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Vorrichtung zum schnellen Abschalten eines Kernreaktors mittels neutronenabsorbierender
Flüssigkeiten Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen
Abschalten eines Kernreaktors mittels neutronenabsorbierender Flüssigkeiten, und
zwar eine sogenannte Zweitabschaltung, die aus Sicherheitsgründen vorgesehen wird
fUr den Fall, dass die eigentliche. Abschaltung versagt, und die dem Wunsch nach
Diversität von den üblichen mechanischen Schnellabschalteinrichtungen entgegenkommt
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Aus der britischen Patentschrift 803.701 Vist es bekannt,-Kernreaktoren
mittels neutronenabsbrbierender Flssigkeiten zu regeln. Dort wird aber das Volumen
der im Core befindlichen Absorberflüssigkeit konstant gehalten und die Reaktivität
des Reaktors durch Xnderung der Konzentration des. in der FlUssieit enthaltenen
Abßorbermaterials geändert. Daher ist eine solid schnelle Xnderung der Reaktivität
des Reaktors mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
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Aus der. deutschen Patentschrift 1.206.101 ist eine Vorrichtung zum
Regeln von Kernreaktoren mittels neutronenabsorbierender Flussigkeiten bekannt..
In dieser Patentschrift wird vorgeschlagen, die Absorberflüssigkeit in Behältern
oberhalb des Reaktorkerns zu speichern, die mit Röhren oder sonstigen Hohlkörpern
im Reaktorkern in kommunizierender. Verbindung stehen, wobei die Standhöhe der Absorberflüssigkeit
im Reaktorkern durch gegen den statischen Druck in den Vorratsbehaltern wirkende-Pumpen
regelbar ist. Eine Schnellabschaltung ist möglich, weil unter der Wirkung des. statischen
Druckes beim Abstellen der Pumpe die Steuerröhren sofort völlig mit der Absorberflüssigkeit
aufgefüllt werden. Diese Schnellabschaltung tritt. auch selbsttätig ein beim Ausfall
der Stromversorgung der Pumpe.
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Ein Nachteil dieser. Vorrichtung ist in besonderen Fällen die Leitung,
die. vom Absorberspeicherbehälter neben dem Reaktor nach unten führt und unterhalb
des Reaktors in den Reaktorkern eindringt. Diese Leitung lässt sich flach Inbet'riebnahhe
des Reaktors, insbesondere nach oben, nicht mehr ausbauen. Wenn aber alle anderen
im Reaktorkern befindlichen auswechselbaren Elemente, wie Brennstäba und Kontrollstäbe-
nach oben ausbaubar angeordnet sind, erscheint es wünschenswert, auch die Elemente
der Zweitabschaltung nach oben ausbaubar anzuordnen.
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Aufgabe der rorliegenden Erfindung ist es'. daher, eine Vorrichtung
zu schaffen zum' schnellen Abschalten eines Kernreaktors mittels neutronenabsorbierender
Flüssigkeiten, deren im Reaktorkern befindliche Teile nach oben aus dem Reaktor
ausbaubar sind und die im Normalbetrieb. drucklos sind.
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Zur Lösung dieser Auf, gabe wird vorgeschlagen, dass die neutronenabsorbierende
Flüssigkeit oberhalb des Reaktors kerns in einem Behälter gespeichert wird, an dessen
unterem Ende eine Leitung ohne Absperrorgan angeschlossen ist, die nach oben bis
Uber. den höchsten Stand der Absorberflüssigkeit führt und von da nach unten in
einen Behälter im Reaktorkern führt, und ein weiterer Speicher außerhalb des Reaktors
vorhanden ist, der ein Gas unter Druck enthält, und der eine Leitung zum Absorberspeicherbehälter
aufweist, die im Betrieb geschlossen ist und bei Schnellabschaltung des Reaktors
geöffnet wird. Der Druck im Gasspeicherbehälter wird zw'eckmässigerweise tiberwacht
und die Leitung vom Gasspeicherbehlter zum Absorberspeicherbehälter über eine Drosselstelle
mit einem Entlnftungssystem verbunden, so dass sich in dieser Leitung kein ungewollter
Druck aufbauen kann. Diese Vorrichtung gestattet es, bei entsprechend hohen Drücken
die Absorberflssigkeit wesentlich schneller als nur mit dem statischen Druckunterschied
in den Reaktorkern zu befördern.
