 in der Moderatorkesselabdeckung.
-
Bei der Anordnung nach Figur 3 ist gegenüber den bisher erläuterten
Lösungen nur der obere zentrale Teil des Moderatorraumes im Sinne der Neuerung mit
heißem Kühlmittel beaufschlagt. Hierzu ist ein Teil der oberen Abdeckung des Moderatorkessels
durchlöchert, die zugehörigen Kühlkanäle 21 sind mit Leitblechen 22 versehen und
es ist der durch den Rand der stehengebliebene Teil
| /raum |
| der Kesselabdeckung umschriebene Moderatorbereich nach den
Seiten |
und nach unten hin durch die Trennwände 23 gegen den übrigen Moderatorraum abgekapselt.
Im übrigen ist wie bei den vorhergehenden Lösungen das gestrichelt umrandete Feld
24 die Corezone, 25 ist der Reaktorkessel und 26, 27 sind die Kühlmittelein-und-austrittsstutzen.
Neu hinzugekommen sind die Ein-und Austrittsstutzen 28, 29 für den Moderator. Der
Moderatorkreislauf, bestehend aus der Umwälzleitung 30 mit Umwälzpumpe 31 und Kühler
32 ist vom Kühlmittelkreislauf, bestehend aus der Umwälzleitung 33 mit Umwälzpumpe
34 und Wärmetauscher 35 völlig getrennt. Durch Verbindungslöcher 36 im Moderatorkessel
wird der nötige Druckausgleich zwischen den beiden Kreisläufen erzielt. Ein entsprechendes
Kreislaufschema gilt auch für Figur 1 und 2, ist dort aber aus Gründen der Einfachheit
nicht eingezeichnet.
-
Bei den bisherigen Ausführungsbeispielen war der abgetrennte Moderatorraum
mehr oder wenger auf die zentrale Gitterzone beschränkt.
-
In Figur 4 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem eine Aufteilung des Moderatorraumes
in eine obere und untere Zone vorgenommen ist. Es ist 40 der Reaktorkessel, 41 der
(hier offene) Moderatorkessel
und 42 die Corezone, Die Kühlkanalrohre
sind mit 43, die Kühlmittelein-und-austrittstutzen mit 44, 45 bezeichnet. Wie angedeutet,
besteht das Besondere dieser Konstruktion darin, daß die trennende Zwischenwand
durch einen oberhalb des Moderatorkesselbodens befindlichen zweiten Böden 48 gebildet
ist.
-
Der Kühlmittelkreislauf ist gegenüber der Anordnung nach Figur 3 unverändert.
Er besteht aus einer Umwälzleitung mit Umwälzpumpe 50 und Wärmetauscher 51. Bezüglich
des Moderatorkrelslaufes ist insoweit eine Änderung eingetreten, als die Kühlmittelumwälzpumpe
50 zugleich als Umwälzpumpe für den Moderator mitbenutzt ist. Dementsprechend ist
die Moderatorumwälzleitung 52 in den Kühlkreislauf vor und hinter der Pumpe 50 angeschlossen.
Im letzteren Leitungsteil liegt der Kühler 53, im ersteren eine Drossel 54, deren
Widerstand etwa dem des Wärmetauschers 51 entspricht. Allgemein gilt, daß Moderator
und Kühlmedium durchaus verschieden sein können.
-
Um mit dünnen Zwischenwänden auszukommen, werden zweckmäßigerweise
die Drücke gleich groß gehalten, wobei der Feinabgleich derselben mittels üblicher
Druckausgleichsmittel erreicht werden kann.
-
Alle gezeigten Anordnungen sind besonders wirksam bei Siedewasserreaktoren
oder zumindest bei Reaktoren mit zugelassenem Oberflächensieden. 5 Schutzansprüche
4 Figuren