DE2025991A1

DE2025991A1 - Steuervorrichtung für Kernreaktoren

Info

Publication number: DE2025991A1
Application number: DE19702025991
Authority: DE
Inventors: Eustace Lionel Ernst Knutsford; Duncombe Edward Hale; Cheshire Harrington (Großbritannien)
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-05-30
Filing date: 1970-05-27
Publication date: 1970-12-10
Also published as: BE751208A; GB1298804A; DE7019925U; SE360943B; FR2043831B1; FR2043831A1; JPS5111755B1; US3773619A; NL7007847A; ES380102A1

Description

11, Charles II Street, London S. W. 1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 27659/69 vom 30. Mai 1969 beansprucht

Steuervorrichtung_für Kernreaktoren

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Kernreaktoren. Insbesondere betrifft sie die Steuerung von Kernreaktoren durch Veränderung der Menge neutronenabsorbierenden Materials innerhalb des Kerns des Reaktors.

Erfindungsgemäß setzt sich eine Steuervorrichtung, die als · Einheit in den Kernaufbau eines Kernreaktors eingebracht werden kann, zusammen aus einem Vorratsbehälter und einem Empfänger für ein neutronenabsorbierendes Material, und zwar in einer solchen Anordnung, daß bei in den Kernaufbau des Reaktors eingesetzter Vorrichtung der Empfänger bzw. Empfangsbehälter in der Brennstoffzone des Kernaufbaus und der Vorratsbehälter oberhalb des Empfangsbehälters außerhalb der Brennstoff zone des Kernaufbaus sitzt, aus einer Speiseleitung für das neutronenabsorbierende

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Material, welche den Vorratsbehälter mit dem Empfangsbehälter verbindet, aus einer Strömungsregelvorrichtung, die in einem ersten Zustand den Transport von neutronenabsorbierendem Material unter Schwerkraft durch die Speiseleitung hindurch vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter verhindert und in einem zweiten Zustand diesen Transport des neutronenabsorbierenden Materials vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter zuläßt, um den

wobei
Reaktor abzuschalten,/die Einleitung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Zustand der Strömiingsregelvorrichtung durch Änderung eines ausgewählten Reaktor-Parameters als Folge eines Fehlerkriteriums im Reaktor erfolgt," sowie aus einer Einrichtung, welche das neutronenabsorbierende Material über eine Rückführleitung vom Empfangsbenälter nach dem Vorratsbehälter zurückführt, um den Reaktor in einen Betriebszustand zurückzubringen.

Es kann ein flüssiges Metall als neiitronenabsorbierendes Material verwendet werden, und die Strömungsregelvorrichtung kann einen Strömungskoppler aufweisen, der im erregten Zustand die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls unter Schwerkraft durch die Speiseleitung hindurch vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter verhindert und im aberregten Zustand die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls vom Vorratsbehälter nach dem Erapfangsbehälter zuläßt, wobei der Strömungskoppler außerdem im .erregten Zustand in der Lage ist, das neutronenabsorbierende flüssige Metall über die Rückführleitung vom Empfangsbehälter nach dem Vorratsbehälter zurückzufordern..

Bei einem flüssigmetal!gekühlten Kernreaktor kann der Strömungskoppler durch eine Flüssigmetallströmung erregt werden, welche aus dem Flüssigmetallkühlmittel abgeleitet wird.

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Fig.	1
Fig.	2
Fig.	3
Fig.	4

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Ar.sführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben und

zwar zeigt "

einen Aufriß im Längsschnitt durch eine erste Aus führungsfona_f

eine perspektivische Einzeldarstellung eines Teils der Vorrichtung nach Fig.'1 eine graphische Darstellung, während einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungs- A beispiel der Erfindung wiedergibt,

Fifr. 1 der Zeichnung zeigt eine Steuervorrichtung, die bei einem natriumgekühltcn Kernreaktor anwendbar ist, "Die Vorrichtung sitzt in einem Regel- oder Abschaltkanal 1 des .Reaktorkernaufbaus 2, der eine zentrale Brennstoff zone 3 aufweist. Die Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 4 auf, welches durch einen Querkörper 5 in einen unteren Empfangsbehälter 6, der sich in der Brennstoffzone 3 des Kernaufbaus 2 befindet, und einen oberen Vorratsbehälter 7, der oberhalb des Empfangsbehältors 6 angeordnet ist, unterteilt ist. Eine Speiseleitung 8 verbindet den Vorratsbehälter 7 mit dem Empfangsbehälter 6, und eine Rüekführleitung 9 verbindet den Empfangs- £ behälter 6 mit dem Vorratsbehälter 7. Eine Leitung 10 für Hatrium-Reaktorkühlmittel verläuft in Längsrichtung durch das Gehäuse 4 hindurch und erstreckt sich^eV Empfangsbehälter 6 und den Vorratsbehälter 7 hindurch. Die Leitung 10 und die Rüekführleitung 9 vom Empfangsbchälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 erstrecken sich durch einen Strömungskoppler 11 von nachfolgend zu beschreibender Bauart hindurch.

