DE1934062C - Moderatoraufbau für Atomkernreaktor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Moderatoraufbau für einen Alomkernreaktor, hestehend aus mehreren prismatischen Säulen aus Mnderaiormaterial, die .so zueinander angeordnet sind, daß jede Flache einer sich nicht auf den Umfang des Moderatoraufbaus befindlichen Säule einer gegenüberliegenden Fläche einer benachbarten Säule gegenübersteht und von dieser Fläche durch einen Zwischenraum getrennt ist und daß jede Säule des Moderatoraufbaus an ihrem oberen Ende mit einem bewegbaren Schließelenient zum Schließen der Zwischenräume zwischen den Säulen versehen ist.

Ein Moderatoraufbau für einen Atomkernreaktor bestehi im allgemeinen aus mehreren prismatischen Säulen aus Graphit mit meist sechseckigem Querschnitt. Es können auch Säulen mit anderem Querschnitt verwendet werden, z. B. eine Kombination von achteckigen Säulen, zwischen denen quadratische Säulen angeordnet sind.

In den Säulen sind Brennstoffkanäle und Kontrollstabkanäle vorgesehen, die manchmal für eine periodische Neubeladung gesondert leergepumpt werden müssen. Die Säulen sind voneinander durch einen Zwischenraum getrennt, der ihre riehtijc Ausdehnung infolge Temperaturerhöhung erlaubt.

Ein Kühlgas durchströmt den Atomreaktorkern durch die Kanäle und Zwischenräume zwischen den Säulen und führt die im Moderatoraufbau aufgenommene Wärme duich Wärmetauscher, die sich entweder unter dem Reaktorkern ocW an seinem Rand befinden, zurück.

Manchmal ist es notwendig, u den Wärmetauschern Zutritt zu haben, um sie zu reparieren oder Zu demontieren, wobei dann eine Abschirmung der Gammastrahlung und der Neutronen aus dem Reaktorkern erfolgen muß; andererseits werden die Neutronen, die aus dem Reaktorkern austreten können. Dicht weiter verwendet. Deshalb umgibt man den Moderatoraufbau mit einem Reflektor, der die sons' austretenden thermischen Neutronen in das Innere des Reaktorkerns reflektiert. Dieser Reflektor muß insbesondere den oberen Teil des Moderatoraufbaus bedecken.

Fs ist bereit¹- eine obere Neutronenabschirmung bekannt (vgl. deutsche Patentschrift 1133 045). die lus drei Schichten von je drei übereinanderliegenden Unterschichten von stahlummanlelten Graphitzicgcln mit sechseckigem Querrchnitt besteht. Die Graphitliegcl schirmen insbesondere die verhältnismäßig Cngcn Zwischenräume zwischen den Säulen aus Moderatormaterial ab. D^bei sind über jeder Säule ius Mnderatormaterial die einzelnen Graphitziegel der Neiitroncnabschimiung etwas versetzt gegeneinander angeordnet, um einen stufenförmigen Verlauf des Spalts zwischen den Graphit/icgeln zu erzielen. t)ic Säulen aus Moderatormatcrial bestehen ebenfalls aus mehreren übereinander angeordneten Schichten von Graphitblöckeri.

Bei einem derartigen Moderatoraufbau ist das Auswechseln von Säulen odcrSäiilcnteilen praklisch unmöglich, zumindest jedoch sehr aufwendig, da nicht nur zunächst einzeln die in größerer Zahl vorhandenen Grapliitziegcl der Ncutronenabschirmuiig, die sich über der betreffenden Säule befinden, sondern wegen der räumlichen Verschling der Graphitziegel auch dazu benachbarte davon entfern! werden müssen.

Mine andere bekannte Neutronenabschirmung (vgl. britische Patentschrift 1149 245) hat oberhalb der Zwischenräume zwischen den Säulen aus Moderatormaterial einer, innerhalb eines Rohrs verfahrbaren und gegen das Rohr abgedichteten Kolben. P> jedoch der Kolbenhub begrenzt ist. ist ein ganzes ocjr teilj weises Auswechseln des Moderatoraufbaus ohne größeren Umbau unmöglich.

