DE2131377B2 - Kernreaktor mit Notkühlsystem - Google Patents

Description

Spalt 7 mündenden Einlaß, einen in den unteien 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.

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 Antriebsorgan 16 für den Steuerstab. Unter dem Kern 2 läuft der Steuerstab in einem Steuerstableitrohr 17, das oben mit einer Kassettenabstellplalte 18 (siehe Fig. 3) für vier quadratisch angeordnete Brenns! Mkassetten 3 versehen ist. zwischen denen sich ein kreuzförmiger Spalt 19 befindet. In diesem Spalt kann der gezeigte Steuerstab 15, der ebenfalls einen kreuzförmigen Querschnitt hat, verschoben werden.

Die Kassettenabstellplatte 18, die einen quadratischen Querschnitt hat, hat vier an den Ecken eines Quadrats angeordnete runde Löcher 20 zur Aufnahme der unteren Enden von Brennstoffkassetten und ein zentrales kreuzförmiges Loch 21 für den Durchgriff des Steuerstabes 15. Die Kassettenabstellplatten 18 bilden zusammen den Kernboden 4.

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, nämlich einem Oberteil 23, das einstückig mit der Kassettenabstellplatte 18 ausgebildet sein kann u^d die Einpressungen 22 aufweist, einem geraden, kreiszylindrischen Zwischenteil 24 und einem unteren Übergangsteil 25, das von einsm Steuerorganrohr 26 getragen wird, das durch den Boden des Reaktordruckgefäßes 6 geht und an diesem in einem nach innen gerichteten Stutzen 27 (F i g. 4) befestigt ist.

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.

Das Notkühlwasser wird normalerweise in einem mittels einer Warmhaltungsschlange 45 erwärmten Behälter 29 aufbewahrt, der gemäß F i g. 1 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 Notkühlwasser 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.

Fig.?. zeigt, daß die Hauptleitung 33 in mehrere Zweigleitungen 34 aufgeteilt werden kann, die außerhalb des Reaktordruckgefäßes 6 an die Steuororganrohre 26 angeschlossen sind. Das Steuerorganrohr 26 ist dabei derart doppelwandig, daß zwischen seinen Wänden 26' und 26" ein ringförmiger Spalt 35 verbleibt. Wie aus F i g. 4 genauer zu ersehen ist, verbindet der Spalt 35 die ringförmige Verteiluiiiiskammer 27 mit der Zweigleitung 34.

Die Verteilerrohre 28, die von der Verteilungi,-kammer 27 ausgehen, führen durch den unteren

ίο übergangsteil 25 zur Innenseite des Steuerstableitlohres 17 und durch den Oberteil 23 zur Außenseite des Steuerstableitrohres 17. Wie aus F i g. 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 gerichte' ·.. Löcher 41 zu einem zwischen der Drosselscheibe urd dem unteren Ende der Brennstoffkassette befindlichen Bereich geleitet. Die Drosselscheibe hat die Form einer gewöhnlichen Meßblende und wird mittels mehrerer vom Umfang d.-r Scheibe ausgehenden axialen Federzungen 38 in der gewünschten Lage gehalten, wobei jede Federzunge 38 mit einem Halteteil 39 versehen ist, der in eine in dem Loch 20 angeordnete Ringnut 40 eingreift.

Das Notkühlventil 32 öffnet sich auf Grund eines Signales einer Steuereinheit 42 an sich bekannter Art. Die Steuereinheit entscheidet auf Grund der ankommenden Meßwerte, ob eine Notkühlung ausgelöst werden soll oder nicht. In F i g. 1 ist nur eine von einer Neutronenflußmeßsonde im Kern zu der Steuereinheit führende Signalleitung 43 angedeutet sowie eine von der Steuereinheit zu dem NotHihlventil führende Signalleitung 44.

Das in den Gasflaschen 36 enthaltene Gas kann

<o z. B. Stickstoff mit einem Druck von etwa 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 zweckmäßig, eine Mischung von Stickstoff und Wasserstoff zu verwenden, wobei der Wasserstoffgehalt etwa 5 %> betragen sollte, um sowohl eine Sauerstoffixierung am Stickstoff im Reaktor und die daraus folgende Bildung von Salpetersäure als auch eine Explosionsgefahr beim Vermischen mit Luft zu vermeiden.

