DE2244149A1 - Verfahren zum betreiben eines kernreaktors - Google Patents

Description

• Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors mit einem aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern. Alle bisherigen Verfahren sind darauf abgestellt, eine gleichmäßige Verteilung der Leistung über den Reaktorkern zu erhalten, damit die maximale Leistungsausbeute nicht durch örtliche Überhitzung gefährdet wird.
• Dies gilt auch für Teillastbetriebe, bei denen die Leistung des Reaktorkerns, insbesondere bei Druckwasserreaktoren, durch Steuerstäbe mit einem neutronenabsorbierenden Material verringert wird, die in den Reaktorkern einfahren. Zur Vergleichmäßigung der Leistung hat man u.a. auch sogenannte Teilsteuerstäbe herangezogen, die nur über einen Teil der Kernhöhe mit neutronenabsorbierendem Material versehen sind, alles-in dem Bestreben, die Leistungsdichte so gleichmäßig wie möglich zu machen. Die als Maß für die Gleichmäßigkeit kennzeichnenden Formfaktoren, die bekanntlich die Verhältnisse zwischen der mittleren und der örtlichen Leistungsdichte bezeichnen, betragen bei modernen Reaktoren zur industriellen Energieerzeugung meist weniger als 1,5.
• Die Erfindung bezweckt ebenfalls die maximale Ausnutzung der im Reaktorkern eines Kernreaktors enthaltenen Energie. Erfitdungsgemäß wird zu diesem Zweck jedoch in völliger Abkehr von den bisherigen Vorstellungen vorgeschlagen, daß bei Teillast ein mehrere Brennelemente umfassender Bereich des Reaktorkernes unter Verwendung von Mitteln zur Leistungssteuerung mit Vollast entsprechender Leistungsdichte betrieben wird, wahrend der Rest des Reaktorkernes eine entsprechend kleinere Leistungsdichte aufweist, als der Teillast entspricht.
• Bei der Erfindung wird also die gleichmäßige Verteilung der Leistungsdichte für den Fall der Teillast bewußt aufgegeben.
• Dadurch kann man gernbereiche, die bei gleichmäßiger Verteilung der Leistungsdichte auf Grund physikalischer Gegebenheiten schwächer belastet werden, so hoch ausnutzen, wie dies durch höchstzulässigen Abbrand des Brennstoffes oder durch die Hüllrohrbelastungen vorgegeben ist. Dabei soll die bei einem Betrieb mit beispielsweise 50 Last willkürlich eingestellte Ungleichmäßigkeit der Leistung mindestens 75 des Leistung mittelwertes betragen. Vorzugsweise wird man bewußt einen Formfaktor von 2 oder größer unter Verwendung der Mittel zur Leistungssteuerung einstellen.
• Der mit Vollast betriebene Bereich umfaßt insbesondere die Mitte des Reaktorkernes, weil dort die nach der Erfindung erhöhte Leistungedichte am leichteeten herbeizufUhrenist.
• Für die üblichen Reaktoren mit Steuerstäben mit einem neutronenabsorbierenden Material zum Steuern der Reaktorleistung, die über den Kernquerschnitt verteilt angeordnet sind, werden geiäß der weiteren Erfindung bei Teillast nur die dem Rest des Reaktorkerns zugeordneten Steuerstäbe in den Reaktorkern eingefahren. Steuerstäbe in dem Kernbereich, in dem der erhöhte Abbrand erzielt werden 8oll, bleiben also solange außerhalb des Kernes, bis entweder der gewünschte erhöhte Abbrand erzielt ist oder die gegenüber Vollast niedrigere Leistung nicht mehr mit den Steuerstäben im Rest des Kerns eingehalten werden kann.
• Die Erfindung kommt insbesondere für Druckwasserreaktoren in Frage, deren Kern aus drei Brennelementgruppen zusammengesetzt ist, die bie zum Erreichen des sogenannten Gleichgewichtzustandes unterschiedlich lange im Kern verbleiben. Hier ist es üblich, den zentralen Teil des Reaktorkerns bei einem einjährigen Brennelementzyklus nach dem ersten Betriebs Jahr aus dem Kernreaktor zu entfernen. An seine Stelle tritt ein zweiter Kernbereich, der den zentralen Bereich umgeben hat.
• Dieser wiederum wird durch Brennelemente aus einem äußersten Kernbereich ersetzt, die ihrerseits mit frischen Brennelementen aufgefüllt werden. Zur Verwirklichung der Erfindung wird nun die erste zu entfernende Teilmenge durch eine Vollast entsprechende Leistungsdichte bei Teillast stärker abgebrannt als der Rest des Kernes. Dadurch wird die im Reaktor ausgenutzte Energie der Brennelemente gesteigert. Außerdem kann die Energie der zunächst nur umgesetzten Brennelemente für den weiteren Betrieb geschont werden. Dieses Verfahren kann man beliebig fortsetzen. Es ist unter anderem besonders für den Fall interessant, daß wegen einer vorzeitigen Entladung sonst der beabsichtigte Entladeabbrand nicht erreicht werden würde.
• Die Erfindung kommt aber auch für Reaktorkerne in Frage, bei denen aus anderen Gründen, z.B. im Hinblick auf die Belastbarkeit von Kerneinbauten, eine örtlich verringerte Leistung dichte in bestimmten Bereichen vorgesehen ist. Zum Ausgleich werden diese Bereiche auch bei Teillast mit der für die Vollast vorgesehenen maximalen Leistungsdichten abgebrannt und dadurch besser ausgenutzt.
• 4 Patentansprüche 0 Figuren

Claims (4)

1. Patentansprüche 9 Verfahren zum Betreiben eines Kernreaktors mit einem aus Brennelementen zusammengesetzten Reaktorkern, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast ein mehrere Brennelemente umfassender Bereich des Reaktorkernes unter Verwendung von Mitteln zur Leistungssteuerung mit Vollast entsprechender Leistungsdichte betrieben wird, während der Rest des Reaktorkernes eine entsprechend kleinere Leistungsdichte aufweist, als der Teillast entspricht.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Vollast betriebene Bereich die Mitte des Reaktorkernes umfaßt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit Steueretäbeq mit einem neutronenabsorbierenden Material zum Steuern der Reaktorleistung, die über den Kernquerschnitt verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast nur die dem Rest des Reaktorkerns zugeordneten Steuerstäbe in den Reaktorkern eingefahren werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 für Kernreaktoren, bei denen ein Teil der Brennelemente nach einem Brennelementzyklus aus dem Reaktor entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu entfernende Teilmenge durch eine Vollast entsprechende Leistungsdichte bei Teillast stärker abgebrannt wird als der Rest des Kernes.