Es ist daher wünschenswert, denjenigen Teil des Reflektors demontieren zu können, der eine auszuwechselnde Säule bedeckt. Andererseits müssen die

ίο Säulen, da sie durch einen Zwischenraum voneinander getrennt sind, an ihrem oberen Ende stabil gehaltert werden, wobei jedoch ein gewisses Spie! ihre ^freie Ausdehnung erlauben muß, da sie während des Betriebs, insbesondere in Hochtemperaturreaktoren.

großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Moderatoraufbau mit einer Einrichtung anzugeben, die gleichzeitig das obere Ende der Säulen stabil haltert und trotzdem ihre freie Ausdehnung erlaubt, gegen die aus dem Reaktorkern austretende Strahlung (Neutronen- und Gammastrahlung) abschirmt und vor allem ein getrenntes, schnelles Auswechseln der Säulen nacheinander gestattet.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Moderatoraufbau dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß das Schließelement einen Sockel, mehrere an dem Sockel befestigte Auflagen und mehrere bewegbare Schließorgaie aufweist, die sich jeweils zwischen zwei der ortsfesten Auflagen befinden und eine Dicke aufweisen, die größer als der Zwischenraum zwischen den Säulen ist, daß die ortsfesten Auflagen und die Schließorgane jeweils eine ebene Außenfläche aufweisen und zusammen eine prismatische Oberfläche mit genau demselben Querschnitt wie die entsprechende Säule bilden, daß die Schließelemente auf den Säulen so angeordnet sind, daß die Außenfläche jedes Schlicßorgans sich gegenüber der Außenfläche einer der ortsfesten Auflagen eines benachbarten Schließelements befindet, und daß jedes Schließorgan durch ein Rückstellorgan zum Rückstellen des betreffenden Schlieilorgans an die gegenüberliegende Räche der benachbarten Auflage betätigbar i?'

Die gemäß der Erfindung vorgesehenen Schließclemente erlauben vorteilhafterweise einen größeren Zwischenraum zwischen den Säulen aus Moderatormaterial, was deren Ausdehnung bei Erwärmung auf hohe Temperatur und ihr Auswechseln erleichtert Das Auswechseln von Säulen des Moderatoraufbaus wird ferner entscheidend dadurch gefördert, daß die Schließclemcnte in einem Vorgang gleichzeitig mit der betreffenden Säule ausgebaut werden.

tr.ine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß jedes Schließorgan aus einem Hebel besieht, der /wischen den beiden umgebenden Auflagen um eine Lagerachsc verschwenkbar ist, die parallel zu der ebenen Außenfläche verläuft.

Ferner ist es zweckmäßig, daß das Rückstellorgan zum Rückstellen jedes Schließorgans eine am Hebel befestigte Masse ist. die exzentrisch zu der Lagerachse nach innen zu der Säule angeordnet ist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Außenfläche jedes Schlicßorgans mit einem Vorsprung .ersehen ist, daß die Außenfläche jeder Auflage mit einer Aussparung versclicn ist, deren Breite gleich der des Vorsprungs oder größer als diese ist, und daß jeder Vorsprung in die Aussparung der gegenüberliegenden Außenfläche der benachbarten Auflage eingreifen kann.

Die Erfindung soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, in der verschiedene Ausführungsheispiele abgebildet sind. Es zeigt

Fig. I einen Querschnitt durch den oberen Teil Min mehreren benachbarten Säulen des Moderatorauf haus gemäß der Erfindung,

F ig. 2 die gleichen Säulen nach Positionieren eines I adearms,

F i g. 3 die gleichen Säulen nach Einfahren eines Transportdorns, _lü

F i iz. 4 eine Schnittansicht entlang Linie IV-IV von F ι g. 3,

F i g. 5 eine Säule, die mit einer Keilverbindungs-.•,nrichumg gemäß einem abgewandelten Ausfühmngsbeispiel der Erfindung versehen ist, im Schnitt !illang Linie V-V von Fig. 6,

Fig. 6 eine Teilaufsicht entlang Linie VI-VI von Fig. 5.