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Die Vorrichtung nach Fig. 1 ist in einem "zurückgezogenen" Zustand dargestellt, in welchem LiMummetall 12 im Vorratsbehälter 7 außerhalb der Brennstoffzone 3 des Kernaufbaus 2 gehalten wird ο

Im Vorratsbehälter 7 ist eine Siphonkammer 13 um eine Hülle 14 herum angeordnet, aus der Lithiummetall in die Siphonkammer und unter entsprechenden Bedingungen in das obere offene Ende der Speiseleitung 8 fließen kann', die einen U-Bogen 16 an ihrem unteren Ende innerhalb des Empfangsbehälters 6 aufweist _o Der freie Raum oberhalb des Lithiums im Vorratsbehälter 7 und in der Siphonkammer 13 ist mit Argongas gefüllt. Der Druck des Gases im freien Raum innerhalb der Siphonkammer 13 wird durch eine Steuerleitung 17 beherrscht, die ε-inen Schenkel 18 aufweist, welcher sich nach unten vom Empfangsbehälter 6 durch den Strö- ■ mungskoppler 11 hindurch erstreckt, sowie einen parallelen Schenkel 19, der sich nach unten vom Vorratsbehälter 7 durch den Empfangsbehälter 6 hindurch erstreckt. Die Schenkel 18 und 19 der Steuerleitung 17 sind an ihren unteren Enden durch eine Y-Verbindung 20 verbunden,, Wenn das Lifttiummetall 12 den Vorratsbehälter 7 belegt, dann ist der U-Bogen 16 der Speiseleitung 8 mit Lifchiummetall gefüllt» Der Schenkel 19 der Steuerleitung 17 ist vollständig mit Lithiummetall gefüllt, während der Schenkel 18 der Steuerleitung 17 mit LifehLummetall bis zu dem Pegel am oberen Ende des Strömungskopplers "^ gefüllt ist.

Der Strömungskoppler 11 ist von ^_ai& allgemeinen Typ, wie er in der britischen Patentschrift 745 460 offenbart 1st.

Ein Strömungskoppler 11 ist eine elektromagnetische Flüssigmetallpumpe mit mindestens einem Paar von parallelen Leitungen für flüssiges Metall. Ein Magnetfeld wird quer über die Leitungen hinweg angelegt, derart, daß durch Pumpen von flüssigem Metall durch eine der Leitungen hindurch eine EJiK und somit ein Strom ir. flüssigen Metall, welches durch die

Leitung gepumpt wird, erzeugt wird. Die EIiK treibt einen Strom · durch das flüssige Metall in der zweiten Leitung hindurch,und ent

•sehen Prinzip
sprechend dem Faraday/wird eine elektromagnetische Pumpwirkung auf das flüssige Metall in der zweiten Leitung ausgeübt. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist der Strömungskoppler 11 vom Parallelkanaltyp und weist ein rechteckiges Gehäuse 21 auf, welches durch Trennwände 22 in Leitungen 23, 24, 25 und 26 unterteilt ist. Ein Magnetfeld wird durch einen Permanentmagneten aufgebaut, der

ver

quer über die Leitungen 23, 24, 25 und 26/läuft. Nach der Anordnung nach Fig. 1 verläuft die Leitung 10 für Flüssignatrium-Reaktorkühlmittel durch die Leitung 23 des Strömungskopplers 11 hindurch, die Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 verläuft durch die Leitung 25 hindurch, und der Schenkel 18 der Steuerleitung 1? verläuft durch die Leitung 26 hindurch. Wenn Hatrium-Reaktorkühlmittel aufwärts durch die Leitung 10, wie in Fig. 1 dargestellt, strömt, so wird eine Abwärts-Pumpwirkung durch den Strömungskoppler 11 auf das Lithium in der Rückführleitung 9 und dem Schenkel 18 der Steuerleitung 17 ausgeübt. Der Strömungskoppler 11 kann eine Schaltleitung 29 aufweisen, welche durch die Leitung 24 hindurch verläuft» Die Schaltleitung 29 ist eine geschlossene Schleife, wobei Natrium im unteren U der Schleife enthalten ist. Die Wirkung dieser Schaltleitung 29 besteht darin,/wenn die Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch allmählich erhöht wird, anfänglich keine Pumpwirkung auf das Litium in der Rückführleitung 9 "und dem Schenkel 18 der Steuerleitung 17 vorhanden ist. Zunächst wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Reaktor-Kühlnatriums durch die Leitung 10 hindurch erhöht wird, das ruhende Natrium im unteren U der Schaltleitung 29 in die Leitung 24 des Strömungskopplers 11 hochgezogen. Bei einem Grenzwert der Reaktor-Kühlnatrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch wird schnell eine maximale Pumpwirkung auf das Liüium in der Rückführleitung 9 und dem Schenkel 18 der SteuerleitUBg 17 erreicht. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, nach welcher der Grenzwert-Pumpeffekt bei einer Natrium-Strömungsge-

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schwindigkeit von etwa 25 % der vollen Reaktor-Natriumkühlmittelströmungsgeschwindigkeit auftritt»

Ein einstellbarer Knebel 30 sitzt am oberen Ende der Leitung 10. Die Einstellung des Knebels 30 erfolgt mittels einer Stange 31 ■> die sich über Durchgänge im Reaktordach erstreckt. Außerdem ist eine Strömungs-Abschaltplatte 32 über dem Natriumauslaß 33 aus dem Knebel 30 angebracht. Die Platte 32 wird durch einen Magneten hochgehalten, welcher aberregt werden kann, um die Platte 32 auf den Natriumauslaß 33 fallenzulassen.

