DE2047253A1

DE2047253A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2047253A1
Application number: DE19702047253
Authority: DE
Inventors: Peter Heinrich Erwin Taby Margen (Schweden)
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1969-09-26
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1971-06-03
Also published as: SE332033B; FR2077503A7; FR2077503B3

Description

Dr Hans -Heinrich Willrath

LJU iidiisii D-62WIESBADENIiU Sep. 1970

Dr. Dieter Weber p_ostfach 1327 v/h

PATENTANWÄLTE Gustav-Freytas-StraBe 2S

Telegrammadresse: WILLPATENT Telefon (0 61 21) 37 27 20 Posts*«*: Frankfurt/Main 67es

Bank: Dresdner Bank AG., Wiesbaden AEP 66 1

Konto Nr. 276 807

Aktiebolaget Atomenergi LiIjehoImsvagen 32 Stockholm / Schweden

Kernreaktor

Priorität: 26.September I969

aufgrund der schwedischen Patentanmeldung Nr. 13279/69

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kernreaktor, der mit einer Reaktivifcäfcssteuereinrichtung neuer Art ausgestattet ist.

In Kernreaktoren, bei denen das Kühlmittel durch den Reaktorkern oder -core vermittels Pumpen oder dergleichen zum Fließen gebracht wird, ist eine unmittelbare Erniedrigung der Reaktivität des Reaktors für den Fall einer reduzierten oder unterbrochenen Kühlung erforderlich, so daß der Temperaturanstieg im Reaktor nicht zu groß wird. Um dieses Erniedrigen der Reaktivität zu erhalten, verwendet man im allgemeinen eine Vorrichtung zur Übertragung von Impulsen oder Signalen z.B. von den Pumpen, dem Kühlmittelfluß oder doigleichen, wobei die Vorrichtung einen Mechanismus betä-

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tigt, der die Einführung von Neutronenabsorbern in das core zur Erniedrigung der Reaktivität bewirkt. Diese Anordnung hängt einerseits von dem Zustand ab, in dem das System jeweils in Fall von Zirkulationsstörungen arbeitet, auf der anderen Seite von der Bedingung, daß ohne einen geeigneten Grund kein Abschalten oder Abbrechen (scram) stattfindet, was einen gewissen Zeitaufwand und teure Abschaltperioden bewirken würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Reaktivitätssteuereinrichtung, die einfach und im Betrieb zweckmäßig ist, einen kleinen Raum erfordert und unabhängig von Impulsübertragungsmitteln arbeitet. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung basiert auf einer früher entwickelten Anordnung und verwendet im Reaktorcore angeordnete Rohre, die sich nach oben um einen Abstand/iber das Reaktorcore erstrecken, wobei die Rohre Neutronei/absorbierende Körper enthalten, die frei darin bewegbar sind, wobei man die Rohre vermittels nach oben fließenden Kühlmittels im Hkiblick auf die verstärkte Zirkulation im Reaktorkessel hindurchschießen läßt. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre mit den Brennelementen so angeordnet sind, daß sie ein gleichzeitiges Ersetzen des Rohres und des Brennelementes erlaubende Einheiten bilden. Eine solche angeordnete Einheit besteht in geeigneter Weise aus einem Brennelement und einem Rohr für Neutronen absorbierende Körper.

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Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform ist das Rohr unmittelbar über dem Reaktorcore in die Ausbildung eines getrennten oberen Abschnittes teilbar, der vom unteren am Brennelement angebrachten Abschnitt entfernbar ist. Dieser obere Abschnitt kann trichterförmig sin und aufgeweitet oder am unteren Ende so erweitert sein, daß er über das obere Ende des unteren Abschnittes Ύοη oben nach unten bewegt werden kann. In Verbindung mit dieser Ausführungsform können verschiedene obere Abschnitte zu einer Anordung verbunden werden , wobei gewisse Rohrabschnitte gleichzeitig vom Reaktortank entfernbar sind*

