DE2310080A1

DE2310080A1 - Siedewasserreaktor

Info

Publication number: DE2310080A1
Application number: DE19732310080
Authority: DE
Inventors: Leonhard Irion; Diethelm Dipl-Ing Knoedler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-02-28
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1974-08-29
Also published as: SE7402246L; US3979257A

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Siedewasserreaktor mit einem den Reaktorkern einschließenden Reaktordruckbehälter, der oberhalb des Reaktorkerns einen Dampfraum mit Wasserabscheidern enthält, und mit Steuerstäben, die von einem außerhalb des Reaktordruckbehälters liegenden Antrieb im Bereich des Reaktorkernes verstellbar angeordnet ist.

Bei den bisher üblichen Siedewasserreaktoren werden die Steuerstäbe mit einem besonderen Antriebsmittel von unten entgegen der Schwerkraft in den Reaktordruckbehälter eingefahren, um dort in bekannter Weise Neutronen zu absorbieren und dadurch eine Leistungsregelung zu ermöglichen. Solche Antriebe müssen sehr zuverlässig sein, da unbedingt sichergestellt sein muß, daß der Reaktor jederzeit durch das Einfahren der Steuerstäbe unterkritisch gemacht werden kann. Dies erfordert naturgemäß einen beträchtlichen Aufwand. Deshalb sucht die Erfindung eine neue Lösung für die Leistungsregelung eines Siedewasserreaktors.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Antrieb oberhalb des Reaktordruckbehälters angeordnet und mit einer durch den Dampfraum verlaufenden Führung für die Steuerstäbe versehen ist, die mit dem Wasserabscheider baulich vereinigt ist. Durch die bauliche Vereinigung gelingt es mit vertretbarem Aufwand an Material und vor allem an Raum, auch in einem Siedewasserreaktor Steuerstäbe von oben in den Reaktorkern einzufahren. Die Steuerstäbe können deshalb unter der Wirkung der Schwerkraft in den Reaktorkern gelangen, so daß keine besonderen Antriebe für die wichtige Notabschaltung benötigt werden,

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wie dies bei Druckwasserreaktoren an sich bekannt ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich die Tatsache, daß der für die Aufrechterhaltung der Kernkühlung wichtige Boden des Reak- ■ tordruckbehälters nicht durch zahlreiche Ausnehmungen geschwächt zu werden braucht, die sonst für die Steuerstäbe benötigt werden bzw. die Wiederholungsprüfung erschweren.

Bei der Verwirklichung der Erfindung können mehrere Steuerstabführungen miteinander verbunden sein. Außerdem kann zu einer Führung ein sogenannter Pingerregelstab gehören, der mehrere Pinger mit einem neutronenabsorbierenden Material besitzt, die benachbarten Teilen des Reaktorkerns zugeordnet sind. Üblicherweise wird man die Pinger einer Führungseinheit einem Brennelement zuordnen, es können aber auch mehrere Brennelemente erfaßt werden. Daneben ist es auch möglich, für jede Führung ein einziges Absorberelement vorzusehen, das die für Absorberstäbe von Siedewasserreaktoren bisher übliche Gestalt haben kann, also z.B. auch kreuzförmig ausgebildet sein kann.

Die Länge des neutronenabsorbierenden Materials des Steuerstabes ist vorzugsweise kleiner als die Länge der Führung, damit der Steuerstab vollständig aus dem Kern ausgefahren werden kann. Außerdem kann man die absorbierende Länge kleiner als die Kernhöhe machen oder verschiedener Schwärzegrade wählen, so daß man einen zur Regelung der Leistungsverteilung geeigneten Teillängenstab erhält. Dabei ist auch eine zur Kernmitte asymmetrische Lage des Absorbers möglich. Zwischen Steuerelement und der zum Antrieb führenden Antriebsstange ist noch eine lösbare Kupplung geschaltet. Bei einem Brennelementwechsel wird der abgeschaltete und geflutete Reaktor durch ausreichende Zugabe von Borsäure sicher unterkritisch gehalten. Dadurch können alle Steuerelemente aus dem Kern herausgefahren, in der oberen Endstellung arretiert und zusammen mit den oberen Einbauten (Wasserabscheiderri usw.) herausgehoben werden. Durch dieses Verfahren kann der Brennelementwechsel vor allem durch den Wegfall des Steuerelementumsetzens einfach und schnell durchgeführt werden.