In dem abgebildeten Ausführungsbeispiel haben lic Säulen einen sechseckigen Querschnitt.

In Fig. 4 ist eine Aufsicht auf eine Säule 11 ge-.eigt, die von sechs benachbarten Säulen 12 bis 17 i mgeben ist.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Säule 11, , j von den zwei benachbarten Säulen 12 und 13 um- -hen ist. Die sechseckigen Säulen bestehen aus Grar;,it und tragen Kanäle für Brennstoff und nicht ab- : bildete Kontrollstäbe.

Jeder ebenen Fläche der Säule 11 liegt eine Fläche ner der benachbarten Säulen 12 bis 17 durch einen y vischenraum 18 getrennt gegenüber.

Die Säulen haben außerdem einen Mittelkanal 111, !21 bzw. 131, in den eine Transporteinrichtung zum ! r.insport der Säule cinfahrbar ist.

Die Kühlgase, die im allgemeinen von oben zu-

fuhrt werden, durchströmen die Säulen des Mode- ·..1 iraiifbaus über die Kanäle und die Zwischenr inie, wo sie durch die Kettenreaktionen freigesetzte ■ irine aufnehmen, die sie in nicht abgebildeten Wärmetauschern zurückführen.

Jede Säule ist an ihrem oberen Teil mit einem S. liließelemept 2 versehen, das einen Sockel 21 mit ... iiscckigcm Querschnitt aufweist, der mit dem 'Querschnitt der Säule identisch ist.

Auf drei nicht benachbarten Seiten des Sockels 21 .sind vertikal drei Auflagen 22 montiert, die gleichmäßig um die Achse verteilt sind und jeweils eine ebene Außenfläche 23 tragen, die parallel zur entsprechenden Fläche der Säule verläuft.

Auf den drei anderen Seiten jeder Säule sind drei vcrschwenkbarc Hebel 24 befestigt, die jeweils zwischen zwei Auflagen 22 angeordnet sind. Jede Säule isi um 60 zu den benachbarten Säulen verdreht, so daß jeder Hebel einer Auflage gegenüberliegt und umgekehrt.

Jeder Hebel 24 ist durch zwei Zapfen 25 gelagert, bic an seinen beiden Seiten an seinem oberen Teil angeordnet sind und sich in Bohrungen in den gegenüberliegenden Seiten der benachbarten Auflagen 2 drehen, wobei die Bohrungen entlang einer Lagerachse parallel zu der entsprechenden Seite des Sockels 21 fluchten. Die Hebel 2* haben eine ebene Außenfläche 26, die sich an die Außenfläche 23 der gegenüberliegenden Auflage einer benachbarten Säule durch Schwenken um die i.agcrachsc anlegen kann.

Jeder Hebel 24 hat eine innere Vcrdickung 27. die eine relativ zur L,ageracbse nach innen versetzte Masse bildet. Der Massenmittelpunkt des ganzen Flehels 24 ist daher gegen die Lugerachse versetz; so daß der Hebel 24 unl<:r der Einwirkung der Schwerkraft sich an der gegenüberliegenden Auflage 22 nlegt und somit sein Boden einen Schild gcLcn Gammastrahlung und Neutronen bildet, die in die Zwischenräume /wischen den Säulen emittiert werden. Die Auflagen 22 und die Hebel 24 sind vorgesehen, damit der Zwischenraum zwischen einer Säule und den benachbarten sechs Säulen nahe/u '•■(■»!!ständig geschlossen wird durch die drei Hehel der Säule, die sich an die gegenüberliegenden Flächen der drei benachbarten Säulen anlegen, und durch die drei Hebel der benachbarten anderen Säulen, die sich an die drei Auflagen der Mittelsäule anlegen. An jeder Ecke eines Sechsecks kann ein kleiner Zwischenraum übrigbleiben, der zwar nicht geschlossen ist, aber vernachlässigbar klein ist.