Um die notwendige Anhebekraft für die Neutronen absorbierenden Körpergim Rohr im Hinblick auf die versärkte Zikulation im Reaktortank vorzusehen, können am unteren Ende des Rohres Eindämmungen angeox'dnet sein, etwa in der Mitte zur Verbindung mit einem Auslaßdurchgang und/oder am oberen Ende des Rohres, das offen ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 Schematisch den Vertikalschnitt durch einen die erfindungsgemäße Anordnung aufweisenden Kernreaktor,

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Fig. 2 die ausführliche Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Einheit des Brennelementführungsrohres gemäß der Erfindung,

Fig. 3a und 3*> verschiedene Ausführungsformen für die Steuerung der Stellung der Neutronenabsorbtionskörper im Führungsrohr,

Fig. 4 schematisch eine Teilansicht einer Anordnung, bei der verschiedene Führungsrohre zu einer Einheit mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung verbunden sind,

Fig. 5 schematisch eine Detailansicht einer Anordnung mit einem Neutronenabsorbtionsbremekörper und

Fig . 6 schematischtine Ausführungsform mit einer Klinke oder einem Anschlag zum Festhalten der Neutronenabsorbtionskörper im oberen Abschnitt des Führungsrohres.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Gesamtansicht eines Kernreaktorsinit dem Erfindungsgedanken. Der Kernreaktor weist einen Drucktank 1 mit einem Reaktorkern 5 (oder core 5) auf, das in üblicher Weise aus Brennelementen 9 aufgebaut ist. Der Kenreaktor arbeitet mit einem Kühlmittel mit Zwangszirkulation, was in Fig. 1 mit den Teilen dargestellt ist, und das Kühlmittel wird vermittels einer Pumpe 3 zur Zirkulation gebracht. Im oberen Teil des Reaktortanks 1 sind DampfSeparatoren 7 angeordnet, und der erzeugte Dampf wird oben durch die Leitung 2 freigegeben.

Jedes/das Reaktorteil 5 bildehdoi Brennelemente 9 ist mit einem Führungsrohr 11 verbunden, das in der in Fig. 1 gezeig-

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ten Ausführungsform mit einem Auslaßdurchgang 28 unmittelbar über dem Reaktorkern versehen ist. Das obere Ende des Führungsrohres 11 ist geschlossen, und der in Verbindung mit dem Einlaßende des Führungsrohres 11 stehende Einlaßdurchgang wird vermittels einer variablen Eindämmvorrichtung 15 in. der Form eines geeigneten Vetiiles gesteuert. In dem Führungsrohr 11 ist eine Anzahl Neutronen absorbierender Körper 13 frei beweglich angeordnet. Diese Körper können aus Borstahlkugeln oder Körper anderer Neutronen absorbierender Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, bestehen.

Bei der normalen Kühlzirkulation, z.B. nach oben durch das Reaktorcore 5» werden die Neutronen absorbierenden Körper 13 im oberen Abschnitt des Rohres gehalten oder werden bei einem gewünschten Niveau im Rohr vermittels einer geeigneten Einstellung des Steuerventiles 15 und durch den Fluß durch das Rohr 11 vermittels des Druckabfalls über das Rohr gehalten. Bei reduzierter oder vollständig unterbrochener Kühlzirkulation wird der Druckabfall über das Rohr 11 reduziert oder abgebrochen, woraufhin die Absorptionskörper 13 in den unteren Abschnitt des innerhalb des Reakborcores 5 angeordneten Rohres 11 abgesenkt werden, wobei der Reaktor abgeschaltet wird. Venn es erwünscht ist, den Kernreaktor mit verbleibender Kühlung abzuschalten, ist es nur notwendig, da· Steuerventil 15 zu schließen. Der Vorteil der oben beschriebenen Reaktivitätssteueranordnung ist offensichtlich. Die Anordnung arbeitet in geeigneter Weise, da sie direkt auf

