DE2129169A1

DE2129169A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2129169A1
Application number: DE19712129169
Authority: DE
Inventors: Ivor Taylor Whetstone Leicester Rowlands (Großbritannien)
Original assignee: British Niclear Disign & Const
Current assignee: British Niclear Disign & Const
Priority date: 1970-06-12
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1971-12-16
Also published as: FR2095211B3; GB1358984A; CA938036A; FR2095211A3

Description

Patentanwälte * - „<«,

Dipl. Ing. C. Wallach ' '· ^JUNI W

Dipl. Ing. G. Koch _{13 275 Dr# H}/_r Dr. T. Kaibach

8 München 2

KKifinfsrstr. 8, Tel. 240275

British Nuclear Design & Construction Limited, Whetstone, Leicester, England, Großbritannien

Kernreaktor

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit mehreren, einen Kernbrennstoff enthaltenden Rohren, durch welche ein Kühlmittel unter Druck im Kreislauf geführt wird.

Gemäß der Erfindung ist bei einem derartigen Kernreaktor vorgesehen, daß jedes Rohr von einer Moderator-Behältervorrichtung umgeben ist, das eine ausx'eichtmde Menge leichtes Wasser als Moderator enthält«

Nach zweckmäßigen vorteilhaften Ausgestaltungen kann vorgesehen sein₉ daß die Moderator-Bohälfcarvorrichtung einen um jedes Rohr herum angeordneten gesonderten Behälter aufweist; des weiteren,, daß jeweils zwischen dam Rohr und dem Moderator-Behälter ein konzentrisches Teil vorgesehen ist, und daß der Raum zwischen dem Rohr und dem Tail mit einem Ga* gefüllt 1st; und schließlich, daß der Raum mit einem Druckgas gefüllt ist, um die auf die Rohre durch das Kühlmittel ausgeübten Druckbelastungen zu verringern·

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Bei Verwendung von leichtem Wasser auch als Kühlmittel kann nach einer besondere vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen SeIn₉ daß das Moderator-Leichtwasser um die Rohre herum nach unten geleitet wird und sodann nach Vermischung mit Kiihlmittel-Leichtwasser durch die Rohre nach oben strömtο

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß eine Moderator-Bohältervorrichtung eine Gruppe von Rohren umgibt, und daß dio Zwischenräume zwischen den Rohren teilweise durch Abatandsteile ausgefüllt sind, welche teilringförmige Moderatorkanäle um die Rohre herum definieren.

Im folgenden werden drei AusfUhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben3 in dieser zeigen:

Fig. 1 in Teilquerschnitteansicht im Scnnitt längs

der Linie I-I in Fig. 2 einen Teil eines Kernreaktors gemäß einer AusfUhrungeform der Erfindung t

Fig. 2 eine Teillängsschnittansicht lsi Schnitt längs

der Linie H-II in Fig. 1;

Fig. 3 in verkleinertem Maßstab eine Teillängsschnittansicht durch einen anderen Teil des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Reaktors im Schnitt längs der Linie III-III in Fig. '4;

Fig. k eine Teilquerschnittansicht irc Schnitt längs

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der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende Teilansicht eines Kernreaktors gemäß einsr zweiten Ausführungsform der Erfindungj

Fig. 6 in Teillängsschnittansichfc in ähnlichem Maßstab wie in den Figuren 3 und h <ain«5n Teil eines Kernreaktors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung»

Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigt&ia Awsiührungsform sind aus einer Vielzahl paralleler, vertikaler Röhren 10 aus einer Zirkonlegierung vier derartige Rohren dargestellt· Zur Vereinfachung sind weitere benachbarte Rt'hren fortgelassen. Jedes Rohr 10 enthält jeweils (nicht dargestellte) angereicherte Kernbrennstoff elemente in. Fo:rm von Bündeln von ZirkonrÖhren, deren ,jedes Urandicxyd-K@rejnikpillen enthält. Der Brennstoff ist zwischen den Niveaus A und B (Fig. 2) angeordnet.