Das Prüfventil 31 kann in der Leitung 30 vor oder nach dem Notkühlventil 32 angeordnet sein und wird angewandt, um auch während des Betriebs die Funktion des Notkühlsystems zu prüfen. Die Ventile 31 und 32 liegen zweckmäßigerwe.ise nahe beieinander, so daß das verbindende Rohr 30 kurz ist. Bei einer Prüfung wird zuerst das Prüfventil 31 geschlossen, wobei ein Gtellungsanzeiger anzeigt, daß das Ventil geschlossen ist. Danach wird das Notkühlventil 32 geöffnet und wieder geschlossen, wobei ein zweiter Stellungsanzeiger anzeigt, daß öffnung 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

int. Nach der Prüfung kann die geringe (lasge, die sich in dem Behalter befindet, durch eine it gezeigte, mit Ventil versehene Leitung abgelaswerden. Dabei wird der Wasserbehälter aulomai wieder vollständig mil Wasser vom Reaktor

ei der lirliudung können Wasserbehälter 2'J und Gastlaschen .16 durch andere Mittel mit entsprechender Wirkung ersetzt werden. Man kann ι. U. beim Auslösen einer Notkühlung das Notkühlwasser aus einem IJassin für verbrauchten Brennstoff entnehmen und es mit Hilfe einer Pumpe unter Druck setzen. Man kann das Kühlwasser auch unter Druck in einem oder mehreren Diuckakkunuilatoren lagern.

Hierzu I Hlat! Zeichnungen

Claims (1)

1 2

zösische Patentschrift 1 490 229) ist zur Notkühlung

Patentanspruch: ein zusätzlicher Dampfkreislauf vorgesehen, mit dem

Kühldampf unmittelbar in den Reaktorkern einge-

Kernreaktor mit einem Druckgefäß, das einen leitet wird. Wie die Verteilung des Kühlmittels im

Boden, einen im Reaktordruckgefäß angeordneten 5 Reaktorkern vorgenommen wird, ist aus der genann-

Kern mit mehreren vertikalen Brennstoffkassetten. ten Patentschrift nicht zu ersehen. Die Zeichnung der

mehrere vertikale Steuerstableitrohre. die sich Patentschrift zeigt keine vertikal angeordneten Steuer-

vom Kern nach unten zum Boden des Druck- stäbe oder Steuerstableitrohre. In dem zusätzlichen

gefäßes hin erstrecken, sowie Mittel für die Not- Kreislauf ist mindestens ein Wärmeaustauscher an-

kühlung (Notkühlungsmittel) des Reaktorkerns io geordnet, der dem Kühldampf Wärme entzieht

durch Einspritzen von Wasser in denselben auf- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

weist, wobei eine Zuführleitung am unteren Ende Kernreaktor der eingangs genannten Art so auszu-

des Reaktorgefäßes in dieses mündet und Mittel bilden, daß für die Notkühlung bestimmtes Wasser

für die Zufuhr von Kühlwasser vorgesehen sind, bei möglichst geringer Störung der normalen Strö-

dadurch gekennzeichnet, daß die Not- t₅ mungen im Reaktor direkt in den Kern eingeführt

kühlungsmittel (27 bis 35) eine am unteren Ende we-den kann.

jedes Steuerstabieitrohres (17) angeordnete Ver- Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch leüungskammer (27) und von dieser ausgehend gelöst, daß die Notkühlungsmittel eine am unteren nach oben leitende Verteilerrohre (28) aufweisen. Ende jedes Steuerstabieitrohres angeordnete Verwobei die Verteilerrohre (28) direkt oder indirekt 20 teilungskammer und von dieser ausgehend nach oben am unteren Lide einer Brennstoffkassette (3) leitende Verteilerrohre aufweisen, wobei die Vermünden, teilerrohre direkt oder indirekt am unteren Ende

einer Brennstoffkassette münden.

Da bei einem so ausgebildeten Reaktor das Not-15 kühlungsmittel in der gleichen Richtung strömt wie

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kernreaktor das Normalkühlmittel, erhält man ein günstigeres

mit einem Druckgefäß, das einen Boden, einen im Strömungsbild, wodurch eine gleichmäßigere und

Reaktordruckgefäß angeordneten Kern mit mehreren wirksamere Kühlung als bisher erreicht wird. Die

vertikalen Brennstoffkassetten, mehrere vertikale Verteilerrohre leiten das Kühlwasser unmittelbar in

Steuerstableitrohre, die sich vom Kern nach unten 30 die Brennstoffkassetten, was eine besonders wirksame

zum Boden des Druckgefäßes hin erstrecken, sowie Wärmeabfuhr ermöglicht, weil die Wärme am Ort

