DE2119895A1

DE2119895A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines Kernreaktors

Info

Publication number: DE2119895A1
Application number: DE19712119895
Authority: DE
Inventors: Walter Dr.-Ing. 6800 Mannheim; Handel Hubert 6842 Bürstadt Stürmer
Original assignee: Hochtemperatur-Reaktorbau GmbH, 5000 Köln
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1972-11-02
Also published as: US3751334A

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR REGELUNG EINES KERNREAKTORS

Es ist bekannt zur Regelung von Kernreaktoren Regel- und/oder Abschaltstäbe zu verwenden, die je nach ihrer Stellung eine Veränderung der Leistung des Reaktors oder gar eine Abschaltung desselben bewirken. Bei den sogenannten Kugelhaufenreaktoren werden diese Regel- oder Abschaltstäbe auch in den Kugelhaufen direkt eingefahren. In der Regel müssen dabei die Stäbe bei einer gewünschten Leistungsänderung hin und herbewegt werden. Durch diese Bewegungen entsteht ein Abrieb an den Betriebselementen und unter besonderen Umständen kann auch eine Beschädigung eines Betriebselements auftreten, durch die schädliche Spaltprodukte in den Primärkreislauf gelangen. Als Wärmeübertragungsmittel im Primärkreislauf wird bei Kugelhaufenreaktoren ein Gas, vorzugsweise Helium verwendet. Als Betriebselemente kommen Brennelemente, Graphitkugeln ohne Brennstoffeinsatz und Absorberelemente zum Einsatz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die angeführten Nachteile zu vermeiden und eine Regelung für einen Kernreaktor mit einer Schüttung von kugelförmigen Betriebselementen zu schaffen durch die die unerwünschten Belastungen der Betriebselemente und der dabei entstehende erhöhte Abrieb an den Betriebselementen vermieden wird. Dabei sollen die zum Einsatz kommenden Regel- und/oder Abschaltstäbe sowohl zur Temperatur- oder Leistungsregelung des Reaktors als auch zum Abgleich der örtlichen Neutronenflußänderungen dienen. Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren zur Regelung eines

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Kernreaktors mit einer Schüttung aus kugelförmigen Betriebselementen erfindungsgemäß dadurch, daß zur Regelung bzw. Abschaltung des Reaktors Hüllrohre mit in ihrem Innern angeordneten Absorberteilen in eine für den zu regelnden Leistungsbereich vorbestimmte Stellung in den Kugelhaufen des Eeaktors eingefahren und die Absorberteile entsprechend dem vorbestimmten Regelvorgang innerhalb der Hüllrohre durch Stelleinrichtungen in axialer Richtung bewegt werden. Nach dem neuen Verfahren werden anstelle der bisher gebräuchlichen Absorberstäbe selten bewegte Hüllrohre mit innenliegenden frei beweglichen Absorberteilen verwendet. Die Belastung der Betriebselemente durch den R©#elvorgang wird dadurch auf ein Minimum reduziert. Lediglich während des Einfahrens der Hüllrohre in den Kugelhaufen sind die Betriebselemente einer Belastung ausgesetzt. Durch eine sehr langsame Bewegung der Hüllrohre kann diese Belastung darüber hinaus so abgestimmt werden, daß eine Zerstörung der Betriebselemente in jedem Palle mit größter Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen wird. In den Hüllrohren befinden sich die eigentlichen Absorberteile, die durch die Betriebselemente ungehindert innerhalb J der Hüllrohre mit beliebiger Geschwindigkeit bewegt werden können. Dem vorgeschlagenen Verfahren zufolge können somit die Hüllrohre bis zum gewünschten Leistungsbereioh. in den Kugelhaufenreaktor eingefahren und dann das Regelspiel mit den freibeweglichen Absorberteilen in dem. Inneren der Hüllrohre . durchgeführt werden. Uach Verbrauch der Hüllrohre können dieselben bei der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ebenso leicht ausgewechselt werden, wie die bereits übliohen Absorberstäbe.

