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Kernreaktor mit Notlrühlsgstem Die Erfindung bezieht sich auf einen
Kernreaktor mit einem Drucks gefäß, das einen Bodenteil, einen im Reaktordruckgefäß
angeordneten Kern mit mehreren vertikalen Brennstoffkassetten, mehrere vertikale
Steuerstableitrohre, die sich vom Kern nach unten zum Boden des Druckgefäßes hin
erstrecken, sowie Mittel für die Notkühlung des Reaktorkerns durch Einspritzen von
Wasser in denselben aufweist, Es ist von größter Wichtigkeit, daß der Kern in einem
Reaktor wirksam gekühlt wird, vor allem in verschiedenen Notlagen, so z. B. bei
einem Bruch im Primärkreis des Kühlmittels. Bei wassergekühlten Reaktoren geht dabei
ein großer Teil des Kühlwassers als Dampf verloren und muß ersetzt werden. Nach
einem früheren Vorschlag ist dem Kern eines Siedewasserreaktors Notkühlwasser von
oben durch Düsen in einem doppelwandigen Deckel eines den Kern umgebenden Moderatorgefäßes
zugeführt worden, d.h. in einer Richtung, die der Richtung des normalen Kühlwasserstromes
entgegengesetzt ist. Dabei entsteht eine instabile Strömung, da in
großen
Teilen des Kerns warmes Wasser und Dampf nach oben steigen, während in anderen Teilen
des Kerns kaltes Wasser nach unten sinkt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Kernreaktor der
eingangs genannten Art die Mittel für die Notkühlung so auszubilden, daß auch bei
einer Notkühlung ein günstiges Strömungsbild entsteht.
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Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Notkühlungsmittel
eine am unteren Ende jedes Steuerstbleitrohres angeordnete Verteilungskammer und
von dort nach oben leitende Verteilerrohre aufweisen, von denen jedes direkt oder
indirekt am unteren Ende einer Brennstoffkassette mündet, sowie Mittel für die Zufuhr
von Kühlwasser zu der Verteilungskammer.
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Da bei einem so ausgebildeten Reaktor das Notkühlungsmittel in der
gleichen Richtung strömt wie das Normalkühlmittel erhält man ein günstigeres Strömungsbild,
wodurch eine gleichmäßigere und wirksamere Kühlung als bisher ereicht wird.
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Die Erfindung wird nach-folgend anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch den unteren Teil eines
mit einem Notkühlsystem versehenen Reactors, Fig. 2 eine Variante für die Zuführung
des Notkühlwassers zum Reaktor, Fig. 3 von oben zwei aneinandergrenzende Kassettenaufstellplatten,
von denen jede am oberen Ende eines Steuerstableitrohres liegt und mit vier an den
Ecken eines Quadrats angeordneten runden Löchern versehen ist, die die unteren Enden
von vier Brennstoffkassetten aufnehmen sollen und ein zentrales kreuzförmiges Loch
für den Steuerstab aufweist und Fig. 4 in teilweisem Axialschnitt nach der Linie
IV-IV in Fig. 3 zwei nebeneinander stehende Steuerstableitrohre mit Verteilungskammer
und Verteilungerohren für das Notkühlwasser.
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Der in Fig. 1 gezeigte Reaktor 1 ist ein Siedewasserreaktor.
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Der Reaktorkern 2 ist wie üblich aus Brennstäben aufgebaut, die zu
Brennstoffkassetten 3 zusammengesetzt sind, von denen nur zwei angedeutet wurden.
Die Brennstoffkassetten haben einen quadratischen Querschnitt und werden von einem
Eernbåin 4
getragen. Der Kern ist von einem Moderatorgefäß 5 umgeben,
das wiederum von einem Reaktordruckgefäß 6 so ungeben wird, daß zwischen den Gefäßen
5 und 6 ein rohrförmiger, vertikaler Spalt 7 besteht. Im unteren Teil des Spaltes
sind mehrere reaktorinterne Umwälzpumpen 8 angeordnet, von denen nur eine gezeigt
ist. Jede Pumpe hat einen außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten Motor 9,
eine vertikale Pumpenwelle 10, ein Pumpengehäuse 11 mit gekrümmtem Durchlaß, einen
in den Spalt 7 mündenden Einlaß, einen in den unteren Teil des Moderatorgefäßes
5 unter dem Kernboden 4 mündenden Auslaß und ein im Pumpengehäuse angeordnetes und
von der Pumpenwelle getriebenes Pumpenrad 12. Das Reaktordruckgefäß 6 ist im Durchführungsbereich
13 der Pumpenwelle örtlich verstärkt.