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Weiterhin erscheint es zweckmässig, den Absorberbehälter im Kern über
eine besondere absperrbare Leitung an das Entlüftungssytem anzuschliessen, so dass
die von der Absorberflüssigkeit verdrängten Gase entweichen können.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein
weiterer Speicher vorhanden ist, der ein Vakuum enthält und eine Leitung zu dem
Absorberbehälter im Reaktorkern aufweist, die im Betrieb geschlossen ist und bei
Schnellabschaltung geöffnet wird. Dieser Vakuumbehälter, dessen Druck ständig überwacht
wird, stellt gegenüber dem
Gasspeicherbehälter eine .zusätzLiche
Sicherung dar. Er kann die Wirkung des Gasspeicherbehälters unterstützen, kann aber
auch ohne diesen allein wirksam werden.
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In spezieller Ausführung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der
AbæorberspeicherbehElter obe'rhalb des Kerns und der Absorberbehälter' im Kern sowie
ihre Verbindungsleitung aus einem oder mehrere Thimblerohreh bestehen, die mehrere
konzentrische Rohre enthalten und die im ganzen nach oben aus dem Reaktor ausbaubar
angeordnet sind. Dabei wird erfindungsgemäss die Leitung vom Abs'orberspeicherbehälter
oberhalb des Kerns zum Absorberbehälter im Kern in den äussersten Kreisringquerschnitt
der Vorrichtung gelegt, und in diesem äusseren Kreisringquerschnitt weitestgehend
nach unten geführt.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, dass bei Schnellabschaltung des Reaktors
die erste inden Kernbereich eintretende Absorberflüssigkeit einen möglichst grossen
Neutroneneinfangquerschnitt bildet.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Entleerungsleitung vorhanden
ist, die annähernd vom tiefsten Punkt des Absorberbehälters im Kern zu einem Kontrollbehälter
oberhalb des Speicherbehälters führt und eine absperrbare Leitung vom Kontrollbehälter
zum Speicherbehälter vorhanden ist.
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Die gesamte im Vorhergehenden beschriebene Vorrichtung hat den Vorteil,
dass ihre im Kern befindlichen Teile nach oben aus dem Reaktor herausgezogen werden
können.
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Weiterhin sind sie im Normalfall drucklos und zur Auslösung der Schnellabschaltung
genügt ein verhältnismässig kurzer Druckstoß, weil auf Grund der Heberwirkung die
Absorberflüssigkeit weiterfliesst, wenn sie einmal über den höchsten Punkt angehoben
worden ist. Ausserdem kann die AbsorberflUssigkeit. in der Nähe des Reaktors, gespeichert
werden und es werden. keine 'Absperrorgane in Kernnähe benötigt.
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Bei besonderen Anforderungen an die Verfügbarkeit kann die erfindungsgemässe
Vorrichtung von einem Doppelmantel umgeben werden, in dem aus Kontrollgründen ein
Vakuum oder ein Gasdruck aufrechterhalten wird, oder in dem sich eine elektrische
Leckanzeige befindet.
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Anhand der Zeichnung wird ein mögliches Ausführungsbe'ispiel der Erfindung
gezeigt und dessen Funktionsweise erläutert.
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Teil 1 ist ein Thimblerohr, das von oben in den Reaktorkern 2 eingebaut
ist. Die Durchmesser von Teil 1 und seinen Einbauten sind zur Verdeutlichung im
Verhältnis zur Länge übertrieben gross dargestellt. Teil 3 ist der Absorberspeicherbehälter
oberhalb des Reaktorkerns, der mit dem ihn umgebenden Ringraum 4 an seinem unteren
Ende verbunden ist. Teil 5 ist ein weiterer äusserer Ringraum, der mit dem Ringraum
4 oberhalb des Absorberspiegels verbunden ist und weitgehend nach unten bis in den
Kern hineinreicht. In der Mitte des Thimblerohres befinden sich noch zflei weitere
konzentrische Leitungen, von denen die Leitung: 6 bis annähernd an den untersten
Punkt des Thimbierohres hinabreicht und zur 1- nt leerung dent, während die Leitung
7 am oberen Ende des. Absorberbehälters 8 im Reaktorkern endet
und
entweder zur Entlüftung oder zur Entleerung dieses Raumes 8 mittels Gasdruck dient.
