DE2222432A1

DE2222432A1 - Kernreaktor

Info

Publication number: DE2222432A1
Application number: DE19722222432
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl-Ing Aleite; Erich Dipl-Ing Klar; Hans-Gerd Spillekothen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-05-08
Filing date: 1972-05-08
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE2222432B2; DE2222432C3; SE397895B; CH550470A; US3930936A; GB1426267A

Description

-5. MM 1972

SIEMENS AKTIENGESELISCHAFT Erlangen, den ■ Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

2222432 ^{VPA 72}/9⁴⁵⁵ Sm/Hgr

Kernreaktor. ' . ■

Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung von Betriebsgrößen im Reaktorkreislauf, insbesondere der Neutronenflußdiohte im Reaktorkern, mit im Kreislauf und Reaktorkern fest angeordneten Detektoren und mit beweglichen Sonden, die kurzzeitig in den Reaktorkern eingefahren sind. Die Sonden hat man bisher üblicherweise nach einem bestimmten Zeitplan in den Reaktor eingefahren,,so beispielsweise in Intervallen von Tagen oder Bruchteilen davon. Das Auswerten der Meßergebnisse geschieht beim Einfahren der Sonden in den Kern bzw. nach dem Ausfahren aus dem Reaktorkern. Daraus ergibt sich notwendigerweise ein unstetiger, intermittierender Fluß der Meßwerte. Die fest angeordneten Detektoren kann man zur Regelung des Reaktors, insbesondere zur Schnellabschaltung für den lall unzulässiger Beanspruchungen benutzen, weil sie ununterbrochen Meßwerte liefern können.

Ziel der Erfindung ist es, die für den Kernreaktor vorgesehenen Meßeinrichtungen ohne erhöhten Aufwand besser als bisher auszunutzen. Erfindungsgemäß gelingt das dadurch, daß das Einfahren der Sonden durch die fest angeordneten Detektoren bei bestimmten Meßwerten ausgelöst wird.

Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß im Reaktorkern fest angeordnete Detektoren wegen des großen Aufwandes nur in verhältnismäßig geringer Zahl vorgesehen werden können, so daß die räumliche Auflösung zu wünschen übrig läßt. Bewegliche Sonden, die an sich eine umfassendere Messung in einem größeren räumlichen Bereich gestatten, stehen dagegen nicht jederzeit zur Verfügung. Demgegenüber gestattet die Erfindung eine erheblich genauere Untersuchung des Reaktorzustandes zu bestimmten Zeiten, insbesondere im G-efahrenfall. Die fest angeord-

309847/0111 ' - - 2 -

- 2 - VPA 72/9433

neten Detektoren dienen dabei nur noch zur groben Überwachung des normalen Betriebszustandes und zur Auslösung einer genauen Messung für jeden vom Normalen abweichenden Betriebsfall mit Hilfe der beweglichen Sonden.

Die Erfindung läßt sich besondere günstig so verwirklichen, daß die beweglichen Sonden einen elektrisch steuerbaren Antrieb aufweisen und daß der Antrieb durch ein elektrisches Kommando der fest angeordneten Detektoren betätigt wird. Der elektrisch steuerbare Antrieb kann ein Motorantrieb oder ein Magnetantrieb sein. Unter einem elektrisch steuerbaren Antrieb soll aber auch eine pneumatische oder hydraulische Betätigung verstanden werden, die mit Hilfe von Magnetventilen durch elektrische Kommandos gesteuert wird.

Mit Vorteil kann man mehrere Detektoren vorsehen, die bei unterschiedlichen Meßwerten unabhängig voneinander das Einfahren der Sonden auslösen. Dabei können die Meßwerte einer einzigen Betriebsgröße, insbesondere der Neutronenflußdichte, der Höhe nach gestaffelt sein, so daß eine Auslösung im Gefahrenfall dadurch sichergestellt ist, daß beim Versagen des Detektors mit dem höchsten Ansprechwert der Detektor mit dem nächstniedrigeren Meßwert das Kommando für das Einfahren gibt.

Zweckmäßig ist den Sonden eine Sperre, vorzugsweise ein Relais als elektrisch steuerbare Sperre zugeordnet, um eine von den Detektoren ausgelöste Wiederholung des Einfahrens zu unterbinden. Dies bedeutet, daß ein von einem Detektor auf Grund des Betriebszustandes des Kernreaktors aufrechterhaltenes Kommando zum Einfahren der Sonden nur ein einmaliges Einfahren bewirken kann. Auf diese Weise läßt sich ein ständig wiederholtes Einfahren verhindern, das zur Aufklärung des Betriebszustandes nicht erforderlich ist und u.U. die beweglichen Sonden mechanisch stark beanspruchen könnte. Die Sperre kann von Hand lösbar sein, sie kann aber auch vorteilhaft zeitabhängig lösbar ausgebildet sein, um unabhängig vom Bedienungspersonal ein erneutes lösen zu ermöglichen, das in bestimmten Zeitabständen

30 98 47/0111

- 3 - VPA 72/9433

genaue Messungen ergibt, solange ein unnormaler Betriebszustand vorliegt. Man kann auch eine zeitabhängig lösbare Sperre zusätzlich von Hand lösbar gestalten, um in besonderen Fällen eine schnelle wiederholte Messung mit Hilfe der beweglichen Sonden zu erreichen.