Mittel für die NoUuhlung (Notkühlungsmittel) des ihrer Entstehung direkt vom Kühlmittel aufgenom-

Reaktorkerns durch Einspritzen vo\ Wasser in den- men wird.

selben aufweist, wobei eine Zu^führleitung am unteren Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nach-

Ende des Reaktorgefäßes in dieses mf idet und Mittel ₃₅ folgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert,

für die Zufuhr von Kühlwasser vorgesehen sind. Es zeigt

Es ist von größter Wichtigkeit, daß der Kern in F i g. 1 schematisch den unteren Teil eines mit einem Reaktor wirksam gekühlt wird, vor allem in einem Notkühlsystem versehenen Reaktors,
verschiedenen Notlagen, so z. B. bei einem Bruch im Fig. 2 eine Variante für die Zuführung des Not-Primärkreis des Kühlmittels. Bei wassergekühlten ₄₀ kühlwasser zum Reaktor,

Reaktoren geht dabei ein großer Teil des Kühlwassers Fig. 3 von oben zwei aneinandergrenzende

als Dampf verloren und muß ersetzt werden. Nach Kassettenaufstellplatten, von denen jede am oberen

einem früheren Vorschlag ist dem Kern eines Siede- Ende eines Steuerstabieitrohres liegt und mit vier an

wasserreaktors Notkühlwasser von oben durch Düsen den Ecken eines Quadrats angeordneten runden

in einem doppelwandigen Deckel eines den Kern um- ₄₅ Löchern versehen ist, die die unteren Enden von vier

gebenden Moderatorgefäßes zugeführt worden, d. h. Brennstoffkassetten aufnehmen sollen und ein zentra-

in einer Richtung, die der Richtung des normalen i_es kreuzförmiges Loch für den Steuerstab aufweist

Kühlwasserstromes entgegengesetzt ist. Dabei ent- _und

steht eine instabile Strömung, da in großen Teilen F i g. 4 in teilweisem Axialabschnitt nach der Linie des Kerns warmes Wasser und Dampf nach oben ₅₀ IV-IV in F i g. 3 zwei nebeneinander stehende Steuersteigen, während in anderen Teilen des Kerns kaltes stableitrohre mit Verteilungskammer und Verteilungs-Wasser nach unten sinkt. roh. en für das Notkühlwasser.

Bei einem bekannten Kernreaktor der eingangs Der in F i g. 1 gezeigte Reaktor 1 ist ein Siedegenannten Art (französische Patentschrift 1 570 268) wasserreaktor. Der Reaktorkern 2 ist wie üblich aus wird das Notkühlwasser unmittelbar in den Druck- ₅₅ Brennstäben aufgebaut, die zu Brennstoffkassetten 3 behälter eingeleitet, und zwar in Abhängigkeit von zusammengesetzt sind, von denen nur zwei angedeudem im Reaktorgefäß herrschenden Wasserstand. tet wurden. Die Brennstoffkassetten haben einen qua-Wenn dieser ein vorgegebenes Maß unterschritten dratischen Querschnitt und werden von einem Kernhat, wird die Zuführung von Notkühlwasser in Gang boden 4 gertagen. Der Kern ist von einem Moderagesetzt. Zum Zuführen des Notkühlwassers ist eine 60 torgefäß 5 umgeben, das wiederum von einem Reakturbinengetriebene Pumpe vorgesehen, die mit Hilfe tordruckgefäß 6 so umgeben wird, daß zwischen den von aus dem Reaktorbehälter abgelassenem Dampf Gefäßen S und 6 ein rohrförmiger, vertikaler Spalt 7 betrieben wird. Hierdurch soll die Kühlwasserzufuhr besteht. Im unteren Teil des Spaltes sind mehrere unabhängig von einer äußeren Energiequelle sein. reaktorinterne Umwälzpumpen 8 angeordnet, von Über eine unmittelbare Einführung von Notkühl- 65 denen nur eine gezeigt ist. Jede Pumpe hat einen wasser in den Reaktorkern ist der genannten fianzö- außerhalb des Reaktordruckgefäßes angeordneten sischen Patentschrift nichts zu entnehmen. Motor 9, eine vertikale Pumpenwelle 10, ein Pumpen-Bei einem weiteren bekannten Kernreaktor (fran- gehäuse 11 mit gekrümmtem Durchlaß, einen in den