Jedes der Rohre 10 ist von einam zylindrischen Aluminiumteil 12 umgeben. Zwischen jedem Rohr 10 und Toil 12 verbleibt jeweils ein Ringraum i4_f der für einesu weiter unten näher erläuterten Zweck mit Kohlenst'offdiojtj'd gefüllt ist. Die Zwischenräume zwischen den Röhren IO sind teilweise mit Aluminium-Abstandsteilen 16 ausgefüllt, die zusammen mit den Teilen 12 teilringförmige Kanäle 18 vm die Röhren 10 herum definieren. Die Abstandsteile 16 i%ir»d jweils mit Zentrier- bzw. Kalterungsx"ippen 20 zur Aufrechterhaltung

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der richtigen Abmessungen der Kanäle 18, sowie an ihren oberen und unteren Enden mit einem zentrischen Zentrieransatz 22 zur vertikalen Zentrierung versehen. Die Ansätze 22 können Teil eines sich durch das Abstandsteil 16 hindurch erstreckenden zentrischen Kanals 2k für einen weiter unten noch erläuterten Zweck sein.

Die Kanäle 18 sind an ihren oberen bzw. unteren Enden mit einer oberen Sammelkammer Z6 bzw« einem unteren oder Bodenbehälter 28 verbunden· Die Kanäle 18 dienen zur Aufnahme von leichtem Wasser als Kernreaktor-Moderatormaterial» wobei in der Sammelkammer 2.6 und dem Bodenbeli8.lter 28 enthaltenes leichtes Wasser gleichzeitig als oberer bzw. unterer Neutronenreflektor wirkt. Der Bodent&nk 28 ist mit der oberen Sammelkammer 26 über eine (nicht dargestellte) Moderatorkreis lauf pumpe verbunden. Zn dem Behälter 28 oder in seiner Nähe sind (nicht dargestellte) fernbetätigbare Schaltventile zur Herstellung einer Verbindung mit einem (ebenfalls nicht dargestellten) Moderator-Ablaßbehälter vorgesehen. Die Abstandeteile 16 sind jeweils mit einem Entlüftungerohr 30 mit einem Einwegventil 32 versehen, das mit einem (nicht dargestellten) Druckgasvorratebehälter verbunden 1st. Das Gas ist mit dem Moderator verträglich.

ψ Am Boden der oberen Sammelkammer 26 ist eine iloderator verteilerplatte 3^ zu einem weiter unten noch erläuterten Zweck vorgesehen.

In den Figuren 3 und 4 ist ein Reaktorkühlmittel-Austritte-Aggregat 36 dargestellt, das oberhalb der Röhren 10 angeordnet ist und deren Fortsetzung nach oben bildet» Zur überdeckung sämtlicher Rohre 10 sind mehrere derartige Austrittsaggregate 36 nebeneinander angeordnet· An ihren

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obersten Enden sind die Rohre 10 durch (nicht dargestellte) Verschlußstopfen verschlossen, die zur Beschickung abnehmbar sind. Innerhalb jedes Austrittsaggregate 36 sind Kanäle 38 zur.Verbindung zwischen den Rohren 10 zur Erzielung einer Kühlmittelströmung gemäß den Pfeilen kO vorgesehen. Über einen (nicht dargestellten) Dampfabscheider und eine (nicht dargestellte) KUhlmittelkreielaufpumpe ist das Austrittsaggregat 36 mit (nicht dargestellten) Eintrittsleitungsaggregaten verbunden, die mit den unteren Enden der Röhren 10 in Verbindung stehen· Der abgeschiedene Dampf wird in einer Dampfturbine zum Antrieb eines elektrischen Generators oder in anderweitigen geeigneten dampfbetriebenen Aggregaten ausgenutzt·

Im folgenden wird die Wirkungsweise des anhand der Figuren 1-4 beschriebenen erfindungegemä'ßen Reaktors erläutert· Im Betrieb wird Leichtwasser-Kühlmittel durch die Röhren 10 nach oben gepumpt, und zwar unter einem atatischen Druck, der so gewählt ist, daß ein begrenztes Sieden möglich ist. Das Kohlenstoffdioxyd in den Räumen 14 wirkt als Wärmeisolation t die Temperatur in den Röhren 10 beträgt etwa 300 ⁰C, die Temperatur des Moderators ca» 80 ⁰C.

Der Leichtwasser-Moderator strömt im Kreislauf von der oberen Sammelkammer Z6 durch den Verteiler 3h in die Kanäle 18 und in den unteren Behälter 28. Sobald das Moderatorniveau in den Kanälen 18 unterhalb des Verteilers 3k liegt, dient dieser zur Führung des Moderators, derart, daß der Moderator an den Innenwandungen der Kanäle 18 nach unten fließt und diese kühlt.

