DE2049981C3

DE2049981C3 - Vorrichtung zur Regelung oder Abschaltung eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente

Info

Publication number: DE2049981C3
Application number: DE2049981A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr. Buenos Aires Rausch
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Current assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau 5000 Koeln GmbH
Priority date: 1970-10-12
Filing date: 1970-10-12
Publication date: 1980-03-27
Also published as: FR2110375A1; DE2049981B2; DE2049981A1; GB1302318A; FR2110375B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung oder Abschaltung eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente, in deren Bereich stabförmige Regel- oder Abschaltelemente ein- und ausgefahren werden, die an ihrem in die Schüttung eindringenden Ende konisch zugespitzt sind und unter Verdrängung der Betriebselemente unmittelbar durch die Schüttung hindurchbewegt werden, gemäß dem deutschen Patent 12 63 939.

Bringt man beliebig geformte Körper unter Kraftaufwendung in eine Schüttung ein, so werden durch die in Bewegungsrichtung liegende Stirnfläche der Körper die Elemente der Schüttung maximal durch Druck belastet. Dies gilt insbesondere auch für in Schüttungen einzubringende stabförmige Regel- oder Abschaltelemente gemäß dem Hauptpatent, im folgenden auch Abschaltstäbe genannt

Da im allgemeinen der Widerstand der Schüttung und damit der Druck zwischen der Stirnfläche des eingebrachten Körpers und den Elementen der Schüttung mit wachsender Eindringtiefe zunimmt, ist die maximal erreichbare Eindringtiefe unter anderem durch die begrenzte Bruchlast der Elemente der Schüttung beschränkt

Da diese Begrenzung der Abschaltstab-Eindringtiefe wesentliche Einschränkungen bei der Auslegung und der Konstruktion wirtschaftlicher Kernkraftwerke zur Folge haben kann, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Begrenzung wesentlich hinauszuschieben, d. h. erheblich größere Abschaltstab-Eindringtiefen zu ermöglichen, ohne daß die Gefahr des Zerbrechens von Elementen der Schüttung gegeben ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der untere Teil des konisch zugespitzten Endes der stabförmigen Elemente aus einem Material besteht, dessen Elastizitätsmodul gleich oder kleiner als der Elastizitätsmodul der Betriebselemente ist

Im Fall von kugelförmigen Betriebselementen aus Graphit läßt sich eine Herabsetzung der Bruchrate erzielen, wenn die Betriebselemente nicht — wie bisher üblich — mit Körpern belastet werden, deren Elastizitätsmodul groß gegen den der Betriebselemente ist (Stahl auf Graphit), sondern mit Körpern, die ebenfalls aus Graphit bestehen. Wenn in unbelastetem ' Zustand der Krümmungsradius des ein Betriebselement belastenden Körpers gleich dem Krümmungsradius des Betriebselementes ist, so werden beide in gleicher Weise unter Belastung deformiert, so daß sich die Berührungsfläche zwischen beiden Körpern als Ebene ausbildet

Ist der Elastizitätsmodul des belastenden Körpers wesentlich kleiner, so wird der Körper im Vergleich zum kugelförmigen Element wesentlich stärker deformiert und paßt sich in seiner Form weitgehend der Kugeloberfläche an.

Quantitativ zeigt sich bei an Graphitkugeln von 60 mm Durchmesser durchgeführten Versuchen, bei denen diese mit einem konvexen Körper mit gleichem Krümmungsradius belastet wurden, daß sich die Bruchlast der Graphitkugeln um etwa 80% erhöht wenn sie anstatt mit einem Stahlkörper mit einem Graphitkörper gleicher Form belastet werden.