Bei einem Strömungskoppler 11 mit einem Grenzwert-Pumpeffekt bei 25 % der vollen Reaktor-Natriumkühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit wird der Knebel 30 so eingestellt, daß die Natrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch 30 % der Reaktor-Natriuinkühlmittel-Strömungsgeschwindigkeit entspricht. In diesem Zustand erzeugt der Strömungskoppler einen nach unten wirkenden Druck in dem Lithium innerhalb des Schenkels 18 der Steuerleitung 1? (da der Schenkel 18 durch den Strömungskoppler 11 hindurch verläuft). Dieser Druck wirkt über den Schenkel 19 der Steuerleitung 17, um einen ausreichenden Gasdruck oberhalb des Lithiums in der Siphonkammer 13 aufrechtzuerhalten und den Lithiumpegel in der Siphonkammer 13

■ daran zu

hindern, bis zum offenen oberen Ende ^5 der Speiseleitung 8 trotz des Pegels des Lithiums im Vorratsbehälter 7 und des Druckes des Gases oberhalb der Oberfläche des Lithiums im Vorratsbehälter 7 anzusteigen. Der Strömungskoppler 11 bringt außerdem einen nach unten wirkenden Druck in dem Lithium in der Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter zur Einwirkung. Der Strömungskoppler 11 erzeugt eine ausreichende Saugwirkung, um zu verhindern, daß Lithium aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Rückführleitung 9 abgegeben wird.

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Für den Fall, daß die Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch unter den Grenzwert von 25 % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit abfällt, fällt der Druck, der durch den Strömungskoppler 11 in dem Lithium innerhalb der Steuerleitung 17 induziert wird, ab. Als Folge des Druckverlustes im Schenkel 19 der Schaltleitung 17 fällt der Gasdruck oberhalb der Oberfläche des Lithiums in der Siphonkammer 13 ab, so daß die Lithiumsäule im Vorratsbehälter 7 ausreicht, um das Lithium in der Siphonkammer aufwärts zu treiben, um einen Lithium-Überlauf durch das obere offene Ende 15 der Speiseleitung 8 und somit in den Empfangsbehälter 6 zu verursachen. Di<_se Strömung von Lithium aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 dauert an, bis der Vorratsbehälter bis unter die Höhe des Hanteis 14 der Siphonkammer 15 von Lithium geleert ist, selbst wenn die Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch auf ihren normalen Wert von 30 % der vollen Reaktor-Kühlmittο!strömungsgeschwindigkeit während der Lithium-Injektionsperiode zurückgebracht -wird. Ein Druckverlust tritt auch in der Rückführleitung 9 vom Empfangsbehälter 6 nach dem Vorratsbehälter 7 auf. Somit fließt etwas Lithium vom Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Rückführleitung 9? und es erfolgt außerdem eine gewisse Lithiumströmung vom Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 über die Steuerleitung 17- Die Rückführleitung 9 und die Steuerleitung 17 haben jedoch einen kleinen Bohrungsquerschnitt im Vergleich zur Speiseleitung 8, so daß der größte Teil des Lithiums durch die Speiseleitung 8 hindurchfließen wird. Bei Beendigung der Lithiumförderung aus dem Vorratsbehälter 7 in den Empfangsbehälter 6 werden der freie Raum oberhalb des Lithiums im Empfangsbehälter 6 und der freie Raum im Vorratsbehälter 7 mit Argongas gefüllt, dessen Druck in den freien Räumen durch eine Lüftungsleitung 32 ausgeglichen wird> welche sich zwischen dem Empfangsbehälter 6 und dem Vorratsbehälter erstreckt. Da der untere U-Bogen 16 der Speiseleitung 8 mit Lithium gefüllt bleibt, so bleibt auch die Steuerleitung 17 mil lithv.r: .-eiüllt.

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Wenn Reaktor-Kühlnatriumströmung durch die Leitung 10 hindurch nachfolgend auf ihren normalen Wert von 30 % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmung zurückgeführt wird, dann pumpt der Strömungskoppler 11 Lithium mit einer geringen Geschwindigkeit aus dem Empfangsbehälter· 6 über die Rückführleitung 9 in den Vorratsbehälter 7» Außerdem stellt der Strömungskoppler 11 einen Druck in dem Lithium in der Steuerleitung 17 wieder her. In dem Mp.ße, wie sich der Vorratsbehälter 7 füllt, wird Gas in der Siphonkammer 13 eingefangen und so unter Druck gesetzt, daß es zu den endgültigen Pegeldifferenzen nach Fig. 1 führt, d„h„ daß Lithium -wieder im Vorratsbehälter 7 gehalten wird. Hinsichtlich der Differenzen der Bohrungsdurchmesser zwischen der Rückführleitung 9 "und der Speiseleitung 8 kann Lithium nicht aus dem Empfangsbehälter 6 mit einer größeren Geschwindigkeit als derjenigen abgezogen werden, mit welcher es in den Empfangsbehälter 6 · über die¹ Speiseleitung 8 einfließen kann, was eine Sicherheitsmaßnahme darstellt.

