DE1918819A1

DE1918819A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE1918819A1
Application number: DE19691918819
Authority: DE
Inventors: Stewart Robert Alan; Knight Michael Ernest
Original assignee: Atomic Power Constructions Ltd
Current assignee: Atomic Power Constructions Ltd
Priority date: 1969-04-15
Filing date: 1969-04-14
Publication date: 1970-10-15
Also published as: FR2036891A7

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der ATOMIC POWER CONSTRUCTIONS LIMITED, Vigilant House, 6/14 Sutton Court Road, Sutton, Surrey, England,

betreffend:

"Kernreaktor"

Die Erfindung betrifft gasgekühlte, graphitmoderierte Kernreaktoren und bezieht sich insbesondere auf die Konstruktion der oberen und unteren Neutronenschilde, mit denen der Kern des Reaktors abgeschirmt ist.

Der Neutronenschild ist ein Graphitaufbau, der die Aufgabe hat, das Austreten von Neutronen von dem Reaktorkern nach außen zu verhindern. Der Neutronenschild muß daher so konstruiert sein, daß durchgehende Bahnen, auf denen sich die Neutronen nach außen bewegen können, vermieden werden trotz der Tatsache, daß der Schild zur Schaffung von Brennstoff kanal-Beschickungswegen durchbrochen sein muß und bei Reaktoren, die mit einem wieder eintretenden oder im Kreislauf

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geführten Kühlmittelstrom arbeiten, Wege■für den Durchfluß solcher Kühlmittel vorgesehen sein müssen.

Aufgrund physikalischer Erwägungen wird de,m Schild eine minimale Dicke gegeben, obgleich wegen Ungleichmäßigkeiten in dem Schild die tatsächlich zur Anwendung kommende Dicke etwas größer sein wird. Es ist v/ich tig, den Unterschied, zwischen der theoretischen und der tatsächlichen Dicke möglichst gering zu halten, da dies die Größe des Druckbehälters beeinflußt und dies ganz klar von wirtschaftlicher Bedeutung ist.

Im allgemeinen kann gesagt werden, daß die zu vermeidenden Einzelheiten folgende sind:

1. in direkter Sichtlinie durch den Schild führende Durchlaßwege,

2. lange Schlitze, die die Wirksamkeit des Schildes reduzieren,

3. Bruch-, Sprung- oder Spalt-Sichtlinien zwischen angeblich aneinanderstoßenden Blöcken und

4. große Längenunterschiede zwischen direkten mammalen und minimalen Strahlungswegen« , ~ ■

Herkömmliche Neutronenschilde bestehen aus drei Lagen von Kohlenstoffblocken, von denen bestimmte nebeneinanderliegende Blöcke voneinander im Abstand gehalten sind zur Schaffung von Durchlaßwegen für den Kühlmittelstrom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile der bekannten Neutronenschilde zu vermeiden und einen Neutronenschild zu schaffen, der sich bei 'optimaler Abschirmung aus einfachen Bauelementen zusammen-

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setzen läßt, was erfindungsgemäß dadurch erreicht wird, daß

der Neutronenschild lediglich aus zwei übereinandergesetzten Lagen von Blöcken aus einem Neutronen-Abbremsmaterial besteht, dass die Blöcke so geformt und/oder orientiert sind, daß sie einen Durchlaß für den Durchstrom von Kühlmittel bilden, .und daß die Blöcke einer Lage gegenüber den Blöcken in der anderen Lage um einen Betrag versetzt sind, der aus- ■ reicht, um direkte Sichtlinien durch den Schild zwischen benachbarten Blöcken in den beiden Lagen auszuschalten. Vorzugsweise sind die Blöcke identisch geformt.

Weiter^ Einzelheiten und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Teildraufsicht einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie II-II von Fig. 1,

-Fig. ? eine Teildraufsieht einer zweiten Ausführungsfonr.,

Fig. 4 einen Schnitt cenäf: Linie IV-IV von Fig. 2,

Fig. S eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungcforir.,.

Fig. c einen Schnitt ceniäiS Linie VI-VI von Fig. 5, Fig. .7 eine Draufsicht: einer vierten Ausführungsforr., FIa. S einen Schnitt aerr.ä3 Linie VIII-VIII von Fig. 7

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Fig. 9 eine Teildraufsicht auf eine fünfte Ausführungsform,

Fig. 10 einen Schnitt gemäß Linie X-X von Fig. 9 und Fig. 11 einen Schnitt gemäß Linie XI-XI von Fig.