Die in den dargestellten Fällen erzielbare Erhöhung der Bruchlast der Kugeln hat ihre Ursache in der hier eintretenden Vergrößerung der Berührungsfläche im belasteten Zustand und der dadurch bewirkten Herabsetzung der maximalen Flächenpressung, die ihrerseits das Zerbrechen der Kugeln wesentlich bestimmt

Im Falle von Kernreaktoren mit einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente bedeutet dies, daß sich durch eine entsprechende Auswahl des Materials für die Stirnflächen der in die Schüttung eindringenden Abschaltstäbe deren Eindringtiefe in den Reaktorkern und damit die Gesamtkernhöhe beträchtlich vergrößern läßt

Die erzielbare Verbesserung ist unabhängig davon, ob die i;< die Schüttung einzubringenden Abschaltstäbe beim Eindringen in die Schüttung nur eine rein longitudinale Bewegung ausführen, oder ob dieser Bewegung, wie im Falle der sogenannten »Drehstäbe«, eine zusätzliche Drehbewegung überlagert ist

Da es in der Regel nicht möglich sein wird, wegen der beim Einbringen eines Abschaltstabes in eine Schüttung auftretenden Druckbelastungen den gesamten einzubringenden Stab aus einem Material mit dem angegebenen Elastizitätsmodul zu fertigen, kann z. B. der untere Teil des Abschaltstabes aus Graphit gefertigt werden, während der übrige Abschaltstab aus Stahl besteht

Gemäß einem weiteren Vorschlag zur Lösung der gestellten Aufgabe ist der untere Teil des konisch zugespitzten Endes der stabförmigen Elemente in Eindringrichtung beweglich und über ein Federelement mit dem oberen Teil des Stabendes verbunden.

So läßt sich bewirken, daß Stab und Stabende bis zu einem gewissen Grad mechanisch entkoppelt sind. Hierdurch werden, besonders bei höherer Stabeinfahrgeschwindigkeit, die durch die Trägheit der Masse der Betriebselemente bewirkten Belastungsspitzen gleichsam abgefedert, und es ergeben sich somit für die Betriebselemente niedrigere Maximalbelastungen.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Abschaltstabes gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt

die F i g. la ein Abschaltstabende im Längsschnitt mit einer Spitze aus einem anderen Material als der übrige Stab,

die Fig. Ib ein Abschaltstabende im Längsschnitt mit federnd angebrachter Spitze.

In der Fig.la ist ein erstes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt Der Stab besteht in seinem zylindrischen Teil aus einer äußeren Stahlumhüllung 1, dem neutronenabsorbierenden Material 2, einem inneren Tragrohr 3 aus Stahl und dem inneren Kühlkanal 4, während die konische und am Ende verrundete Spitze in ihrem oberen Teil ebenfalls aus

Stahl gefertigt ist Dieser obere Teil kann die Austrittsöffnungen 5 für das Kühlmittel enthalten. Der untere Teil der Spitze besteht aus einem Teil 6 mit etwa dem gleichen Elastizitätsmodul wie die Betriebselemente, z. B. aus Graphit Dieser untere Teil 6 ist in seiner Fonn der restlichen Spitze angepaßt und mit dieser vorzugsweise durch Bolzen oder Stifte 7 verbunden.

Die Fig. Ib zeigt ein Abschaltstabende, dessen unterer Teil 6 über ein federndes Element 8 mit dem oberen Teil verbunden ist Der übrige Abschaltstab ist in gleicher Weise aufgebaut wie bei F i g. la geschildert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Regelung oder Abschaltung eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente, in deren Bereich stabförmige Regel- oder Abschaltelemente ein- und ausgefahren werden, die an ihrem in die Schüttung eindringende Ende konisch zugespitzt sind und unter Verdrängung der Betriebselemente unmittelbar durch die Schüttung hindurchbewegt werden, gemäß dem deutschen Patent 1263839, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (6) des konisch zugespitzten Endes der stabförmigen Elemente aus einem Material besteht, dessen Elastizitätsmodul gleich oder kleiner als der Elastizitätsmodul der Betriebselemente ist

2. Vorrichtung zur Regelung oder Abschaltung eines Kernreaktors mit einer Schüttung kugelförmiger Betriebselemente, in deren Bereich stabförmige Regel- oder Abschaltelemente ein- und ausgefahren werden, die an ihrem in die Schüttung eindringenden Ende konisch zugespitzt sind und unter Verdrängung der Betriebselemente unmittelbar durch die SchOttung hindurchbewegt werden, gemäß dem deutschen Patent 12 63939, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil (6) des konisch zugespitzten Endes der stabförmigen Elemente in Eindringrichtung beweglich und über ein Federelement (8) mit dem oberen Teil des Stabendes verbunden ist