Es ergibt sich, daß die Steuervorrichtung nach Fig. 1 dann in Tätigkeit tritt, um den Reaktor abzuschalten, wenn die Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit auf einen solchen Pegel absinkt, daß die Reaktor-Kühlnatrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 10 hindurch unter den Pegel für die Grenzwert erregung dos ßtrömungsk^plers 11 abfällt» Außerdem kann .die Vorrichtung zum Stoppen oder Sperren der Strömung des Reaktor-Kühlnetriums durch die Leitung 10 dadurch veranlaßt werden, daß die Strömungs-Abschaltplatte 32 herabgelassen wird. Die Platte 32 wird durch Aberregen ihres Haltemagneten herabgelassen, wobei der Magnet in Ansprecherwidening auf einen entsprechenden Meßwertwandler aberregt wird, der auf eine Änderung irgendeines anderen Reaktor-Parameters anspricht, der zu einer Notwendigkeit des Heaktor-Äb-Schaltens führen könnte — in typischer Weise hohe Brennstoff-

temperatur, hohe Flußdichto odf-r ein Signal, welches den Bruch ■ einer Brennstoffhülle anzeigt»

Pig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform von Steuervorrichtung, die ebenfalls bei einem natriumgekühlten Kernreaktor anwendbar ist. Wiederum ist die Vorrichtung in einem Regeloder Abschaltkanal 1 des Reaktor-Kernaufbaus 2 untergebracht, der eine zentrale Brennstoffzone 3 aufweist.

Die Vorrichtung v/eist ein zylindrisches Gehäuse 40 auf, welches durch eine Querwand 41 in einen unteren Empfangsbe- " halter 42, der im aktiven Bereich 3 des Kernaufbaus 2 sitzt, und in einen oberen Vorratsbehälter 43 unterteilt ist, welcher sich über dem Empfangsbehälter 42 befindet. Eine Abgabeleitung 44 mit einem U-Bogen 45 am unteren Ende führt vom Boden des Vorratsbehälters 43 nach dem Boden des unteren Empfangsbehälters , 42ο Eine Rückführ- und Steuerleitung 46 führt vom unteren Ende des Empfangsbehälters 42 nach dem unteren Ende des Vorratsbehälters 43. Die Leitung 46 endet in einem Becher 4? an ihrem oberen Ende innerhalb des Vorratsbehälters 43. Eine Leitung für Fatrium-Reaktorkühlmittel verläuft in Längsrichtung durch das Gehäuse 40 hindurch, wobei sie sich durch den Empfangsbehälter 42 und den Vorratsbehälter 43 erstreckt. Die Leitung

48 und die Leitung 46 vom Empfangsbehälter 42 nach dem Vorratsbehälter 43 erstrecken sich durch einen Strömungskoppler

49 von ähnlichem Typ wie dem in Fig. 2 dargestellten hindurch. Eine Gasstau- bzw. -sperrglocke 50 sitzt im Vorratsbehälter über dem Becher 47 am oberen Ende der Leitung 46 und dem oberen Ende der Abgabeleitung 44 im Vorratsbehälter 43« Ein Gasstau-Unterbrecherrohr 51 erstreckt sich vertikal vom Becher 47 am oberen Ende der Leitung 46 durch die Gasstauglocke 50 hindurch bis zum oberen Ende des Vorratsbehälters 43» Das obere Ende des Vorratsbehälters 43 ist mit dem oberen Ende des Empfangsbehälters 42, über eine Lüftungsleitung 52 verbunden« Ähnlich der Steuervorrichtung nach Fig= 1 ist ein einstellbarer Knebel

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BADORiGlNAL

53 am oberen Ende der Leitung 48 angebracht, und außerdem ist eine magnetisch gehaltene Strömungsabschaltplatte 54 über dem' Natriumauslaß 55 des Knebels 53 vorgesehen.

Normalerweise wird im "zurückgezogenen" Zustand der Vorrichtung nach Figα 4 Lithiummetall im oberen Vorratsbehälter gehalten, und zum Abschalten des Reaktors wird dem Lithium die Möglichkeit gegeben, infolge Schwerkraft vom oberen Vorratsbehälter 43 in den unteren Empfangsbehälter 42 in der Brennstoffzone 3 des Reaktor-Kernaufbaus 2 zu fließen.

Der detaillierte Betrieb der Vorrichtung wird am besten so beschrieben, daß man bei dem Zustand anfängt, in welchem die Vorrichtung "eingesetzt" ist, d.h. bei im Empfangsbehälter 42 befindlichem Lithium.

Es soll davon ausgegangen werden, daß der Knebel 53 so eingestellt ist, daß er eine NatriunstrÖmung durch die Leitung 48 von 25 % der vollen Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit vorsieht und daß der Strömungskoppler 49 von jenem !Typ ist, der mit einer Schaltleitung 50 versehen ist, um bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 20 % der vollen Strömung aktiviert zu werden und den maximalen Pump-Wirkungsgrad bei 25 % der vollen Strömung erreicht.

