DE2220486A1

DE2220486A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2220486A1
Application number: DE2220486A
Authority: DE
Inventors: Jan Ropers; Hans-Peter Dipl Ing Schabert; Erich Strickroth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Schabert Hans-Peter Dipl-Ing Ropers Johann 8
Priority date: 1972-04-26
Filing date: 1972-04-26
Publication date: 1973-11-15
Also published as: IT983969B; DE2220486B2; JPS4947790A; US3928133A; FR2182110A1; SE414092B; JPS565360B2; FR2182110B1; ATA365973A; GB1413007A; NL7304996A; DE2220486C3; ES414050A1; AT342722B; CH548092A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einem Reaktordruckbehälter aus Stahl und einem diesen umgebenden biologischen Schild aus Beton, an dem eine Kühlung vorgesehen ist. Die Kühlung soll die vom Reaktordruckbehälter her in den Beton einströmende und die im Beton selbst durch Gammastrahlung freigesetzte Wärme abführen, um die Festigkeit des Betons zu erhalten. Bisher wurde die Kühlung in dem Zwischenraum zwischen Schild und Druckbehälter vorgenommen. Da dort eine erhebliche Strahlenbelastung vorliegt, durchlief z.B. als Kühlmittel verwendete Kühlluft einen besonderen geschlossenen Kühlkreis, um eine Kontamination des Reaktorgebäudes durch Radioaktivität, z.B. durch eine durch Neutronenstrahlung entstehende Argonaktivierung zu verhindern. Solche geschlossenen Systeme erfordern jedoch eigene Gebläse und sind nur mit einigem Aufwand gegen Ausfall zu sichern. Deshalb sucht die Erfindung neue Wege zur Vereinfachung der sogenannten Schildkühlung.

Gemäß der Erfindung umfaßt der biologische Schild zwei konzentrische Teile, zwischen denen ein Spalt besteht, durch den ein Kühlmittel zirkuliert. Dadurch erhält man eine Kühlmittelführung innerhalb des Schildes, die durch den inneren Teil des Schildes (Innenschild) gegen Neutronen-Strahlung soweit geschützt ist, daß keine unzulässige Aktivierung mehr vorkommen kann. Zu diesem Zweck sollte die Wandstärke des Innenschildes mindestens 20 cm betragen.

Andererseits wird man im Hinblick auf die Kühlung die Wandstärke des Innenschildes so dünn wie möglich halten. Jedenfalls muß die Kühlung von der dem Reaktordruckbehälter abgekehrten Seite her ausreichen, die zulässige Temperaturen auch

3098A6/0087

- 2 - VPA 72/9428

auf der dem Druckbehälter zugekehrten Seite des Betons einzuhalten. Wie gefunden, ist es günstig, wenn der innere Teil 60 bis 70 cm stark ist.

Das Kühlmittel braucht bei der Erfindung keinen geschlossenen Kreis zu durchlaufen, der eigene Gebläse erfordert. Vielmehr kann man als Kühlmittel die für das Reaktorgebäude ohnehin vorgesehene sogenannte Umluft verwenden, bei der man nicht mit einer gefährlichen Aktivierung rechnet. Es ist aber auch denkbar, daß ein von Luft verschiedenes Gas, z.B. GO₂ oder Np etwa wegen seiner Feuersicherheit eingesetzt wird.

Während die Dicke des inneren Schildteiles nach der notwendigen Schirmwirkung bemessen wird, die eine Aktivierung des Kühlmittels verhindert, kann der äußere Schildteil als alleiniger Träger von Bauteilen dienen, die den Reaktordruckbehälter umgeben. Der innere Schildteil kann praktisch kräftefrei bleiben. Vorteilhafterweise kann er aber auf seiner Innenseite unmittelbar eine Wärmeisolierung tragen, die bisher zumeist dem Reaktordruckbehälter zugeordnet oder freistehend zwischen diesem und dem Beton des Schildes aufgestellt war. Zwischen dem Reaktordruckbehälter und der Wärmeisolierung bleibt jedoch ein Zwischenraum, der für Wiederholungsprüfungen am Reaktordruckbehälter zum Einführen von Sonden zur Verfügung steht. Dieser Zwischenraum ist abgeschlossen und steht daher nicht mit dem umlaufenden Schildkühlmittel in Verbindung. Der Zwischenraum kann z.B. mit ruhender Luft gefüllt sein.

Der innere Schildteil kann Kühlmittelrohre enthalten, die zusätzlich zu der Kühlung von der Außenseite her wirken und auch in relativ dickwandigen Betonstücken eine niedrige Temperatur einzuhalten gestatten. Solche Kühlmittelrohre können vorteilhaft den Boden des Reaktordruckbehälters U-förmig umgeben, damit eine dort z.B. im Hinblick auf den GaU vergrößerte Wandstärke keine unzulässigen Erwärmungen mit sich bringt. Die Kühlmittelrohre sollen jedoch gegenüber dem Reaktordruck-

309846/008 7 _₃_

- 3 - VPA 72/94.28

behälter durch eine Betonschicht von mindestens 10 cm, vorzugsweise 30 bis 50 cm Stärke abgedeckt sein. Dabei kann man den Durchmesser der Kühlmittelrohre entsprechend einer gleichmäßigen Temperaturverteilung abstufen, so daß bei gegebenem Kühlmitteldruck die gewünschte Wärmemenge abgeführt wird. An mit luft gespeiste Kühlmittelrohre kann man ferner eine Bewässerungsleitung anschließen.