Der mittlere Kanal 111 jeder F^-jle ist in bekannter Weise durch einen Stopfen 28 verschlossen. Jeder Stopfen 28 hat einen unteren Abschnitt, der sich in den Einlaß des Kanals 111 erstreckt, und einen oberen, aufgeweiteten Abschnitt, der am Innenrand 241 der dre; Hebel 24 der Säule anliegt. Auf diese Weise wird die Andruckkraft der Hebel 24 auf die Auflagen

23 durch das Gewicht des Stopfens 28 erhöht. Jede Säule liegt so an ihren benachbarten Säulen an und wird genau vertikal gehalten, kann sich jedoch in bestimmtem Maß ausdehnen. Wenn sich der Zwischenraum zwischen den Säulen infolge einer Ausdehnung oder einer Verschiebung einer Säule verkleinert, werden die Hebel etwas verschwenkl, so daß sie eine konstante Andruckkraft aufrechterhalten, und der Stopfen 28 wird einfach etwas angehoben, wie in Strichlinie in Fig. 5 abgebildet ist. Außerdem kann das Verschwenken eines Hebels 24 von außen durch Betätigen eines Schwenkstcuerarms 29 gesteuert werden, der eine Verlängerung jedes Hebels

24 von der Lagerachse nach oben darstellt. Es ist auch möglich, durch Herunterschwenken der Hebel 24 eine Säule vcn den sie umgebenden ?.u trennen, um diese Säule in noch zu beschreibender Weise zu verschieben.

Die Verschiebung einer Säule wird in an sich bekannter Weise durch einen hohlen Ladearm 30 vorgenommen, in dessen Innern ein Transportdorn 31 verschiebbar ist. Der Transportdorn 31 fährt in den mittleren Kanal ein und ist an seinem unteren Ende mit einem Greiforgan zum Ergreifen der Säule versehen das das Anheben der Säule und ihr Einführen in den Ladearm erlaubt, um sie anschließend aus dem Druckbehälter zu entladen.

Sobald eine Säule, z. B. die Säule 11, entladen werden muß, greift oben an ihr der Ladearm 30 an, der an seinem unteren Abschnitt drei Zentrierfinger 3Gl trägt, die mit Rollen 302 versehen sind. Die Rollen 302 legen sich an die Steucrarmc 292, 295 bzw. 297 der Hebel 242, 245 bzw. 247 der Säulen 12, 15 bzw. 17 an, wobei sie gleichmäßig um die Mittelachse der Säule 11 verteilt sind, so daß der Ladearm genau auf die Achse der Säule ti zentriert wird.

Während des Absenkcns des Ladearms 30 legen sich die Rollen 302 an das Innenprofil 32 (vgl. F i g. 5) der Steucrarmc 292, 295 bzw. 297 der Hebel 242, 245 bzw. 247 an und richten damit die Hebel neu aus, so daß die Hebel sich von den Flächen 232, 235 und 237 der Auflagen 22 der Säule 11 lösen, die den drei Hebeln 242, 245 und 247 gegenüberliegen.

Es wird jetzt der Stopfen 28 der Säule 11 durch ein Ab/.ugsorgan 35 angehoben (vgl. F i g. 2).

Anschließend kann der Transportdorn 31 (vgl. Fig. 3) abgesenkt werden, der im Innern des Ladearms durch Zentricrrollen 33 geführt in den mittleren Kanal 111 der Säule Il eingefahren wird. Nach dem Absenken des Transportdorns 31 liegen an ihm befestigte Rollen 311 am Innenprofil 32 der Steuerarme 293. 294 bzw 296 der Hebel 243, 244 bzw. 246 an. richten diese neu aus und lösen sie von den Flächen 233. 234 bzw. 236 der Auflagen 22 der gegenüberliegenden Säulen 13, 14 bzw. 16. Die Säule 11 ist jetzt vollkommen freigegeben und kann daher entladen werden.