Die Erfindung kann auch so verwirklicht werden, daß für ein System beweglicher Sonden eine mehrfache Auslösung insbesondere nach dem 2-von-3-System vorgesehen ist. Unter Umständen kann es ausreichen, nur den größeren Teil der in einem Reaktor vorhandenen beweglichen Sonden durch Meßwerte der fest angeordneten Detektoren zu steuern, während einige wenige in bekannter Weise, so z.B. nach einem festen Zeitplan, in Bewegung gesetzt werden.

An Hand der beiliegenden figuren wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt Pig. 1 in vereinfachter Darstellung einen Druckwasserleistungsreaktor für beispielsweise 200 oder mehr MWe, dessen Reaktordruckbehälter 1 einen gestrichelt angedeuteten Reaktorkern 2 enthält. Im Reaktorkern sind Detektoren 5, 5' für die Neutronenflußdichte stationär angeordnet. Sie sind über Meßleitungen 6, 6' mit einer Meßeinrichtung 7 außerhalb des Reaktordruckbehälters 1 verbunden. Ein üblicher Kernreaktor der angegebenen Größe weist etwa 20 bis 50 solcher festen Detektoren 5 auf, die über den Reaktorkern 2 verteilt sind.

Durch den Reaktordruckbehälter 1 und den Reaktorkern 2 ist ferner ein Rohrsystem 10 für bewegliche Sonden 12 geführt, die in der Darstellung der Fig. 1 in Meßrohren 11 außerhalb des Druckbehälters 1 angedeutet sind. Die Sonden 12 können aktivierbare Kugeln oder verfahrbare Inkerndetektoren (Miniatur-Ionisationskammern, (n;/*)-Detektoren) sein. Es kann sich auch vorteilhaft um flexible längliche Körper, z.B. Schraubenfedern aus aktivierbarem Material handeln, die an den Enden abgerundete Kappen tragen und im Gegensatz zu Kugelreihen stets eine gleichbleibende länge aufweisen.

309847/0111 . -4-

- 4 - VPA 72/9433

Die beweglichen Sonden 12 werden beim Ausführungsbeispiel pneumatisch verfahren. Zu diesem Zweck ist an den Meßrohren pt ein Magnetventil 15 angeordnet. Ein weiteres Magnetventil 16 führt zu einer Verzweigung 17, an die die dem Reaktorkern zugeordneten Rohrenden 19 angeschlossen sind. Beim Öffnen der Ventile 15 wird Diuckluft in die Meßrohre 11 gegeben, so daß die beweglichen Sonden 12 durch das Rohrsystem 10 in die Aktivierungsstellung im Reaktorkern 2 gelangen. Nach einer Aktivierungszeit, die üblicherweise höchstens wenige Minuten beträgt, wird das Ventil 16 geöffnet, so daß die Druckluft, die nach dem Schließen der Ventile 15 in die Rohrenden 19 eintritt, die beweglichen Sonden 12 wieder in die gezeichnete Meßstellung befördern. Dort wird das Maß der Aktivierung mit bekannten, nicht weiter dargestellten Meßeinrichtungen eines Meßtisches festgestellt.

Wie man sieht, ist am Meßgerät 7, das den fest im Reaktorkern angeordneten Detektoren 5, 5' zugeordnet ist, eine Wirkungslinie 20 angedeutet, die zu einem Umsetzer 21 führt. Der Umsetzer 21 bewirkt, abhängig von der Größe des Meßwertes der Sonde 5, eine elektrische Betätigung der beweglichen Sonden 12, da er elektrisch, wie durch die Wirkungslinie 22 angedeutet ist,jedes Ventil 15 öffnet. Die Sonden 12 werden also in Abhängigkeit von einem Grenzwert der Sonden 5, 5¹ in Bewegung gesetzt. Die Grenzwerte der Sonden 5, 5' haben zweckmäßig eine etwas unterschiedliche Größe.

Die Betätigungseinrichtung 21 liefert die zur Steuerung der Ventile 15 und 16 erforderliche Energie. Im Prinzip können die Ventile 15 und 16 gleichzeitig, d.h. durch das Ansprechen einer Sonde angeregt werden, wenn man durch ein Zeitrelais 25 dafür sorgt, daß das Ventil 16 erst nach einer bestimmten Zeit, die für die Aktivierung der beweglichen Sonden 12 ausreicht, und nach dem Schließen des Ventils 15 geöffnet wird, damit die Sonden 12 ohne Gegendruck wieder in die gezeichnete Meßstellung gelangen.