Die im folgenden beschriebenen Konstruktionen von nuklearen Schilden lassen sich sov/ohl als Kopf- als auch als Bodenschilde anwenden.

ψ Der in'Fig „ 1 und 2 gezeigte Neutronenschild besteht

aus zv/ei Lagen Ll, L2 von Kohlenstoff- oder Graphitblöcken allgemein kubischer, identischer Form. Jeder Block 1 hat einen durch ihn hindurchgehenden Durchlaßkanal 2, der einen Teil eines Brennstoffkanal-Beschickungsweges bildet. Der Durchlaßkanal oder Weg 2 hat, wie in Fig. 1 zu erkennen, einen kreisförmigen Querschnitt und ist von der Achse 3 des Blockes versetzt. Zusätzlich sind die vier zu der Achse des Blockes 1 parallelen Kanten bei 4 abgeschrägt oder gebrochen.

Zur Bildung einer Lage, beispielsweise der Lage Ll, sind die Blöcke 1 in einem rechteckigen Reihengefüge zu- * sammengesetzt, wie in Fig. 1 gezeigt, wobei benachbarte Reihen von Blöcken durch einen Kanal im Abstand voneinander gehalten sind und die Seiten in einer Reihe nebeneinanderliegender Blöcke in gegenseitiger Berührung stehen,. Somit sind in Fig. 1 Reihen 5, 6 und 7 mit Trennkanälen 8, gezeigt, während die Seiten in einer Reihe nebeneinaderiiegender oder benachbarter Blöcke einander berühren. Eine zweite Lage, beispielsweise die Lage L2, von Blöcken ist in gleicher Weise geformt, ausgenommen, daß jeder Block. um 18G^C Ur₁ seine Kittelachse 3 gedreht und in der Richtung des Pfeiles IC versetzt worden ist, um die Ausrichtung der "

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Durchlaßkanäle 2 in den Blöcken der beiden Lagen sicherzustellen, Zwischen aufeinandergesetzten Blöcken der zwei Lagen befinden sich ringförmige Distanzstücke 11 (Fig. 2), die z.B„ Flußstahlringe sein können. Die Distanzstücke 11 gestatten eine Relativbewegung zwischen benachbarten Säulen und trennen die Lagen zur Schaffung von Zwischen- oder Verbindungspfaden zwischen den Schlitzen zwischen benachbarten oder nebeneinanderliegenden Reihen der Blocklage Ll und den Schlitzen zwischen benachbarten Reihen der Blocklage L2, wobei die letztgenannten Schlitze seitwärts gegenüber den Schlitzen der Lage Ll versetzt sind. In Fig. 1 sind Blöcke der Lage Ll in voll ausgezogenen Linien und diejenigen der Lage L2 gestrichelt gezeigt.

Das Abschrägen oder Abkanten der Blockecken gestattet eine Verringerung der Schlitzweite zwischen benachbarten Blockreihen für einen gegebenen Kühlmittel-Strömungsquerschnitt, und dies erhöht die Wirksamkeit des Schildes, während die versetzte Anordnung der Blöcke einer Lage relativ zu den Blöcken der anderen Lage jeglichen direkten Sichtlinienweg oder -pfad durch die beiden Lagen verhindert.

Das Abschrägen, Anfasen oder Abrunden der Kanten oder Ecken hat den Vorteil, daß die Blöcke näher an die Oberflächen-Endbearbeitungsgröße gegossen oder extrudiert werden können, als es der Fall ist, wenn scharfe Ecken oder Kanten an dem endbearbeiteten Block erforderlich sind.

Wenn der Schild der obere Schild sein soll, sitzen die Blöcke der Lage L2 auf ringförmigen Distanzstücken 12, die ihrerseits auf den nicht gezeigten Graphitblöcken eines Neutronen-Reflektors sitzen. Die Distanzstücke 12 haben in ihren Seitenwandungen Öffnungen 13, die einen Kühlmittelstrom durchlassen.

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Die in Fig. 3 und 4 gezeigte zv/eite Ausführungsform verwendet ebenfalls Blöcke der- gleichen, allgemein kubischen Form, in einem rechteckigen Gefüge oder Muster angeordnet. Wie vorher hat jeder Block 1 einen Durchlaßkanal 2, der, wie in Fig. zu erkennen, einen kreisförmigen Querschnitt hat und gegenüber der Mittelachse 3 des Blockes versetzt ist. Nebeneinanderliegende oder benachbarte Seiten 14, 15 jedes Blockes weisen Nuten 16, 17 auf. Die Muten 16, 17 verlaufen diagonal über die Blockseite, wie von Fig. A _Zu erkennen, von einer Ecke der Blockseite zu der entgegengesetzten Ecke.