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Innerhalb des Kranzes aus Umwälzpumpen gehen durch den Bodenteil des
Reaktordruckgefäßes 6 mehrere vertikale Steuerorgane 14, von denen nur eines gezeigt
ist. Jedes Steuerorgan besteht aus einem Steuerstab 15 und einem Antrietsorgan 16
für den Steuerstab. Unter dem Kern 2 läuft der Steuerstab in einem Steuerstableitrohr
17, das oben mit einer Kassettenabste 11 platte 18 siehe Fig. 3) für vier quadratisch
angeordnete Bkennstoffkassetten 3 versehen ist zwischen denen si eh ein kreuzförmiger
Spalt 19 befindet. In diesem Spalt kann der gezeigte Steuerstab 13, der ebenfalls
einen krezförmigen Querschnitt hat, versedoben werden
Die Kassettenabstellplatte
18, die einen quadratischen Querschnitt hat, hat vier an den Ecken eines Quadrates
angeordnete runde Löcher 20 zur Aufnahme der unteren Enden von Brennstoffkassetten
und ein zentrales kreuzförmiges Loch 21 für den Durchgriff des Steuerstabes 15.
Die Eassettenabstellplatten 18 bilden zusammen den Kernboden 4.
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Der obere Teil des Steuerstableitrohres 17 hat vier symmetrische Einpressungen
22 (Fig. 4), an denen der runde Querschnitt des Rohres an der Kassettenabstellplatte
18 in einen kreuzförmigen Querschnitt übergeht. Dadurch wird das außerhalb des Leitrohres
17 befindliche Kühlwasser in den Brennstoffkassetten nach oben geleitet, während
das in den Leitrohren 17 befindliche Wasser im Spalt 19 zwischen den Brennstoffkassetten
nach oben geleitet wird. Das Steuerstableitrohr 17 besteht zweckmäßigerweise aus
drei Teilen, nEmlich einem Oberteil 23, das einstückig mit der Kassettenabstellplatte
18 ausgeEldet sein kann und die Einpressungen 22 aufweist, einem geraden, kreiszylindrischen
Zwischenteil 24 und einem unteren Übergangsteil 25, das von einem Steuerorganrohr
26 getragen wird, das durch den Boden des Reaktordruckgefäßes 6 geht und an diesem
in einem nach innen gerichteten Stutzen 27 (Fig. 4) befestigt ist.
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Das Steuerstableitrohr 17 hat an seinem unteren Ende eine ringförmige
Verteilungskammer 27, von der vier Verteilerrohre 28,
nämlich für
jede der von dem Leitrohr getragenen Brennstoffkassetten eines, nach oben führen
und direkt oder indirekt an den unteren Enden der Brennstoffkassetten 3 münden.
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Das Notkühlwasser wird normalerweise in einem mittels einer Warmhaltungsschlange
45 erwärmten Behälter 29 aufbewahrt, der gemäß Fyi1 mittels Gas aus Gasflaschen
36 unter Druck gesetzt werden kann. Das Gas wird dabei von den Gasflaschen durch
eine Leitung 30 mit einem normalerweise offenen Prüfventil 31 und einem normalerweise
geschlossenen Notkühlventil 32 von oben in den Wasserbehälter 29 geleitet. Das unter
Druck gesetzte Notkuhlwasser verläßt den Behälter durch eine Hauptleitung 33, strömt
durch einen nicht gezeigten Kühlwasserstutzen in den Reaktor, verteilt sich über
Zweigleitungen 34 auf die verschiedenen Verteilungskammern 27 und strömt von dort
weiter über die Verteilerrohre 28 zu den unteren Enden der einzelnen Brennstoffkassetten.
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Fig. 2 zeigt, daß die Hauptleitung 33 in mehrere Zweigleitungen 34
aufgeteilt werden kann, die außerhalb des Reaktordruckgefäßes 6 an die Steuerorganrohre
26 angeschlossen sind. Das Steuerorganrohr 26 ist dabei derart doppelwandig, daß
zwischen seinen Wänden 26' und 26n ein ringförmiger Spalt 35 verbleibt.
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Wie aus Fig. 4 genauer zu ersehen ist, verbindet der Spalt 35
die
ringförmige Verteilungskammer 27 mit der Zweigleitung 34.