Beim Ansteigen der Reaktor-Kühlmittelströmung, derart, daß sie 20 % der Strömung in der Leitung" 48 ergibt, beginnt

das Lithium,vom unteren Empfangsbehälter 42 in den oberen Vorratsbehälter 43 über*die Leitung 46 gepumpt zu werden. Bei einer leaktor-Kühlmittelströmung, die etwa 25 % der Strömung durch die Leitung 48 entspricht, wird der maximale Pump-Wirkungsgrad des Strömungskopplers 49 erreicht, wobei der Strömungskoppler 49 beispielsweise eine 2-m-Säule Lithium bei dieser Strömungsgeschwindigkeit erzeugt- Im typischen lalle dauert es 10 Minuten,· um das Lithium vom unteren Empfangsbehälter 42 nach dem oberen

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BAD ORIGfNAL

Vorratstx.hälter 43 unter diesen Bedingungen zu fördern, und dies stellt eine geringe Rate von Reaktivitäts-Abzug sicher. Während der obere Vorratsbehälter 43 mit Lithium gefüllt wird, wird Argon-Deckgas über die Lüftungsleitung 52 nach dem unteren Empf^ngsbehälter 4-2 verlagert. Da das Lithium nach dem oberen Vorratrbchälter 43 durch Überlauf aus dem Becher 49 unter der Gasstauglocke 50 geliefert wird, wird etwas Deckgas unter der Glocke 50 eingrfangen. Ein U-förmiger Rest von Lithium, der stets im U-Bogen 45 am unteren Ende der Abgabeleitung 44 vorhanden ist, verhindert, daß Gas in den unteren Empfnngsbehälter über diesen Weg entkommt. Das Gasstou-Unterbrecherrohr 51 taucht in den Ecchc-r 47 am oberen Ende der Leitung 46 ein. Der Transport von Lithium hört auf, wenn der Ldthiumpegel im rechten Schenkel der Leitung 46 unter das obere Ende des Strömungkopplers 49 gelangt. Wenn dies geschieht, läßt der Wirkungsgrad des Strömungskopplers 49 nach, um eine annähernd konstante Liefersäule aufrechtzuerhalten, wenn die Natriumströmung durch die Leitung 48 hindurch auf über 25 % der vollen Reaktor-KühlmittelstrÖmung ansteigt.

Bei diesem Kriterium befindet sich die Steuervorrichtung im "zurückgezogenen" Zustand, wobei das Lithium im oberen Vorratsbehälter 42 unterhalb des oberen Endes des Gasstau-Unterbrecherrohres 51 und der Lüftungsleitung 52 steht. Innerhalb der Gasstauglocke 50 liegt der Lithiumspiegel unter dem Eintritt zur Abgabeleitung 44, und innerhalb des U-Bogens 45 am • unteren Ende der Abgabeleitung 44 wird das Lithium auf der Einlaßseite herabgedrückt, wie in lig. 4 dargestellt. Der Becher ist mit Lithium gefüllt, ebenso des Gasstau-Unterbrecherrohr 51· Es sei nunmehr angenommen, daß der Lieferdruck des Strömungskopplers 49, der auf das Lithium in der Leitung 46 einwirkt, um einen kleinen Betrag, beispielsweise einen cm, gleich dem Betrag, um welchen das Gasstau-Unterbrecherrohr 51 in den Becher eintaucht, abfällt. (Der Lieferdruck des Strömungskopplers 49

BAD ORIGINAL

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fällt beispielsweise infolge eines Abfalls der Natrium-Strömungsgeschwindigkeit durch die Leitung 48 hindurch als Folge eines Abfalls der Reaktor-Kühlmittelströmungsgeschwindigkeit ab). Das Ende des Gasstau-Unterbrecherrohres 51 wird von der Lithiumoberf lache im Becher 47 getrennt, und das Lithium im Gasstau-Unterbrecherrohr wird teilweise in den Becher 47 ausgestoßen und dann durch den überschüssigen Gasdruck in der Gasstauglocke 50 in den Hauptkörper des Lithiums im oberen Vorratsbehälter 43 herausgeblasen, und der Gasdruck unter der Gasstauglocke fällt ab. Das Lithium im oberen Vorratsbehälter 43 wird dann hydrostatisch unstabil, und. es steigt in der Gosstauglocke 50 an, läuft in die Abgabeleitung 44 über und von dort in den unteren Empfangsbehälter 42, bis die untere Kante der Gasstauglocke 50 sich oberhalb der freien Lithiumfläche im oberen Vorratsbehälter 43 befindet.

Die Steuervorrichtung nach Fig« 4 kann auch zum ."Einsatz" dadurch gebracht werden, daß die Strönungsabschaltplatte 54-herabgelassen wird, um die Natriumströmung durch die Leitung 48 hindurch zu verhindern oder abzuschalten. In diesem Falle wird auch die Strömungsabschaltplatte 54 durch Aberregen ihres Haltemagneten in Ansprecherwiderung auf eine Änderung in einem Reaktor-Parameter, die sich aus einem entstandenen Fehlerzustand ergibt, herabgelassen.

Bei den Steuervorrichtungen nach den Fign. 1 und 4 werden die Strömungskoppler durch die StrömuP'- von Natrium mit Energie versorgt, welche aus der Haupt-Reäktorkühlmittelströmung a"bge~ zogen wird. (Somit wird in dem besonderen Fall das Versagen der Kühlmittelströmung als die Parsmeteränderung verwendet, tfas den "Einsatz" der Vorrichtungen zum Abschalten des Reaktors hervorbringt). Bei einem durch eine nichtmetallische Flüssigkeit oder durch Gas oder Dampf gekühlten Reaktor können die StrÖmimgskoppXe durch einen separaten Flüssigmetallkreislnuf mit Energie werden, und die Strömung des Reaktorkühlmittel leans, eine

BAD ORIGINAL

antreiben, die mit einer Flüssigmetallpumpe in separaten Kreislauf gekuppelt ist. Auf diese Weise ist die Kühlmittelströmung unmittelbar in Beziehung zur unabhängigen Flüssigmetallströmung gebracht, wobei Änderungen der Kühlmittelströmung entsprechende Änderungen in der unabhängigen Flüssigmetallströmung erzeugen.