Wiederum umfaßt der Schild lediglich zwei Blocklagen Ll, L2, wobei die Seiten benachbarter Blöcke in beiden Lagen in Berührung stehen. Die Blöcke einer der Lagen, beispielsweise der Lage Ll, sind mit den Nuten so ausgerichtet, wie in Fig. 3 gezeigt, während die Blöcke der anderen Lage L2 um 180° um die Achse 3 gedreht und in der Richtung des Pfeiles 18 versetzt sind, um die Durchlaßkanäle in aufeinandergesetzten Blöcken in den beiden Lagen in Ausrichtung miteinander zu bringen.

In Fig. 3 sind die 31öcke der Lage Ll in dicken, voll ausgezogenen Linien und die Blöcke der Lage L2 in dünneren, voll ausgezogenen Linien und in beiden Fällen die unteren Enden der Nuten gestrichelt dargestellt=

Somit liegen im zusammengebauten Zustand praktisch die geschlitzten oder mit Nuten versehenen Blockseiten in der Lage Ll an den Süd- und Ostseiten des Blockes, und in der unteren Lage L2 befinden sich die Nuten oder Schlitze in den Nord- und Westseiten des Blockes.

Die Schlitze oder Nuten bilden die Kühlmitteldurchflußwege, sofern die Seiten nebeneinanderliegender Blöcke

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miteinander in Berührung stehen. Die Blöcke der beiden Lagen sind wie oben durch Distanzstücke 11 im Abstand voneinander gehalten zur Schaffung von Durchflußwegen, die die Nuten in den Blöcken in den beiden Lagen verbinden.

lot der Schild der obere Schild des Reaktorkernes, so ruht er wiederum- auf den Blöcken des nicht gezeigten Neutronen-Reflektors über durchbrochene Distanzstücke 12 auf.

In der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform gibt es keine langen Schlitze, und obgleich die Ecken oder Kanten der Blocke erforderlichenfalls abgerundet sein können, ist die Ersparnis an weggearbeitetem Graphit geringer als bei der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform.

Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Ausführungsform hat insofern eine ähnliche Form wie das in Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel, als zwei nebeneinanderliegende Blockseiten 19, 2C diagonale Nuten 21 bzw. 22 tragen. Bei jedem Block i der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform Lzt der Durchlaßweg oder -kanal 2 lediglich geringfügig exzentrisch gegenüber der Achse 3 des Blockes ausgebildet.

Somit sind die Blöcke einer Lage, beispielsweise der Blocklage Ll, ausgerichtet, wie in voll ausgezogenen, dicken Linien in Fi.α. 5 gezeigt, und stehen mit aen Seiten benachbarter Bleck-e in Berührung. Die Blöcke der anderen Lage L2 sind um ihre Achsen 3 um 180° gedreht und in der Richtung des Pfeiles 2 3 versetzt, um die Durchla3wege oder -kanale 2 aufeinar.dergesetzter Blöcke auszurichten.

Wie zuvor werden Distanzstücke 11 und 12 zwischen den Blöcken der beiden Lagen entsprechend verwendet zur Bildung von Kühlrr.itteldurchfluiipfaden, die die Nuten in

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den beiden Lagen verbinden und den Schild auf einem Neutronen-Reflektor abstützen.

Zusätzlich sind die unteren Enden der Nuten in den Blöcken beider Lagen in gestrichelten Linien gezeigt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, eine kleinere Gitterteilung für einen gegebenen Kanaldurchmesser und eine minimale Graphitwanddicke zu verwenden.

Der in Fig. 7 und 8 gezeigte Schild besteht aus zwei Lagen Ll, L2 von Blöcken 1, die in rechteckiger Form angeb ordnet sind. An jedem Block 1 sind lediglich zwei der vier zu der Achse 3 des Blockes parallelen Ecken oder Kanten abgeschrägt oder abgekantet, wie bei 24 gezeigt, und der Durchlaßkanal 2 durch den Block ist gegenüber der Achse 3 in einer Richtung gegen eine der Abschrägungen 24 versetzt.

Eine der beiden den Schild bildenden Blocklagen - beispielsweise die Blocklage Ll - besteht aus im Abstand angeordneten Reihen von Blöcken, wobei Fig. 7 Reihen 25, 26 und 27 rrit Schlitzen 28, 29 zwischen benachbarten Reihen zeigt. Die Seiten benachbarter Blöcke in den Reihen stehen in Berührung. Die andere Lage L2 des Schildes ist in glei- f eher Weise ausgebildet, ausgenommen, daß die Blöcke um 18C gedreht und in der Richtung des Pfeiles 30 versetzt, worden sind, um die Brennstoffkanäle 2 aufeinandergesetzter Blöcke auszurichten.