Fs ist auch möglich, in an sich bekannter Weise die »5 Höhe des Greiforgans zum Greifen der Säule auf dem I ransporldorn einzustellen, um nur einen Teil der Säule zu entladen.

Das Laden einer Säule findet umgekehrt wie eben beschrieben statt. ao

Der Ladearm wird zuerst auf den Standort der Säule abgesenkt, und die Rollen 302 der Zentrierfinger 301 schwenken die drei verschwenkbaren Hebel 24 der Umfangsäulcn weg. Die Säule wird jetzt durch den Transportdorn abgesenkt, und die drei verschwenkbaren Hebel 24 werden durch die Rollen 311 des Transportdorns weggeschwenkt.

Sobald die Säule abgesetzt ist, werden allmählich der Transportdorn und der Ladearm zurückgefahren, und die sechs Hebel werden an die gegenüberliegenden Auflagen verschwenkt und legen sich an diese an. Fs werden die Stopfen eingesetzt, die den Anlagedruck der Hebel verstärken, so daß der Kopf der Siiulc richtig gchaltcrt wird.

In den bekannten Anlagen sind die Säulen manchmal untereinander durch Keilverbindungen festgestellt. Ein derartiges Feststellsystem kann auch tür eine Schließeinrichtung gemäß der Erfindung verwendet werden, wie in F i g. 5 und 6 dargestellt ist.

Jeder Hebel 24 ist auf seiner Außenfläche 26 mit einem Vorsprung 33 versehen, der, wenn der Hebel an der Fläche 23 der gegenüberliegenden Auflage anliegt, in eine Vertiefung 34 eingreift, die in der Fläche 23 vorgesehen ist und eine Länge hat, die etwas größer als die des Vorsprungs 33 ist. Auf diese Weise wird jede Säule richtig durch die Keilverbindung gehalten, die an sechs Flächen vorhanden ist. und zwar unabhängig von der durch die Hebel auf die gegenüberliegenden Flächen der Auflagen ausgeübten Kraft, so daß diese sich trotzdem ausdehnen können.

Das Innenprofi! 32 des Sieuerarms zum Verschwenken der Hebel verläuft so. daß ein ausreichendes Verschwenken der Hebel vorgenommen wird, um die Vorsprünge 33 ganz zum Inneren der Säulen wegzubewegen.