Zur Abschaltung des Reaktors in einem Notzustand können die

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Schaltventile geöffnet und der Moderator rasch In den Ablaßbehälter unterhalb dem Bodentank 28 abgelassen werden. Zusätzlich oder alternativ kann eine Notabschaltung dadurch erreicht werden, daß man in die Kanäle Zh eine neutronenabsorbierende wäßrige Borlösung einleitet» Die Kanäle 2k können auch zur Steuerung der Ausgangswärme oder der Neu« tronenflußverteilung verwendet werden, indem man sämtliche oder einige dieser Kanäle Zh teilweise mit einer neutronen« absorbierenden Lösung oder einem anderweitigen neutronenabsorbierenden Material füllt.

Alternativ oder zusätzläx kann eine neutronenabsorbierende Lösung auch direkt an verschiedenen verteilten Stellen in die obere Sammelkammer Z6 eingespritzt werden. Die rasche Zirkulation des Leichtwassermoderators in den Kanälen 18 bewirkt dann die Notabschaltung des Reaktors.

Das als Moderator verwendete leichte Vasser kann zur Herabsetzung seines Neutronenabsorptionsvermögens ein Material wie beispielsweise Berylliumoxyd oder Graphitstaub in Suspension enthalten. Die ziemlich rasche Zirkulation des Moderators würde ein derartiges Material in Suspension halten.

In Fig. 5 ist eine zweite Ausftthrungsfona der Erfindung dargestellt. Entsprechende Teile wie in den Figuren 1-4 sind dabei mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern bezeichnet. Die zweite Ausführungsfcrm unterscheidet sich von dem ersten Ausführungebeispiel darin, daß jeweils jedes Rohr 10 für sich eine eigene Moderator-Behältervorrichtung in Form eines Aluminiumbehälters 16 A aufweist. Die Behälter bilden ringförmige Moderatorkanäle 18 A um die

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Rohre 10, wobei diese Kanäle trie in ersten Ausführungsbeispiel ait einer oberen Sammelkammer und einem unteren oder Bodenbehälter verbunden sind, die in jedem Behälter 16 A vorgesehen sind· Indem biegsame, lösbare Verbindung? jeweils zwischen der oberen Sammelkammer und den unteren Behältern sowie der Moderatorkreislaufpumpe vorgesehen werden, kann jedes Rohr 10 zusammen mit dem es umgebenden Behälter 16 A zur leichteren Wartung einzeln für sich aus dem Reaktorcore herausnehmbar sein.

In Fig. 6 ist eine dritte Ausführungsform des Reaktors dargestellt, wobei gleiche Teile mit den gleichen oder entsprechenden Bezugsziffern wie in den Figuren 1-5 bezeichnet sinds bei dieser Ausführungsform sind die Teile 12 verstärkt, und das Kohlenstoffdioxyd oder anderweitige inerte Gas in dem Ringraum i4 steht, über eine mit einem (nicht dargestellten) Druckgenerator verbundene Leitung, unter einem Druck, der dem Druck innerhalb der Rohre 10 nahekommt· Auf diese Weise werden die Druckbeanspruchungen der Röhren 10 verringert und das Kriechleben der Rohre ganz erheblich verlängert· Wie bei der zweiten Ausführungsfora (Fig. 5) werden die Teile 12 durch Leichtwasser-Moderator gekühlt, das von den oberen Sammelkammern 26 B über Leitungen hk durch die ringförmigen Moderatorkanäle 18 B nach unten strömt, die von den Aluminiumbehältern 16 B um jedes Teil 12 herum gebildet werden· Dabei kann jede Sammelkammer 26 B eine Gruppe von vier Rohren 10 bedienen, oder es kann, wie in Fig. 6, jedes Rohr seine eigene, halbkugelförmige Sammelkammer besitzen· Vom unteren Ende der Ringräume 18 B strömt der Moderator über Kanäle k6 in untere Behälter 28 B, in welchen er sich mit Leichtwasser-Kühlmittel mischt· Von den unteren Behältertanks strömt das Kühlmittel wie oben für die erste Aus-

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fUhrungsform (Fig· 1-4) beschrieben_B durch die Rohre 10 nach oben zu einem Dampfabscheider*