In Fig. 7 sind die Blöcke der Lage Ll in voll ausgezogenen Linien und die Blöcke der Lage L2 in gestrichelten Linien gezeigt.

Zusätzlich sind bestimmte Blöcke in den Lagen so geformt, daß sie Kanäle 31 bilden, wie sie für Regelstäbe und

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- 9 - · Instrumentierungszwecke erforderlich sind.

Bei der in Fig. 7 und 8. gezeigten Ausführungsform ist es erforderlich gewesen, um Kühlmitteldurchflußkanäle geeigneter Größe su erhalten, die Schlitze zwischen benachbarten Reihen in beiden Lagen vorzusehen. Direkte Sichtpfade sind jedoch durch das Versetzen der Blöcke einer Lage gegenüber den Blöcken der anderen Lage ausgeschaltet.

Wie vorher sind Distanzstücke 11 und 12 zwischen den beiden Lagen entsprechend angeordnet zur Bildung von Durchflußpfaden, die die Schlitze in den beiden Lagen zwischen der Lage L2 und dem nicht gezeigten Neutronen-Reflektor verbinden. Aus Fig. 8 ist zu entnehmen, daß die Enden der Kanäle 2 in den Blöcken 1 der Lage Ll und die Oberseiten der Kanäle 2 in den Blöcken 1 der Lage L2 so geformt oder abgesetzt sind, daß sie Sitze für die Enden der Distanzstücke 11 bilden, deren Außendurchmesser entsprechend verringert worden sind. In gleicher Weise sind die Enden der Kanäle 2 in den Blöcken 1 der Lage L2 geformt oder abgesetzt zur Schaffung von Sitzen für die oberen Enden der Distanzstücke 12.

Die in Fig. 9 und IO gezeigte Ausführungsform verwendet Blöcke 1, von denen jeder eine abgeschrägte Ecke oder Kante 32 und einen gegenüber der Achse 3 des Blockes versetzten Durchlaßweg oder -kanal 2 hat.

In Fig. 9 sind die Blöcke der oberen Lage Ll in voll ausgezogenen Linien und die Blöcke der unteren Lage L2 in gestrichelten Linien dargestellt. In der Lage Ll sind die Blöcke in Reihen angeordnet, und Fig. 9 zeigt drei derartige Reihen 33, 34 und 35. Abwechselnde Blöcke in jeder Reihe sind durch Schlitze, wie z.B. die Schlitze 36, 37, im Abstand gehalten, während abwechselnde Blöcke in einer Reihe durch Schlitze 38, 39, 40 von den entsprechenden Blöcken in der nächst benachbarten Reihe in

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einer Richtung im Abstand gehalten sind. Somit ist dort ein Schlitz 38 zwischen entsprechenden Blockreihen 33 und 34 und Schlitze 39, 40 zwischen entsprechenden Blockreihen 34, gezeigt.

In der Lage L2 sind die Blöcke um 180 um die Blockachse 3 gedreht und in der Richtung des Pfeiles 41 versetzt zur Ausrichtung des Brennstoffkanais 2 mit demjenigen der Lage Ll. Die sich daraus ergebende Schlitzformation in der Lage L2 ist durch gestrichelte Linien gezeigt.

- Es versteht sich, daß jede der oben beschriebenen Grundkonstruktionen auch als Bodenschild für den Reaktorkern verwendet werden kann. Im Falle des Bodenschildes eines Reaktors, bei dem die Brennstoffelemente von oben her in den Reaktorkern eingeführt und auch nach oben wieder entfernt werden, brauchen die Blöcke nicht die sonst erforderlichen Brennstoffkanal-Durchlaßwege oder -kanäle aufzuweisen. Handelt es sich jedoch um den Bodenschild eines Kernreaktors mit Brennstoffzufuhr durch die Unterseite des Reaktorkerns, so sind die Durchlaßkanäle wichtig .

Im Falle eines Kernreaktors mit Brennstoffzufuhr durch die Oberseite und einem aufv/ärts gerichteten Heizstrom, strömt das Kühlmittel in den Brennelementkanälen, die Durchlaßkanäle v/erden für den Durchstrom von Kühlmittel verwendet und können die sogenannten Streustopfen enthalten zwecks Schaffung einer Kontinuität der Strahlungsabschirmung. Beispiele für die Verwendung derartiger Streustopfen finden sich in der Beschreibung der britischen Patentanmeldung 41 672/68.