Die Steuervorrichtungen der Fign. 1 und 2 können auch zum "Einsatz" gebracht werden, wenn eine Überhitzung des Reaktorkühlmitte 1-Hatriums auftritt. Venn die Magnete der Strömungskoppler aus einem Material gewählt werden, welches seine magnetische Eigenschaft verliert, wenn seine Curie-Temperatur über- ( schritten wird, dann würde beim Überschreiten dieser Temperatur (im typischen Falle dann, wenn die Gamma-Erwärmung aus dem Reaktor-Kernaufbau die durch die Strömung des Natriumkühlmittels erzeugte Kühlung überschreitet) die magnetische Eigenschaft verschwinden, und die Kopplungswirkung der Strömungskoppler würde verloren gehen.

Die Steuervorrichtungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, daß sie als eine Einheit in einen bestehenden Regelstabkanal eines Kernreaktors eingebracht werden können, wobei die Vorrichtungen auch aus dem Kanal zur Wartung als eine Einheit herausgenommen werden können.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beilie- " genden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezdfht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination —- in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

- 14 70 061 Kü/A 25= 5. 1970

Pat ent ansprüche

Steuervorrichtung, welche als eine Einheit in den Kernaufbau eines Kernreaktors einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich zusammensetzt aus einem Vorratsbehälter (7) und einem Empfangsbehälter (6) für ein neutronenabsorbierendes Material, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei iin Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Empfangsbehälter (6) sich in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2)' befindet und der Vorratsbehälter (7) oberhalb des Empfangsbehälters (6) außerhalb der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist, aus einer Speiseleitung (8) für das neutrönenabsorbierende Material, welche den Vorratsbehälter mit dem Empfangsbehälter verbindet, aus einer Strömungsregeleinrichtung (11), die in einem ersten Zustand die Förderung des neutronenabsorbierenden Materials unter Schwerkraft durch die Speiseleitung (8) vom Vorratsbehälter (7) nach dem Empfangsbehälter (6) verhindert und in einem zweiten Zustand "diese Förderung des neutronenabsorbierenden Materials vom Vorratsbehälter nach dem Empfangsbehälter zuläßt, um den Reaktor abzuschalten, wobei die Einleitung eines Wechsels zwischen dem ersten und zweiten Zustand der Strömungsregeleinrichtung (11) durch eine Änderung eines ausgewählten Reaktor-Parameters als Folge eines Fehlerzustandes, der im Reaktor auftritt, erfolgt, sowie aus einer Einrichtung zum Rückführen des neutronenabsorbierenden Materials durch eine Rückführleitung (9) hindurch vom Empfangsbehälter(6) nach dem Vorratsbehälter (7), um den Reaktor in einen Betriebszustand zurückzubringen,
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein flüssiges Metall als neutronenabsorbierendes Material verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungs-Regeleinrichtung

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einen Strönungskoppler (11) aufweist, der beim einen Erregungspegel die Forderung des ncutronGnabsorbierenden flüssigen Metalls (12) unter Schwerkraft durch die Speiseleitung (8) hindurch vom Vorratsbehälter (7) nach den Empfangsbehälter (6) verhindert und bei einem reduzierten Erregungspegel die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls (12) aus dem Vorratsbehälter (7) in. den Empfrmgsb ehält er (6) zuläßt, wobei dor Strömungskoppler (11) außerdem so angeordnet und eingerichtet ist, dnß er beim erstgenannten Erregungspegel das neutronenabsorbiorc-nde flüssige Metall (12) über die Rückführleitung (9) vom Enpfangsbehälter (6) nach dem Vorratsbehälter (7) zurückführt. '
3. Steuervorrichtung mch Anspruch 2, welche als eine Einheit in den Kernaufbau eines mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktors oinbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskopplor (11) durch c-ine Strömung von flüssigem Metall erregbr.r ist, welche aus der Strömung dos Flüssigmetall-Reaktorkühlnittols abgeleitet wird.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speiseleitung (8) für das neutronenabsorbierende flüssige Metall (12) einen Gasstnu bzw. eine Gasschleuse enthält, daß der Strömungskoppler (11) seinem ersten Erregungspegel einen Druck in einem Anteil des neutronenabsorbierenden flüssigen Metnils (12), welches in einer Steuerleitung (17) fließt, die mit dem Gnsstau (.13_νΊ5) verbunden ist, zur Einwirkung bringt, derart, daß ein Gasdruck im Gasstau aufrechterhalten wird, wodurch die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls (12) aus dem Vorratsbehälter (7) in den Enpfangsbehälter (6) über die Speiseleitung (8) verhindert wird, und daß der Druck in neutronenabsorbierenden flüssigen Metall in der Steuerleitung (17) beim Wechsel des Strömungskopplers (11) aus seinem ersten Erregungspegcl nach seinen reduzierten Erregungspegel nachgelassen wird, wodurch der Gasdruck im Gasstou nachgelassen wird, derart, daß eine Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls

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aus den Vorratsbehälter (7) in den Empfangsbehälter (6) über die Speiseleitung (8) zugelassen wirdo
5= Steuervorrichtung, die als eine Einheit in den Kernaufbnu eines mit flüssigem Metall gekühlten Kornreaktors einbringbar ist, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (7) und einen Empfangsbehälter (6) für ein neutronenabsorbierendes flüssiges Metall (12), wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei im Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Enpfangsbehälter (6) in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) sitzt und der Vorratsbehälter (7) oberhalb des Empfangsbehälters (6) außerhalb der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist, durch eine Speiseleitung (8), welche vom Vorratsbehälter (7) nach dem Enpfangsbehälter (6) verläuft, wobei die Speiseleitung (8) einen Einlaßschenkel aufweist, der sich nach unten vom Vorratsbehälter (7) erstreckt und über einen U-Pogen (16) mit einen sich nach oben erstreckenden Auslaßschenki.1 verbunden ist, durch eine Siphonglocke (13) über dem Ende (15) des Einlaßschenkels der Speiseleitung (8) im Vorratsbehälter (7), durch eine Energie- bzw. Versorgungsleitung (10) für Flüssigrnetall-Reaktorkühlmittel, welche über einen Strönungskoppler (11) hindurch verläuft, der unterhalb des Empfangsbehälters (6) angeordnet ist, durch eine Rückführleitung (9) für neutronenabsorbierendes flüssiges Metall, welche von Enpfangsbehälter (6) durch den Strönungskoppler (11) hindurch nach den Vorratsbehälter (7) verläuft, durch eine Stcuerleitung (17) mit einen Schenkel (18), v/elcher durch den Strö>""-j;skoppler (11) hindurch verläuft und mit einem Schenkel (Ί9) verbunden ist, der nach dc-:r. Einlaßschenkel der Speiseleitung (8) führt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im "zurückgezogenen" Zustand der Steuervorrichtung neutronenabsorbierendes flüssiges Metall im Vorratsbehälter (7), im U-Bogen (16) der Speiseleitung (8), in der Rückführleitung (9) vom Empfsngsbchälter (6) nach dem Vorratsbehälter (7) und in der Steuerleitung (17) enthalten ist, uobei Gps unter Druck in der Siphonglocke (13) und im Einlaßschenkel der Speiseleitung (8) oberhalb des Pc-gels von neutroneno-bEorbicrendc-n Metall, welches im U-Bogen (16) der Speiseleitung

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(8) enthalten ist, eingefangen wird, wodurch, wenn der Strömungskoppler (11) durch Strömung von Flüssigmetall-Reaktorkühlmittel,· xielches durch die Versorgungsleitung (10) des Strömungskopplers (11) hindurch strömt, erregt ist, der Strömungskoppier (11) einen Druck im neutronennbsorbierenden flüssigen Metall in der Steuerleitung (I?)und im TJ-Bogen (16) der Speiseleitung (8) zur Einwirkung bringt, um den Druck des in der Siphonglocke (13) eingefangenen Gases aufrechtzuerhalten und die Förderung von neutronenabsorbierendem flüssigen Metall durch die Speiseleitung (8) hindurch aus den Vorratsbehälter (7) in den Empfangsbehälter (6) zu verhindern, und wodurch, wenn der Strömungskoppier (11) sich in einem reduzierten Erregungszustand infolge der Ee- " duktion der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Reaktorkühlmittels durch die Versorgungsleitung (10) des Strömungskopplers (11) befindet, die Reduktion des in dem neutronenabsorbierenden flüssigen Metall in der Steuerleitung (17) zur Einwirkung gebrachten Druckes zu einer Reduzierung des Druckes des unter der Siphonglocke (13) eingefangenen Gases führt, die ausreicht, um den Ausstoß bzw. die Abgabe des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls aus dem Vorratsbehälter (7) unter der Siphonglocke (13) und durch die Speiseleitung (8) in den Empfangsbehälter (6) zuzulassen»
6. Steuervorrichtung, welche als eine Einheit in den Kern- λ aufbau eines mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktors einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie sich zusammensetzt aus einem Vorratsbehälter (43) und einem Empfangsbehälter (4-2) für ein neutronenabsorbierendes flüssiges Metall, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei im Kernaufbau (2) des Reaktors befindlicher Vorrichtung der Empfangsbehälter (42) sich in der Brennstoffzone (3) des Kernaufbaus (2) befindet und der Vorratsbehälter (43) oberhalb des Empfangsbehälters (42) außerhalb der Brennstoff zone (3) des Kernaufbaus (2) angeordnet ist-, aus einer Abgabeleitung (44), welche vom Vorratsbehälter (43) nach dem Empfangsbehälter (42) verläuft, wobei die Abgabeleitung (44) einen Schenkel aufweist, der sich nach unten vom unteren Ende