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Fehler des Kühl£usses unabhängig von den Impulsübertragungsmitteln anspricht. Ferner führt die Anordnung zur Raumersparnis, da sie zu einer reduzierten Zahl von Durchlässen im Reaktortank führt. Desweiteren führt die Vorrichtung zu dem Vorteil, daß man leicht für die Inspektion und Reparatur in Verbildung mit dem Entfernen der Brennelemente 9 vom Reaktorkessel Zugang zu den Führungsrohren 11 hat, da die oben genannten Arbeiten in regelmäßigen Abständen in Verbindung mit dem Brennstoffersetzen durchgeführt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch die Detailansicht eines bevorzugten Ausfuhrungsbeispieles der Einheit Brennelement-Führungsrohr. Bei dieser Vorrichtung ist das Führungsrohr 11 in einem unteren Abschnitt 11a aufgeteilt, der intergral mit einem Brennelement 9 verbunden ist, und einen oberen Abschnitt 11b, der vom unteren Abschnitt 11a anhebbar oder entfernbar ist. Der obere Abschnitt 11b des Führungsrohres ist mit einem trichterförmigen aufgeweiteten Teil 19 am unteren Ende versehen, wodurch das Anbringen des Abschnittes 11b am oberen Ende des Abschnittes 11a möglich ist.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung sind verschiedene Brennelemente-Führungsrohre zu einer Einheit mit einem gemeinsamen Einlaßrohr 25 für die gleichzeitige Zufuhr des Kühlmittels zu den verschiedenen Brennelementen verbunden. Die Brennelement anordnung ist in sogenannten Abstandshaltern 21 angebracht, um den Abstand zwischen den Brennelementen zu definieren. Das ge-

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meinsame Rohr 25 ist mit sich nach oben erstreckenden Zweigrohren Zk versehen, die trichterförmige Verbindungsmittel 23 für die Verbindung zu den Führungsrohren 11 haben.

Die obere Abschnitte 11b der Führungsrohre 11 sind mit einer Anordnung verbunden, die in einem Halter oder Abstandshalter 17 angebracht ist, wobei der Abstandshalter als Greifer für das Anheben der Rohranordnung nützlich ist. In Verbindung mit dem Anheben der oberen Rohrabschnitte 11b sind die Neutronen absorbierenden Körper 13 in geeigneter Weise innerhalb der Corebereiche angeordnet, wodurch siedn den unteren Rohrabschnitten 11a verbleiben. Wenn es erwünscht ist, kann die Brennelementanordnung, welche die verbleibenden unteren Abschnitte 11a der Führungsrohre aufweist, vom Reaktortank hochgehoben werden, und dann können die Neutronen absorbierenden Körper 13 durch Drehen der Brennelemente seitlich nach unten für die Steuerung oder zum Ersetzen entladen werden. Dieses Entladen oder Herausnehmen der absorbierenden Körper wird in geeigneter Weise in einem wassergefüllten Behälter ausgeführt, um die Strahlungsgefahren zu reduzieren. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Kontrolle bzw. Steuerung der Position der Neutronen absorbierenden Körper 13 in den Führungsrohren 11 durch Beschränken des Einlaßdurchganges vermittels eines Beschränkungsmittels 27 ausgeführt. Im Hinblick auf die Tatsache, daß die Führungsrohre*11 mit Entladedurchgängen 28 unmittelbar über dem Reaktorcore .versehen sind, können die absorbierenden Körperl3 in jede sta-

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bile Zwischenposition in den Führungsrohren 11 gebracht werden.

Die Fig". 3a und yo zeigen alternative Ausführungsformen, um die Position der absorbierenden Körper 13 in dem Führungsrohr 11 zu steuern. Bei Fig. 3a.'links wird diese Steuerung durch Verwendung einer Besehränkungseinrichtung 29 in Verbindung mit dem Auslaßdurchgang 28 über dem Reaktorcore aufgeführt. Bei dieser Ausführungsform wird das Führungsrohr 11 am oberen Ende geschlossen. Bei Fig. 3b rechts in der Zeichnung wird die Steuerung der Position der absorbierenden Körper 13 im Führungsrohr 11 durch Beschränken des^uslaßdurchganges durchgeführt, der am oberen Ende des Rohres angeordnet ist, und zwar durch die Beschränkung oder Eindämmungseinrichtung 31· Selbstverständlich ist es für die Endjustierung der Position der Körper 13 möglich, eine Besehränkungs- oder Eindämmungseinrichtung in Verbindung mit dem Auslaßdurchgang 28 zusätzlich zur Steuerung am oberen Ende zu verwenden·