Heben der bereits geschilderten Regelung des Leistungsbereichs des Reaktors können diese Hüllrohr-, Regel- und Abschaltstäbe auch zur völligen Abschaltung des Reaktors benutzt werden, indem sie in eine größere Tiefe des Reaktors eingefahren werden« Im Hinblick auf die dabei gegebenenfalls auftretenden

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lichen Kräfte an den Regelstäben ist es günstig, solche Stäbe die bis oder bis nahezu an den Boden des Reaktors herangeführt werden in den Bereich der am Reaktorboden angeordneten AbzugsÖffnung, bzw. bei größeren Reaktoren Abzugsöffnungen, anzuordnen, insbesondere wenn das Hüllrohr mit Rücksicht auf den erforderlichen kleinen Neutroneneinfangquersehnitt aus mechanisch nicht hoch belastbarem Material besteht.

Wie bereits bemerkt, wird das Ein- bzw. Ausfahren der Hüllrohre relativ langsam durchgeführt. Bei einem Reaktor mittlerer Größe kann die Einfahrzeit der Hüllrohre etwa eine Woche oder mehr betragen. Insbesondere wenn der Reaktor mit einer Umwälzung der Brennelemente ausgestattet ist, wird das Einfahren der Hüllrohre durch Uachsickern der Brennelemente während des Umwälzvorganges erleichtert. Bei der Umwälzung werden die Betriebselemente dem unteren Teil des Reaktors entnommen und über Sortier- und Fördereinrichtungen dem oberen Teil wieder zugegeben.

Zur Durchführung des Verfahrens werden Regel- bzw. Abschaltstäbe benutzt, die aus einem in axialer Richtung verschiebbaren Hüllrohr und darin angeordneten ebenfalls axial verschiebbaren Absorberteilen bestehen» Das Hüllrohr wird zweckmäßigerweise aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für Neutronen, vorzugsweise aus Graphit, hergestellt· Das Absorberteil selbst wird bei etwa senkrecht angeordneten Hüllrohren an einem biegsamen Element, vorzugweise an einem Seil, befestigt und kann mit Hilfe einer Wickelvorrichtung hochgezogen bzw. abgelassen werden. Die Wickelvorrichtung selbst wird durch einemit dem Seil in Berührung stehende Steuervorrichtung so gesteuert, daß das Seil immer gespannt bleibt und das Absorberteil nicht auf dem Boden des Hüllrohres aufsteht. In einer weiteren Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes kann die Außenwand des Hüllrohreβ mit einem ein-

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oder mehrgängigen Gewinde versehen seine Das Hüllrohr wird dann mit einer Antriebsvorrichtung gekoppelt, die dem Hüllrohr neben der Axialbewegung eine Drehbewegung erteilt· Hierdurch wird das Einfahren der Hüllrohre weiter erleichtert·

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert. Die Figur zeigt im Schnitt ein Hüllrohr mit zugehörigem Absorberteil und Antriebsvorrichtungen für Hüllrohr und Absorberteilο Das Hüllrohr 1 ist hohl ausgebildet und nimmt in seinem Innenraum 2 das'Absorberteil 3 auf. Über eine Antriebsvorrichtung wird das Hüllrohr 1 in axialer Richtung verschoben und dabei gleichzeitig gedrehte Die Antriebsvorrichtung des Hüllrohres 1 besteht im wesentlichen aus einem Elektroantrieb 4 mit der Welle 5, einem Zylinderstück 6, das am Gehäuse 7 des Elektroantriebs 4 befestigt ist und ein innenliegendes Gewinde 8 hat, der Muffe 9 mit Außengewinde und Gleitstücken 11, und der Welle 12 mit den Hüten 13 für die Gleitstücke 11. Die Welle 12 ist fest mit der Welle 5 verbunden. Die Gewinde 8 und 10 des Zylinderstücks 6 und der Muffe 9 stehen miteinander im Eingriff. Das Hüllrohr 1 ist an der Muffe 9 befestigt· Am unteren Ende des Zylinderstüoks ist ein Führungsteil 14 für das Hüllrohr 1 angebracht, das gleichzeitig den unteren Abschluß des Zylinderstücks 6 bildete Das Hüllrohr 1 besteht aus Graphit und seine Außenwand ist mit einem Gewinde 16 versehen.