Durch die erfindungsgemäße Steuerung erhält man ein wesentlich

309847/0111

- 5 - VPA 72/9433

genaueres Bild der Vorgänge im Reaktor gerade dann, wenn eine vom Normalen abweichende, u.U. kritische Situation' eintritt. Die Vergrößerung der Genauigkeit läßt sich daran ermessen, daß die Zahl der mit beweglichen Sonden 12 erreichbaren Meßpunkte Üblicherweise das 15 bis 30-fache der Meßpunkte beträgt, die mit fest angeordneten Detektoren besetzt sind.

In Pig. 2 ist ausschnitteweise ein Schaltplan dargestellt, der die elektrische Steuerung der beweglichen Sonden 12 erkennen läßt. Dabei ist die in der Pig. 1 durch die Wirkungslinie 20 bezeichnete Leitung 28 zu einem Grenzwertmelder 29 geführt, der der Betätigungseinrichtung 21 in Pig. I entspricht. Der Grenzwertmelder 29, der beispielsweise bei unzulässiger Schieflast im Reaktorkern 1 anspricht, schließt einen Kontakt 30 eines Steuerkreises 31. Im Steuerkreis 31 liegt ein von Hand lösbares Sperrelais 32 sowie ein von einem Zeitrelais 33 gesteuerter Kontakt 34- in Reihe mit dem Kontakt 30. Das Zeitrelais 33 wird vom Grenzwertmelder 29 in Gang gesetzt, wie durch die Wirkungslinie 36 angedeutet ist. Beim Ansprechen des Zeitrelais 33 leuchtet eine Signallampe 38 auf, die mit einer Quittiertaste 39 gelöscht werden kann.

Parallel zum Steuerkreis 31 ist beim Ausführungsbeispiel ein gleich aufgebauter Steuerkreis 40 vorgesehen, dessen Grenzwertmelder 41 beispielsweise auf den zulässigen maximalen leietungswert des Reaktors eingestellt ist. Ähnliche Grenzwertmelder kann man für die örtliche, sowie für die gesamte Neutronenflußdichte, für den zulässigen Wert des Kühlmitteldruckes u.dgl. vorsehen.

Beim Ansprechen eines der Steuerkreise31, 40 usw., die von den feststehenden Detektoren 5, 5' gespeist werden, kommt Spannung zu einer elektrischen Betätigungseinrichtung 45 für ein System beweglicher Sonden. Zur Betätigungseinrichtung gehört eine Leiterschleife 46 mit einem Verriegelungsschalter 47, der zu schließen ist, wenn die Betätigung der beweglichen Sonden 12 von den feststehenden Detektoren 5 gesteuert werden soll.

309847/0111 * .

— D —

- 6 - YPA 72/94-33

Parallel zum Schalter 47 kann Spannung über eine zweite Schleife 4-8 mit einem Schutzschalter 49 gegeben werden, der von
Hand geschlossen wird, wenn die Kugelmeßsonden in einem besonderen Fall nicht durch die beweglichen Detektoren, sondern von Hand betätigt werden sollen.

Wie man sieht, erfordert die Verwirklichung der Erfindung keinen nennenswerten Mehraufwand gegenüber den bisher ohnehin vorhandenen Meßeinrichtungen. Dennoch ergibt sich eine erheblich
verbesserte Genauigkeit der Erfassung der Betriebsgrößen des
Reaktors, die gerade im Gefahrenfalle erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Steuerung der beweglichen Sonden 12 kann
auch redundant, z.B. nach dem 2-von-3-System ausgeführt
sein.

7 Patentansprüche
2 Figuren

- 7 _ 309847/01 ti

Claims

- 7 - VPA 72/9433 Patentansprüchet

1.) Kernreaktor mit einer Meßeinrichtung zur Bestimmung von Betriebsgrößen im Reaktorkreislauf, insbesondere der Neutronenflußdichte im Reaktorkern, mit im Kreislauf und Reaktorkern feat angeordneten Detektoren und mit beweglichen Sonden, die zeitweilig in den Reaktorkern eingefahren sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfahren der Sonden (12) durch die fest angeordneten Detektoren (5»5 *) bei bestimmten Meßwerten ausgelöst wird.

2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Sonden (12) einen elektrisch steuerbaren Antrieb (15,16) aufweisen und daß der Antrieb durch ein elektrisches Kommando der fest angeordneten Detektoren (5,5') betätigt wird.

3. Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Detektoren (5,5') bei unterschiedlichen Meßwerten unabhängig voneinander das Einfahren der Sonden (12) auslösen.

4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß den Sonden (12) eine Sperre (Kontakt 34), vorzugsweise ein Relais (33) zugeordnet ist, um eine von den Detektoren (5,5') ausgelöste Wiederholung des Einfahrens zu unterbinden.

5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre von Hand lösbar ist.

6. Kernreaktor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperre (34) zeitabhängig lösbar ist.

7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine mehrfache Auslösung, insbesondere nach dem 2-von-3-System.

09847/011-1

Lee rs e

it