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des Vorratsbehälters (43) erstreckt und über einen U-Bogen (45) mit einem Schenkel verbunden ist, der sich nach oben zum unteren Ende des Empfangsbehälters (42) erstreckt, aus einer Versorgungsleitung (48) für Flüssigmetall-Reaktorkühlmittel, welche durch einen Strönungskoppler (49) hindurch verläuft, der unterhalb des Empfangsbehälters (42) angeordnet ist, aus einer Rückführ- und Stcuerleitung (46), Vielehe- durch den Strömungskoppler (49) hindurch vom unteren Ende des Empfangsbehälters (42) nach dem unteren Ende des Vorratsbehälters (43) verläuft, aus einer Gasest auglocke (50) über dem Ende der Abgabdoitung (44) und dem Ende der Rückführ- und Steuerleitung (46) im Vorrotsbehälter (43), aus einem Gasstau-Unterbrecherrohr (51)» welches sich vom unteren zum oberen Ende des Vorratsbehälters (43) erstreckt, wobei, das untere Endo des Gasstau-Unterbrecherrohres (51) beim Durchgang durch die Gesstauglocke (50) abgedichtet ist und in das Ende

■ der Rückführ- und Steuerleitung (46) im Vorratsbehälter (43) unterhalb der Gasstaunlocko (50)hineinragt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei im "zurückgezogenen" Zustand befindlicher Steuervorrichtung neutronenabsorbierendes flüssiges Metall im Vorratsbehälter (43),in U-Bogen (45) der Abgabeleitung (44), im Gasstauunterbrecherrohr (51) und in der Rückführ- und Steuerleitung (46) vom Strömungskoppler (49) nach dem Vorratsbehälter (43) qich befindet, wobei Gas unter Druck in der Gasstauglocke (50) und in der Abgabeleitung (44)oberhalb des Pegels des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls, welches sich im U-Bogen (45)

eilige fang en ist,

der Abgabeleitung (44) befindet,/wodurch, wenn der Strömungskoppler (49) durch die Strömung von Flüssigmetall-Reaktorkühlmittel erregt ist, welches durch die Versorgungsleitung (48) des Strömungskopplers (49) fließt, der Strönungskoppüßr (49) eine Säule von neutronenabsorbicrendem flüssigen Metall in der Rückführ- und Steuerleitung (46) solcher Art aufrechterhält, daß das untere Ende des Gasstau-Unterbrecherrohres (51) unterhalb des Pegels von neutronc-iabsorbierendem flüssigen Metall in

das obere. Ende der Rückführ- und Steuerleitung (46) im Vorratsbehälter (43) eintaucht, so daß ein Gasdruck in der Gasstauglocke (50) aufrechterhalten wird., um die Förderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls durch ^p Abgabeleitung (44) hindurch

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vom Vorratsbehälter (43) in den Empfangsbehälter (42) verhindert wird, und wodurch bei Reduzierung des Erregungszustandes des Strömungskopplers (49) infolge einer Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Rcaktorkühlnittels durch die Versorgungsleitung (48) des Ströinungskopplers (49) hindurch der Pegel von neutronenabsorbierendem flüssigen Metall in der Rückführ- und Steucrloitung (46) abfällt, um das untere Ende des Gasstau-Unt». rbrcchcrrohrcs (51) freizugeben, so daß der Gasdruck in der Gasstauglockc (50) über das Gas st au-Unterbreche rrolir (51) entlüftet wird, derart, daß die Förderung von neutronenabsorbierv.ndom flüssigen Metall aus dem Vorratsbehälter (43) in den Empfänge "behälter (42) über die Abgabeleitung (44) züge-Insser. wird.
7. Kit flüssigem Kotoll gekühlter Kernreaktor, der mit einer StcU rverrichtung nach Anspruch 5 oder 6 versehen ist, dadurch gc-k^.r.nz' ichnct, daß Venti!einrichtungen (30, 33; 53, 55) zur Reduzierung der Strömung des Flüssigmctall-Rcaktorkühlmittels durch die Versorgungsleitung (10: 48) des Strönungskopplers (11; 49) vorgesehen sind, un die Forderung des neutronenabsorbierenden flüssigen Mt tails aus dem Vorratsbehälter (7; 4-3) in den Empfangsbehältcr (GJ 42) einzuleiten, und daß eine Steuereinrichtung (32; 54) zum Abschalten der Ventileinrichtung (30, 33i 53, 55) manuell betätigbar ist oder in Ansprecherwiderung auf eine Änderung eines Betriebsparameters dos Reaktors als Folge eines Fehler-■zustandes, der während des Betriebs des Reaktors auftritt, betätigbar ist.
8„ Mit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor, der Eiit einer Steuervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drosseleinrichtung in der Versorgungsleitung für den Strömungskoppler vorgesehen ist, derart, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Reaktorkühlmittels durch die Versorgungsleitung des Strömungskopplc-rs hindurch'auf einen reduzierten Pegel einstellbar ist,

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der für einen maximalen Betriobs-Wirkungsgrad des Strömungskopplers ausreicht.
9. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, 4,. 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende flüssige Metall Lithium ist.
10. Steuervorrichtung nach einen der Ansprüche 2, 3, 4,

5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Strb'mungskoppler (11 ; 49) ein Magnetkreis zugeordnet ist, der ein Material enthält, welches seine magnetischen Eigenschaften dann verliert, wenn es. ' über seinen Curie-Punkt hinaus erwärmt' wird, derart, daß eine Betätigung der Vorrichtung zum Fördern des neutronenabsorbierenden flüssigen Metalls vom Vorratsbehälter nach dom Empfangsbehälter bei Überhitzung der Vorrichtung infolge Fchlfunktion des Reaktors erfolgt.

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