Fig. 4 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur individuellen Steuerung der Einlaßdurchgänge der drei Führungsrohre 11 mit einem gemeinsamen hydraulischen System. Die Steuerventile weisen einen Zylinder 37 und einen federbelasteten Kolben 35 darin auf. Diese Steuerzylinder werden von einem gemeinsamen Zylinder 4 3 mit einem Kolben hl betrieben. Diese gemeinsame Antriebseinrichtung kann von außen vermittels eines Durchlasses k$ im Reaktorkern 1 betätigt worden, Dieser Durchlaß

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45 muß nicht mechanisch sein, und das Manöverieren kann vermittels eines elektrisch angetriebenen Vetiles mit einem elektrischen Durchlaß oder einem Magnetventil ausgeführt werden.

. 5 zeigt schematisch den Ausschnitt aus einem Führungsroh^mit den Absorptionskörpern 13· Die dargestellte Ausführungsform hat einen Einlaßdurchgang am unteren Ende des Führungsrohres 11, der vermittels einer Eindämmeinrichtung ^7 gesteuert wird, und einen Auslaßdurchgang 28, der unmittelbar oberhalb des Reaktorcores angeordnet ist. Das kennzeichnende Merkmal dieser Ausführungsform besteht in der Verwendung eines vergrößerten absorbierenden Körpers 13^a» der nur einen kleinen offenen Spalt für den Durchgang des Kühlmittels zwischen dem absorbierenden Körper und dem Führungsrohr bildet. Da» Führungsrohr 11 ist am oberen Ende geschlossen, wodurch die Absorptionskörper 13 im Falle schneller Wechsel im Kühlmittelfluß im Führungsrohr 11 sich nur langsam im Führungsrohr 11 auf Grund der Eindämmung bewegen können. Auf diese Weise sind schnelle Veränderungen der Reaktivität im Falle von Veränderungen im Fluß durch das Führungsrohr 11 vermieden. Somit wird die Arbeits- bzw. Betriebseigenschaft des Reaktors stabiler bleiben und die Energieerzeugung regelmässiger.

In Fig. 6 1st eine Detailansicht des Verbindungepunktes zwi schen dem unteren Abschnitt 11a und dem oberen Abschnitt 11b in einem teilbaren Führungsrohr gezeigt· Im Hinblick auf an-

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dere Merkmale entspricht die Ausführungsform der in der Fig. 2 gezeigten. Bei dem erweiterten oberen Teil 19 des oberen Führungsrohrabschnittes 11b ist eine im allgemeinen mit 50 bezeichnete Klinkeneinrichtung angeordnet. Diese Einrichtung besteht aus einem bewegbaren Klinken- oder Anschlagelement ^9, das in einem Gehäuse 51 eingefasst ist und in Eingriff mit einer Feder 53 steht. Links in Fig. 6 ist die Anordnung im Betrieb gezeigt mit angeordneten Führungsrohrsegmenten 11a und 11b.

Rechts in Fig. 6 ist der Zustand in Verbindung mit dem Anheben des oberen Führungerohrabschnittes 11b aus dem Reaktortank heraus gezeigt. Die Absoptionskörper 13 werden anfangs in eine obere Position im Führungsrohr 11b gebracht, und dies ist einfach durch eine erzwungene Zirkulation des Kühlmittels durch das Führungsrohr 11 vorgesehen. Beim Halten ' der Absoptionskörper in dieser Position wird der obere Führungsrohrabschnitt 11b dann nach oben entfernt, wobei das Anschlagelement k9 unter dem Einfluß der Feder 53 sich unter die Absorptionskörper 13 erstreckt, wenn sie über das obere Ende des Führungsrohrabschnittes 11a angehoben sind. Der obere AbsctnLtt 11b kann dann zusammen mit den Absoptionskörpern 13 aus dem Reaktortank heraus angehoben und an einem geeigneten Ort durch Heraueziehen des Anschlagelementes k9 geleert werden. Dies ist ein alternatives Verfahren zu dem in Verbindung mit Fig. 2 gezeigten, wo die Abeorptionskörper 13 zusammen alt de« unteren Führung»rohrabschnitt 11a enfernt werden, da· in Verbindung »it de« Brenntment 9 st«kt, und si· w«r-