Bei der Erfindung führen relativ große Querschnitte (beispielsweise 1Om^) vom Spalt zwischen den Schildteilen ins Freie. Diese Querschnitte ergeben eine vorteilhafte Druckentlastung bei einem Unfall, bei dem das Kühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter oder den daran angeschlossenen Hauptkühlmittelleitungen austritt. Unter Umständen empfiehlt es sich aber, durch Einbauten«dafür zu sorgen, daß der in die Reaktorgrube, also den vom biologischen Schild eingeschlossenen Raum, der den Reaktordruckbehälter aufnimmt, führende Querschnitt nur eine begrenzte Größe erreichen kann, damit die beim Austreten des Kühlmittels entstehenden Drücke in der Reaktorgrube klein bleiben. Zu diesem Zweck empfiehlt es sich, daß vom Reaktordruckbehälter ausgehende Hauptkühlmittelleitungen im Bereich , des Spaltes von einem Doppelrohr umgeben sind., das vorzugsweise lösbar, insbesondere teleskopierend angeordnet ist. Das Doppelrohr wird zweckmäßig in dem die Hauptkühlmittelleitung umgebenden Beton des äußeren Schildteiles festgelegt, z.B. in einem Mauerrohr gefaßt. Zwischen beiden Rohren kann eine Kühlgasströmung verlaufen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einem Vertikalschnitt durch einen Kernreaktor der Druckwasserbauart einen Reaktordruckbehälter 1, der aus Stahl besteht und von einem biologischen Schild 2 umgeben ist. Der biologische Schild 2 besteht aus Beton. Er begrenzt die sogenannte Reaktorgrube 26 und ergibt die Abschirmung gegen die vom Reaktordruckbehälter 1 ausgehende Strahlung,

309846/0087

- 4 - VPA 72/9428

insbesondere die Neutronenstrahlung. Der biologische Schild 2 umfaßt zwei konzentrische, im wesentlichen zylindrische Schildteile 3 und 4, von denen nur der äußere Schildteil 4 mit dem Beton der weiteren Teile des Reaktorgebäudes innerhalb der stählernen Sicherheitshülle 9 vereinigt ist, so daß er ala tragender Bauteil dient. Der sogenannte Innensohild 3 ist dagegen ein besonderer Teil ohne tragende Punktion. Zwischen den beiden Schildteilen 3>4 ist ein Spalt 5 vorhanden, der nioht oder nur an wenigen Stellen durch vertikale Stützrippen unterbrochen ist, die unterhalb des Reaktordruckbehälters Kühlkanäle 25 bilden.

Durch den Spalt 5 und die Kanäle 25 wird Kühlluft geführt, wie durch die Pfeile 6 angedeutet ist. Die Kühlluft ist ein Teil der innerhalb der Sicherheitshülle 9 umgewälzten sogenannten Umluft. Sie umspült den äußeren Schildteil 4 auf beiden Seiten, den Innenschild 3 dagegen nur auf dessen Außenseite 7. Auf Grund der relativ geringen Wandstärke, die für den inneren Schildteil 3 mit 65 cm nur halb so groß ist wie die 125 cm des äußeren tragenden Schildteiles 4, reicht die einseitige Kühlung jedoch aus, unzulässige Erwärmungen zu verhindern, zumal die Wärmebelastung durch eine Wärmeisolierung 8 auf der dem Reaktordruckbehälter 1 zugekehrten Seite des Innenschildes 3 verringert ist. Die Wärmeisolierung 8 trennt zugleich die durch die Pfeile 6 angedeutete umlaufende Kühlluft von stehender luft im Zwischenraum 11 der Reaktorgrube26 zwischen dem Innenschild 3 und dem Reaktordruckbehälter 1.

Das durch den inneren Schildteil 3 gegenüber dem Reaktorkern 14 abgeschirmte Kühlmittel kann nicht in gefährlichem Ausmaß aktiviert werden und wird deshalb durch Kanäle 10 unmittelbar ins Reaktorgebäude entlassen. Außerdem kann die Kühlluft durch Ringspalte 28 entlang den Hauptkühlmittelleitungen 21 entweichen, die am Kühlmittelstutzen 27 des Reaktordruckbehälters 1 angeschweißt sind und durch den Beton des äußeren Schildteiles 4 zu Dampferzeugern 13 führen. Die Kanäle 10, die Ring-

309846/0087

-R-

- 5 - VPA 72/9428

spalte 28 und eine Einlaßöffnung 30 stehen auch als Auslaßquersehnitte für den Fall zur Verfügung, daß bei einem Unfall Kühlmittel aus dem Reaktordruckbehälter 1 oder den Hauptkühlmittelleitungen 12 austritt. 2ur Begrenzung des in die Reaktorgrube 26 führenden leokquerschnittes sind Einbauten 15 vorgesehen. Die in der Mg. 1 gezeichneten Einbauten sind Doppelrohre im Bereich der Hauptkühlmittelleitungen 12, die von der Wärmeisolierung 8 eng umschlossen werden und auf den Kühlmittelstutzen 27 aufsitzen»