Der Elektroantrieb 4 erteilt der Welle 5 eine Links- oder Rechtsdrehung, die durch die Welle 12 auf die Muffe 9 übertragen wird ο Die in Eingriff stehenden Gewinde 10 und 8 bewirken ein Verschieben der Muffe 9, in Abhängigkeit von der Drehrichtung, nach oben oder unten. Die Gleitstücke 11 gleiten dabei in den Hüten 13. Da die Muffe 9 fest mit dem Hüllrohr 1 verbunden ist, wird das Hüllrohr1 in gleicher Weise bewegt. Die Drehbewegung und das Gewinde 16 erleichtern das Eindringen des Hüllrohres 1 in den Kugelhaufen·

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Pur die Betätigung des Absorberteils 3 ist eine Stelleinrichtung vorgesehen« die aus einer Wickelvorrichtung aus dem Elektromotor 17 und der Seiltrommel 18 mit Seil 19 besteht. Das Seil 19 ist durch die Wellen 5 und 12 hindurohgeführt, die hierfür mit entsprechenden Bohrungen versehen sinde Am Elektromotor 17 ist eine Stellungsanzeige 20 angebracht, an der die Lage des Absorberteils 3 im Hüllrohr 1 abgelesen werden kann« Eine Seilführungsvorrichtung 21 dient zur ■ gleichmäßigen Auf- und Abwicklung des Seils 19· Die Kontrolleinrichtung 22 überwacht die Seilspannung. Das Gehäuse 23 •der Wickelvorrichtung ist auf das Gehäuse 7 des Elektroantriebs 4 für das Hüllrohr 1 aufgesetzt.

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Claims

Patentansprüche

/7 1.) /Terfahren zur Regelung eines Kernreaktors mit einer ^x— Sohüttung aus kugelförmigen Betriebselementen, dadurch gekennzeichnet, daß zur . Regelung bzwo Abschaltung des Reaktors Hüllrohre (1) mit in ihrem Innern (2) angeordneten Absorberteilen (3) in eine für den zu regelnden leistungsbereich vorbestimmte S.ellung in den Kugelhaufen des Reaktors eingefahren und die Absorberteile (3) entsprechend dem vorbestimmten Regelvorgang innerhalb der Hüllrohre (1) durch Stelleinrichtungen (17,18,19) in axialer Richtung bewegt werden.

2·) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einfahrgeschwindigkeit der Hüllrohre (1) auf die Belastbarkeit der,-Betriebs elemente abgestimmt ist«

3.) Regel- bzw. Abschaltstab zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchs 1 oder 2, gekennzeichnet d u r ß h ein in axialer Richtung verschiebbares Hüllrohr (1) und ein innerhalb des Hüllrohres (1) ebenfalls axial verschiebbares Absorberteil (3)_e

4o) Regelstab nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß das Hüllrohr (1) aus einem Material mit geringem Wirkungsquerschnitt für Neutronen, vorzugsweise aus Graphit, besteht«

5.) Regelstab nach Anspruch 3 oder A_f dadurch g e kennz e i chnet, daß das Absorberteil (3) an einem biegsamen Element, vorzugsweise an einem Seil (19), befestigt ist, welches mit einer Wickelvorrichtung (17,18) verbunden ist«

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6.) Regelstab nach einem der Ansprüche 3-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Wickelvorrichtung (17,18) durch eine mit dem Seil (19) in Berührung stehende Kontrolleinrichtung (22) überwacht wird.

7.) Regelstab nach einem der Ansprüche 3-6» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (15) der Hüllrohre (1) mit einem ein-- oder mehrgängigen Gewinde (16) versehen ist, und Hüllrohr (1) mit einer

... Antriebsvorrichtung (4 bis 3) gekoppelt ist, die dem Hüllrohr (1) neben der Axialbewegung eine Drehbewegung erteilt.

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