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den durch Drehen des Brennelementes zur Seite nach unten entladen. Der Vorteil der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform besteht selbstverständlich in der Tatsache, daß die absorbierenden Körper 13, ohne Drehen der Brennelemente 9 zur Seite nach unten, angeordnet oder besoi^; werden können.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist ein Führungsrohr mit einem Brennelement verbunden worden. Selbstverständlich hindert nicht die Anordnung eines Brennelementes und eine Mehrzahl von Führungsrohren, wenn dieses aus anderen Gründen erwünscht ist. Die Erfindung ist bei allen Kernreaktoren mit Zwangszirkulation unbeachtlich der Brennart und Reaktorausführung im Hinblick auf andere Eigenschaften anwendbar.

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Claims

Patentansprüc he

/ 1.j Kernreaktor mit einem Reaktorcore (5)» das aus Brenneleraenten (9) aufgebaut ist, wobei das Köre durch erzwungene Zirkulation eines Kühlmittels gekühlt wird, das nach oben durch das Reaktorcore fließt, wobei zumindest ein Rohr (11) in Verbindung mit demKore angeordnet ist, das sich nach oben um einen Abstand über dem Kor^&rstreckt und vermittels des Kühlmittels hindurch geschossen wird, wobei das Rohr zumindest einen Neutronen absorbierenden Körper (13) aufweist, der frei beweglich in dem Rohr 1st und eine Position darin in Abhängigkeit vom Druckabfall über dem Rohr (11) einnimmt, der durch die Zirkulation des Kühlmediums erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) mit dem Brennelement (9) zu einer Einheit angeordnet ist, welche ein gleichzeitiges Ersetzen des Köres und des Brennelementes gestattet.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) unmittelbar über dem Reaktorcore zur Bildung eines getrennten oberen Abschnittes (11b) teilbar ist, der aus dem unteren Abschnitt (i1a), der an Brennelemnt angebracht ist, entfernbar ist.

3. Kernreaktor nach' Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt (11b)'trichterförmig it und am unteren Ende derart erweitert (19) ist, daß er nach unten

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über das obere Ende des unteren Abschnittes (i1a) von oben bewegt werden kann.

h. Kernreaktor nach einem der vorhergenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) etwa in seiner Mitte in geeigneter Weise über dem Reaktorcore mit einem Auslaßdurchgang (28) mit einer steuerbaren Eindämmung (29) versehen ist zur Einstellung der Position des Körpers (13) im Rohr (11).

5. Kernreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) mit einem Auslaßdurchgang mit einer varidien Eindämmung (3I) am oberen Ende versehen ist.

6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (11) am unteren Ende mit dnem Einlaßdurchgang mit einer variablen Eindämmung (47) versehen ist.

7« Kernreaktor nach einem der Ansprüche k bis 6, bei dem das Rohr (11) eine Mehrzahl von Neutronen absorbierenden Körpern (13) aufweist und an seinem oberen Snde geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß einer (13&) der Körper derart vergrößert ist, daß er der Bewegung der Körper im Rohr eine Bremewikung mitteilt.

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Kernreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 7> gekennzeichnet durch eine Klinken- oder Anschlagoinrichtung (50)»die am oberen Ende des oberen Abschnittes (lib) angeordnet ist, durch welche der Neutronenabsorbierendon Körper aufweisende obere Abschnitt entfernt werden kann, während er den Körper aufweist.

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