Bei dem in der Pig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, für dessen mit der.Pig. I übereinstimmende Teile gleiche Bezugszeichen verwendet werden, ist der innere Schildteil 3 im unteren Bereich 20 verdickt, um einen stabilen Behälter zu erhalten, der eine verbesserte seitliche Abschirmung besonders im Bereich der Einlaßöffnungen 30 ermöglicht. Um trotzdem die erforderliche Kühlung des Schildteiles 3 zu gewährleisten, sind U-förmige Kühlrohre 22 in den Teil 3 eingebettet, die von Kühlluft durchströmt werden. Die Querschnitte der unterschiedlich langen Kühlrohre 22 können, wie auf der linken Seite des Innenschildes 3 dargestellt ist, im Durchmesser abgestuft sein, damit bei gleichem Differenzdruck jeweils so viel Kühlmittel hindurchgeführt wird, daß die gleiche Endtemperatur erreicht wird.

Pig. 3 zeigt in einer Draufsicht, daß die Kühlrohre 22, die nur durch ihre Längsachsen angedeutet sind, durch eine gemeinsame, quer zu ihnen verlaufende Entwässerungsleitung 23 verbunden sind, die an die tiefste Stelle der Kühlrohre 22 angeschlossen ist. .

In der Pig.2erkennt man genauer das Doppelrohr 15, das die Hauptkühlmittelleitung 12 umgibt und den für einen Austritt von Dampf in die Reaktorgrube 26 zur Verfugung stehenden Querschnitt begrenzt. Zwischen dem für Wiederholungsprüfungen an den Hauptkühlmittelleibnngen 12 teleskopierend zurücki er,- ί-,γ, - i i ohr Lb, -las in einem in den Schildteil 4

- 6 - VPA 72/9428

einbetonierten Mauerrohr 16 festgelegt ist und dem Mauerrohr, bzw. zwischen diesem und der nicht dargestellten Isolierung der Hauptkühlmittelleitung 12 strömt ebenfalls Kühlluft, wie durch den Pfeil 6 angedeutet ist.

16 Patentansprüche
3 Figuren

ύ Ί

Claims

- 2 - sTPA 72/9428

Patentansprüche:

Γΐ.\Kernreaktor mit einem Reaktordruckbehälter aus Stahl und einem diesen umgebenden biologischen Schild aus Beton, an dem eine Kühlung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der biologische Schild (2) zwei konzentrische Teile (3,4) umfaßt, zwischen denen ein Spalt (5) besteht, durch den ein Kühlmittel !zirkuliert.
2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum (11) zwischen dem Reaktordruckbehälter (1) und dem inneren Schildteil (3) abgeschlossen ist.
3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmittel luft ist, die in die Atmosphäre einer den Reaktor einschließenden Sicherheitshülle (9) entlassen wird.
4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des inneren Schildteiles (3.) mindestens 20 cm, vorzugsweise 60 bis 70 cm, beträgt.
5. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schildteil (4) als Träger der den Reaktordruckbehälter (l) umgebenden Bauteile dient.
6. Kernreaktor nach, einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schildteil (3) auf seiner Innenseite eine Wärmeisolierung (8) trägt.
7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Schildteil (3) Kühlmittelrohre (22) und/oder Kühlmittelkanäle enthält.
8. Kernreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelrohre (22) den Boden des Reaktordruckbehälters (l) U-förmig umgeben und gegenüber diesem durch eine Betonschicht von mindestens 10 cm, vorzugsweise 30 bis

309846/0087

8 - VPA 72/9428

50 cm Stärke abgeschirmt sind.
9. Kernreaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kühlmittelrohre (22) entsprechend einer gleichmäßigen Temperaturverteilung abgestuft ist.
10. Kernreaktor nach Anspruch 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, daß an mit Luft gespeiste Kühlmittelrohre (22) eine Entwässerungsleitung (23) angeschlossen ist.
11. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Spalt (5) ins Freie führenden Auslaßquerschnitte durch Einbauten (15) begrenzt sind.
12. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß vom Reaktordruckbehälter ausgehende Hauptkühlmittelleitungen (12) im Bereich des Spaltes (5) von einem Doppelrohr (15) umgeben sind.
13. Kernreaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (15) lösbar, insbesondere teleskopierend angeordnet ist.
14· Kernreaktor nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (15) in dem die Hauptkühlmittelleitung (12) umgebenden Beton des äußeren Schildteils (4-) festgelegt ist.
15. Kernreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Doppelrohr (15) in einem einbetonierten Mauerrohr (16) gefaßt ist.
16. Kernreaktor nach Anspruch 14 oder 15» gekennzeichnet durch Kühlgasströmung zwischen dem Doppelrohr (15) und dem Beton (4) bzw. dem Mauerrohr (16).

309846/008 7