Die gemäß der Erfindung ausgebildeten Reaktoren besitzen folgende Hauptvorteile:

a) Die Verwendung von leichtem Wasser als Moderator bedeutet eine erhebliche Verringerung der Anfangs- oder Investitionskosten des Reaktors„ verglichen mit Schwerwasser« Reaktoren» und ebenfalls eine erhebliche Verringerung der laufenden Kosten, verglichen mit Reaktoren, in welchen or-

) ganische Verbindungen verwendet werden, die laufend wieder aufbereitet werden müssen.

b) Soweit leichtes Wasser auch als Kühlmittel verwendet wird, sind der Moderator und das Kühlmittel miteinander kompatibel und, wie in dem dritten Ausführungsbeispiel gezeigt, miteinander austauschbar.,

c) Die als Moderator benötigte Leichtwaes@rmenga ist, verglichen mit schwerem Wassern wesentlich geringer« derart, daß der Reaktor kompakter gebaut werden kannσ

_ d) Durch die vorstehend (unter c) erwähnt® Verringerung ™ der Abmessungen werden die SicherheitsTorkehrungen vereinfacht und verbilligt, da das Behältergefäß kleiner sein kann·

e) Der Reaktor kann ohne weiteres so ausgelegt werden, daß das Behältergefäß den Ausfall bzw. das Schadhaftwerden jedes beliebigen Teils des REaktor-Dru&kkreislaufes aushält.

BAD ORIGINAL

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f) Die Abmessungen und die Kosten dee Zubehöre, vie bei* spielsweise Kreislauf sy et eine, Steuer- und Regel systeme und Abschirmungen verringern eich·

g) Die zusätzlichen Vorrichtungen zur Notabschaltung, wie Moderatorablaß und/oder Absorber-Injektion in den Moderator sind leicht zu handhaben und äußeret wirksam.

h) Infolge der nunmehr möglichen Moderatorkreislaufgeschwindigkeit kann der obere Neutronenreflektor einstückig mit der Moderatorbehältervorrichtung ausgeführt werden»

i) Die Zugabe von suspendierten Feststoffteilchen zu dem Moderator wird möglich, da die Teilchen durch die hohe Zirkulationsgeschwindigkeit des Moderators in Suspension gehalten werden·

Patentansprüche t

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Claims

Patentanspruch«

öj Kernreaktor mit mehreren, einen Kembrersnstof f enthaltenden Rohren, durch welche ein Kühlmittel unter Druck im Kreislauf geführt wird, dadurch. gekennzeichnet , daß jedes Rohr (to) von einer Moder at or-BehKltenrorri cn tung (l6j Flg. t - hi 16 A₁ Fig. 5; i6 B, Fig· 6) umgeben ist, das eine ausreichende Menge leichtes Wasser als Moderator enthält.
2. Reaktor nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderator-Behältervorrichtung einen vom jedes Rohr (1O) herum angeordneten gesonderten Behälter aufweist.

3· Reaktor nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen dee Rohr (lO) und dem Moderator-Behälter (16; i6 Α; 16 B) ein konzentrisches Teil (12) vorgesehen 1st, und daß der Rau» (ΐ4) zwischen dee Rohr (10) und de« Teil (i2) mit einen (Sas gefüllt ist.

_B 4. Reaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (i4) alt einem Druckgas gefüllt ist, um die auf die Rohre (lO) durch das Kühlmittel ausgeübten Druckbelastungen zn verringern«

5« Reaktor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, unter Verwendung von leichtem Wasser als Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet daß das Moderator-Lei chtwasser um die Rohre (1O) herum nach unten ge-

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leitet wird und sodann nach Vermischung mit Kühlmittel Leichtwaseer durch die Rohre (1O) nach oben strömt.

Kernreaktor nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet _t daß eine Moderator-Behältervorrichtung (16, Fig· 1-4) eine Gruppe von Rohren (1O) umgibt;, und daß die Zwischenräume zwischen den Rohren (lO) teilweise durch Abstandsteile (i6) ausgefüllt sind, welche teilringförmige Moderatorkanäle (i8) um die Rohre (10) herum definieren.

Reaktor nach einen oder mehreren der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Moderator-Behältervorrichtung (i6; 16 A; i6 B) ein oder mehrere Schaltauslös-Ventile aufweist, durch deren Öffnen der Moderator zur Schnellabschaltung des Reaktors aus dem die Rohre (lO) umgebenden Raum abgelasfi&n werden kann.

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