Teil 9 ist ein Gasspeicherbehälter, dessen Druck überwacht wird und der von der
Flasche 10 über das Nachfüllventil 11 gespeist werden kann.
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Von dem Behälter 9 führt .eine Leitung zum Absorberspeicherbehälter
über das schnellöffnende Ventil 12, so dass der Absorberspeicherbehälter 3 sehr
schnell entleert werden kann.
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An dieser Leitung'zweigt noch eine gedrosselte Leitung 13 zum Entlüftungsventil
ab, so dass sich in dieser Leitung durch kleine Leckagen kein ungewollter Druck
aufbauen kann.
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Vom Gasspeicherbehälter 9 führt eine weitere Leitung über das Entleerungsventil
14. zur Leitung 7, mit der der Absorberbehälter im Reaktorkern über die Leitung
6 entleert werden kann. Über das Ventil 15 kann die gleiche Leitung 7 bei Schnellabschaltung
des Reaktors entlüftet werden.
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Weiterhin ist noch ein Kontrollbehälter 16. vorhanden, in den nach
der Schnellabschaltung des Reaktors zur Wiederinbetriebsetzung die Absorberflüssigkeit
aus dem BehElter 8. im Reaktorkern mittels Gasdruck transportiert werden kann. Dieser
Kontrollbehälter 16 lässt sich durch das Ventil 17 in den Speicherbehälter 3 entleeren
und ist auch an die Entlüftung angeschlossen. Zwischen dem Ringraum 5 und des Absorberbehälter'
8 sind ein oder - mehrere Bohrungen 18. angebrac.ht, die beim Füllen des Behälters
8 für Druckausgleich sorgen und verhindern, dass die Absorberflüssigkeit zu hoch
gedrückt wird.
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Während des Reaktorhbetriebes befindet sich die Absorberflüssigkeit
in den beiden liteinander kommunizierenden Ringräumen 3 und 4 oberhalb des Kerns.
Da in beiden Räumen
der gleiche Druck herrscht, steht die Flüssigkeit
gleich hoch. Das Ventil 12 ist während des Reaktorbetriebes geschlossen. Zur Schnellabschaltung
wird dieses Ventil 12 geöffnet. Der Druck des Gasspeichers 9 wirkt auf die Absorberflüssigkeit
im Raum 3 und die Flüssigkeit sinkt dort ab. Gleichzeitig steigtdie Flüssigkeit
im Raum 4 aufwärts bis über den obersten Punkt dieses Raumes und fliesst nun im
äussersten Ringraum 5 abwärts bis in den Reaktorkern. Der Ringraum 5 im Kern wird
daher schnell mit absorbierender Flüssigkeit gefüllt, was eine schnelle Abschaltwirkung
verursacht. Anschliessend werden auch die beiden Räume 6 und 8 im Kern gefüllt,
so dass nach Beendigung des Abschaltvorganges der gesamte, im Kern befindliche Querschnitt
mit absorbierender Flüssigkeit gefüllt ist. Der Raum 8 wird während des Füllens
durch die Leitung 7 zum Entlüftungssystem entlüftet.
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Zur Wiederinbetriebnahme des Reaktors nach der Schnellabschaltung
wird der Raum 8 durch Öffnen des Ventils 14 über die Leitung 6 mittels Gasdruck
aus dem Gas speicher 9 in den Kontrollbehälter 16 entleert. Durch öffnen des Ventils
17 lässt sich der Kontrollbehälter 16 wiederum in den Absorberbehälter 3 entleeren
und das System ist wieder betriebsbereit.