Die Erfindung kann in verschiedener Weise abgewandelt werden. Zum Beispiel können die verschwenkbaren Hebe!, die sich hier an die Auflagen infolge der Versetzung ihres Massenmittelpunkts relativ zur Lagerachsc anlegen, durch eine ganz andere Einrichtung, z. B. durch Federn, sich anlegen. Die Einrichtung zum Be- und Entladen der Säulen Kann ebenfalls eine andere sein. Schließlich ist es ersichtlich, dafi die Erfindung, die hier für sechseckige Säulen erläutert ist. auch für Säulen mil beliebig \icleekigem Querschnitt. z.B. quadratische .••der achteckicc Säulen, angewendet werden kann.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   I. Moderatoraufbau für einen Alomkernreak tor. bestehend aus mehreren prismatischen Säulei aus Moderatormalcrial. die so zueinander an geordnet sind, daß jede Fläche einer sich nich auf den Umfang des Moderatoraufbaus befind liehen Säule einer gegenüberliegenden Fläch* einer benachbarten Säule gegenübersteht und voi dieser Fläche durch einen Zwischenraum getrenn ist, und daß jede Säule des Moderatoraufbaus ai ihrem oberen Fnde mit einem bewcgbarei Schließelcment zum Schließen der Zwischen räume zwischen den Säulen verschen ist. da durch gekennzeichnet, daß das Schließ element (2) einen Sockel (21), mehrere an den Sockel befestigte Auflagen (22) und mehrere be wegbare Schließorgane (24) aufweist, die sich je weils zwischen zwei der ortsfesten Auflagen (22 befinden und eine Dicke aufweisen, die größer al der Zwischenraum (18) zwischen den Säulen ist daß die ortsfesten Auflagen (22) und die Schließ organe (24) jeweils eine ebene Außenfläche (23 26) aufweisen und zusammen eine prismatisch« Oberfläche mit genau demselben Querschnitt wi< die entsprechende Säule (11 bis 17) bilden, daf die Schließelemente (2) auf dm Säulen (11 bi 17) so angeordnet sind, daß die Außenfläche (26 jedes Schließorgans (24) sich gegenüber de Außenfläche (23) einer der ortsfesten Aufläget (22) eines benachbarten Schließelements (2) bc findet, und daß jedes Schlicßorgan (24) durch cir Rückstellorgan (27) zum Rückstellen des bctref fenden Schließorgans (24) an die gegenüber liegende Fläche der benachbarten Auflage (22 betätigbar ist.
2. 2. Moderatoraufbau nach Anspruch 1. dadurcl gekennzeichnet, daß jedes Schlicßorgan aus einen Hebel (24) besteht, der zwischen den beiden um gebenden Auflagen (22) um eine Lagerachsc (25 verschwenkbar ist. die parallel zu der ebener Außenfläche (26) verläuft.
3. .V Moderatoraufbau nach Anspruch 2. dadurcl gekennzeichnet, daß das Rückstellorgan (27) zun Rückstellen jedes Schlicßorgans eine am Hebe (24) befestigte Masse (27) ist. die exzentrisch zi der Lagerachse (25) nach innen zu der Säule (Yt bis 17) angeordnet ist.
4. 4. Moderatoraufbau nach Anspruch 3. hei den die Säulen jeweils mit einem minieren Kanal \er sehen sind, der durch einen Stopfen verschlosser ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen (28 auf den exzentrischen Massen (27) der Hebel (24 ruht.
5. 5. Moderatoraufbau nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Außcnf'äche (26) jede .Schließorgans (24) mit einem Vorsprung (33) ver sehen ist. daß die Außenfläche (23) jeder Auflaa (22) mit einer Aussparung (34) versehen ist. derer Breite gleich der des Vorsprung* (33) oder erößei als diese ist. und daß jeder Vorsprung (33Hn die Aussparung der gegenüberliegenden Außenfläche der !benachbarten Auflage (22) einsreifen kann
6. 6. Moderatoraufbau nach Anspruch 2. dad'.irc! gekennzeichnet, daß jeder H;bel (242. 245. 247 von der Lagerachse (25) durch einen Steuerarir (292.295.297) /um Verschwenken des Hebel? verlängert ist
7. 7. Moderatoraufbau nach einem der Ansprüche 1,2 und 6. von dem jede Säule für sich als Ganzes durch einen Ladearm vertikal verschiebbar ist in dessen Innern ein Transportdorn einfahrbar ist, der an seinem unteren Ende ein Greiforgan ^m Greifen der Säule trägt, in deren mittleren Kanal er einfahrbar ist. dadurch gekennzeichnet, daß der Ladearm (30) an seinem ynteren Ende Organe (301, 302) zum Anlegen an die Steuerarme (292. 295. 297) zum Verschwen-

   ken der Hebel (242, 245, 247) der zu der zu ver schiebenden Säule (II) benachbarten Säulen (1 bis 17) hat, daß der Transportdorn (31) Organ (311) hat, die sich an die Steuerarme zum Vcr schwenken der Hebel der zu verschiebend.! Säule anlegen, und daß die Organe zum Anlegei an den Ladearm und den Transportdorn das Vcr schwenken der zugehörigen Hebel am Ende ck Positionieren des Ladearms und des Transpor' dorns auf der zu verschiebenden Säule bestimmer

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   * 209 618/2

   Γ