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Die Abmessungen der Blöcke und die Größen und Querschnitte der durch die Umfangsformen der Blöcke und/oder ihre Orientierung geschaffenen Kühlmitteldurchlässe werden festgelegt nach bekannten Grundsätzen,

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Gasgekühlter, graphitmoderierter Kernreaktor mit einem Neutronenschild, dadurch gekennzeichnet, daß der Neutronenschild lediglich aus zwei übereinandergesetzten Lagen (Ll,L2) von Blöcken (1) aus einem Neutronen-Abbremsmaterial besteht, daß die Blöcke (1) go geformt und/oder orientiert sind, daß sie einen Durchlaß für den Durchstrom von Kühlmittel bilden, und daß die Blöcke (1) einer Lage (Ll) bzw. (L2) gegenüber den Blöcken (1) in der anderen Lage (L2) bzw. (Ll) um einen Betrag versetzt sind, der ausreicht, um direkte Sichtlinien durch den Schild zwischen benachbarten Blöcken in den beiden Lagen (.Ll, L2) auszuschalten.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von mindestens einigen der Blöcke (1) einen als Brennstoff—Beschickungsweg dienenden Durchlaßkanal (2) aufweist, der gegenüber der in derselben Richtung wie der Beschickungsweg verlaufenden Kittelachse (3).des Blockes (1) versetzt ist, und daß die gegenseitige versetzte Anordnung zwischen den Blöcken (1) der beiden Lagen (Ll,L2) ebenfalls ausreicht sicherzustellen, daß bei Drehung der Blöcke (1) in der einen Lage (Ll) bzw. (L2) um 180° um ihre Mittelachsen (3) die Beschxckungswege in diesen Blöcken (1) mit denen der Blöcke in der anderen Lage (L2) bzw. (Ll) ausgerichtet sind.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die identisch gestalteten Blöcke (1) eine im wesentlichen kubische Form haben, daß die Blöcke (1) in jeder der beiden Lagen (Ll,L2) in einem rechteckigen Reihengefüge angeordnet sind, daß benachbarte Blöcke (1) in der gleichen Reihe in gegenseitiger Berührung stehen

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und nebeneinanderliegende Blöcke (1) in benachbarten Reihen durch Trennkanäle (8,9,28,29) getrennt sind, und daß die versetzte Anordnung der Blöcke (1) in einer Lage (Ll) bzw» (L2) gegenüber den Blöcken in der anderen Lage (L2) bzw. (Ll) ausreichend bemessen ist, um direkte Sichtlinien von den Kanälen (8,9,28,29) in einer Lage zu den Kanälen in der anderen Lage zu vermeiden.
4. Kernreaktor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander diagonal gegenüberliegenden Kanten (4) der Blöcke (1) abgeschrägt oder gebrochen sind.
5. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Blocklagen (Ll,L2) im Abstand voneinander angeordnet sind.
6. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei benachbarte Seiten eines Blockes (1) zwischen entgegengesetzten Ecke von oben bis unten diagonal verlaufende Kanäle oder Nuten (16,17) aufweisen, wobei benachbarte Blöcke (1) in derselben Lage (Ll,L2) miteinander in Berührung stehen.
7. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (1) eine im wesentlichen kubische Form haben, daß die Blocklagen (Ll,L2) im Abstand voneinander angeordnet sind und die Blöcke in jeder Lage (Ll,L2) in Rechteckgefügeri angeordnet sind, und daß die parallelen Kanten (24) an einer Seite, jedes Blockes (1) von oben bis unten abgeschrägt oder gebrochen sind.

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8. Kernreaktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Blöcke (1) eine im wesentlichen kubische Form haben, daß die Blocklagen (L1,L2) im Abstand voneinander und die Blöcke (1) in beiden Lagen (Ll,L2) in einem rechteckigen Reihengefüge angeordnet sind, und daß abwechselnde Blöcke (1) in der gleichen Reihe (33,34 oder

35) und abwechselnde Blöcke (1) in benachbarten Reihen (33,34,35) voneinander im Abstand gehalten sind, während die verbleibenden Blöcke in einer Lage miteinander in Berührung stehen und jeder Block an einer Seite von oben bis unten abgeschrägt (32) ist.
9. Kernreaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Blöcke (1) Kanäle (31) zum Durchführen von Regelstäben und für Instrumentierungszwecke aufweisen.

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