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Die Verteilerrohre 28, die von der Verteilungskammer 27 ausgehen,
führen durch den unteren Übergangsteil 25 zur Innenseite des Steuerstableitrohres
17 und durch den Oberteil 23 zur Außenseite des Steuerstableitrohres 17. Wie aus
Fig. 4 hervorgeht, können die Verteilerrohre 28 entweder direkt unter den unteren
Enden der Brennstoffkassetten 3 münden oder auch indirekt. Im letzteren Fall mündet
jedes Verteilerrohr in eine ringförmige Nut 37 an der Unterseite einer in dem kreisförmigen
Stützloch 20 angeordneten Drosselscheibe 36. Von der ringförmigen Nut 37 wird das
Notkühlwasser mittels mehrerer einwärts-aufwärts gerichteter Löcher 41 zu einem
zwischen der Drosselscheibe und dem unteren Ende der Brennstoffkassette befindlichen
Bereich geleitet. Die Drosselscheibe hat die Form einer gewohnlichen Neßblende und
wird mittels mehrerer vom Umfang der Scheibe ausgehenden axialen Feder zungen 38
in der gewünschten Lage gehalten, wobei jede Federzunge 38 mit einem Halte teil
39 versehen ist, der in eine in dem Loch 2Q6ngeordnete Ringnut 40 eingreift.
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Das Notkühlventil 32 offnet sich aufgrund eines Signales einer Steuereinheit
42 an sich bekannter wart. Die Steuereinheit entscheidet aufgrund der ankommenden
lDeßwerte, ob eine Xotkühlung ausgelöst werden soll oder nicht. In Fig. 1 ist nur
eine
von einer Neutronenflußmeßsonde im Kern zu der Steuereinheit
führende Signalleitung 43 angedeutet, sowie eine von der Steuereinheit zu dem Notkühlventil
führende Signalleitung 44.
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Das in den Gasflaschen 36 enthaltene Gas kann z. 3. Stickstoff mit
einem Druck von ca. 200 Bar sein. Wenn zu befürchten ist, daß das System bei Notkühlung
so weit von Wasser entleert werden kann, daß Gas in den Reaktor dringt, ist es zweclgmäßig,
eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff zu verwenden, wobei der Wasserstoffgehalt
ca. 5% betragen sollte, um sowohl eine Sauerstoffixierung am Stickstoff im Reaktor
und die daraus folgende Bildung von Salpetersäure als anch eine Explosionsgefahr
beim Vermischen mit Luft zu vermeiden.
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Das Prüfventil 31 kann in der Leitung 70 vor oder nach dem Ivlotkühlventil
32 angeordnet sein und wird angewandt, um auch während des Betriebs die Punktion
des Notkühlsystems zu prüfen.
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Die Ventile 31 und 32 liegen zweckmäßigerweise nahe beieinander, so
daß das verbindende Rohr 30 kurz ist. Bei einer Prüfung wird zuerst das Prüfventil
31 geschlossen, wobei ein Stellungsanzeiger anzeigt, daß das Ventil geschlossen
ist.
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Danach wird das Notkühlventil 32 geöffnet und wieder geschlossen,
wobei ein zweiter Stellungazeiger anzeigt, daß Üffhung und Schließung tatsächlich
ausgeführt werden. Schließlich wird
das Prüfventil 31 wieder geöffnet,
wobei dessen Stellungsanzeiger bestätigt, daß das Öffnen erfolgt ist. Dadurch, daß
das die Ventile verbindende Rohr 30 kurz ist, ist das darin eingeschlossene Gasvolumen
mit hohem Druck klein, was zur Folge hat, daß bei einer Prüfung nur ein sehr kleiner
Teil des Notkühlwassers vom Wasserbehälter 29 in den Reaktor 1 strömt. Nach der
Prüfung kann die geringe Gasmenge, die sich in dem Behälter befindet, durch eine
nicht gezeigte, mit Ventil versehene Leitung abgelassen werden. Dabei wird der Wasserbehälter
automatisch wieder vollständig mit Wasser vom Rektor gefüllt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen und in den Zeichnungen
gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Z. B.
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können Wasserbehälter 29 und Gasflaschen 36 durch andere Mittel mit
entsprechender Wirkung ersetzt werden. Man kann z. B.
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beim Auslösen einer Notkühlung das Notkühlwasser aus einem Bassin
für verbrauchten Brennstoff entnehmen und es mit Hilfe einer Pumpe unter Druck setzen.
Man kann das Kühlwasser auch unter Druck in einem oder mehreren Druckakkumulatoren
lagern.