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Besonders günstig ist es, wenn unter der Führung ein Stoßdämpfer für den Steuerstab angeordnet ist. Der Stoßdämpfer, der mit Vorteil hydraulisch arbeiten kann und dazu das Kühlwasser als Hydraulikflüssigkeit benutzt, verringert die Geschwindigkeit über den letzten Teil der Bewegung beim Einfallen des Stabes, so daß unzulässige Stöße vermieden werden. Dabei kann man einen Stoßdämpfer einem oder auch mehreren Steuerstabfingern zuordnen, die als einzelne Steuerstäbe oder Teile eines Steuerstabes vorgesehen sind.

Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung und Regelung des Siedewasserreaktors nach der Erfindung ergibt sich daraus, daß unterhalb der Führung neutronenabsorbierendes Material quasi feststehend angeordnet ist. Hierdurch kann man insbesondere die anfängliche Überschußreaktivität ausgleichen, die beim Betriebsbeginn des Reaktors benötigt wird. Das neutronenabsorbierende Material kann insbes. abbrennbar sein, damit die Einwirkung auf den Brennstoff de3 Siedewasserreaktors dem Reaktivitätsverhalten des Brennstoffes angepaßt ist.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen Siedewasserreaktor mit einem Reaktordruckbehälter 1, dessen Deckel 2 auf dem Unterteil 3 mit einer Flanschverbindung 4 befestigt ist. Im unteren Drittel des Druckbehälters 1 sitzt der in bekannter Weise aus einzelnen Brennelementen zusammengesetzte Reaktorkern 5, in dem der Brennstoff durch einen Spaltvorgang Wärme erzeugt. Diese Wärme wird von Speisewasser aufgenommen, das durch einen Stutzen 6 zugeführt und durch eine im Inneren des Reaktordruckbehälters 1 liegende Pumpe 7 mit einem äußeren Motor 8 von unten in den Reaktorkern 5 gefördert wird.

Oberhalb des Reaktorkerns 5 ist ein Dampfdom 10 angeordnet, durch den der beim Durchströmen des Reaktorkerns erzeugte

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Dampf gesammelt wird. Der Dampf gelangt dadurch in einen Wasserabscheider 12, der mit einer Führung 11 für ein Steuer element 13 baulich vereinigt ist. Die Verlängerung der Steuerstabführung 11 verläuft, wie man sieht, durch einen Dampfraum 14 im oberen Bereich Des Reaktordruckbehälters 1, wo zusätzlich Dampftrockner 15 untergebracht sind. Diese werden vom Dampf durchströmt, bevor er durch die Leitung 16 den Reaktordruckbehälter 1 verläßt. Außerhalb des Reaktordruckbehälters 1 ist ein Antrieb 17 für den Steuerstab 13 angeordnet. Der Antrieb 17 kann z.B. hydraulisch oder elektrisch, insbesondere als magnetischer Schrittantrieb, arbeiten. Die Figur 1 zeigt deutlich, daß trotz des Pumpenmotors 8 unterhalb des Reaktorkerns 5 nur wenig Raum benötigt wird, so daß sich ein niedriger Schwerpunkt im Containment ergibt. Dies bedeutet eine hohe Standfestigkeit und damit eine höhere Erd bebensicherheit der Anlage.

In den Pig. 2 und 3 sind in Querschnitten zwei Möglichkeiten zur Führung der Steuerstäbe im Abscheider 12 gezeichnet. In Pig. 2 sitzt im zylindrischen Abscheider 12 ein Steuerstab mit dem aus der Figur ersichtlichen kreuzförmigen Profil. Das Kreuz wird an den freien Enden aller Schenkel durch jeweils zwei parallele Stege 18 geführt, so daß es in bezug auf die Lage im Reaktorkern genau festgelegt ist. Trotz dieser genauen Führung, die den richtigen Eingriff des Steuerstabes 13 in die zwischen den Brennelementen des Kernes 5 vorhandenen Spalten sichert, wird der für den Abscheider 12 benötigte Raum äußerlich überhaupt nicht vergrößert, während der freie Quer schnitt im Inneren nur unwesentlich durch den Steuerstab be einträchtigt wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind einer zentralen Antriebsstange 20 vier symmetrisch verteilte sogenannte Fin gerstäbe 21 zugeordnet, die aus neutronenabsorbierendem Ma terial bestehen und am oberen Ende über Stege 22 an der An triebsstange 20 befestigt sind. Die Fingerstäbe 21 werden ihrerseits in Schienen 23 geführt, die eine dem kreisförmigen Querschnitt der Fingerstäbe 21 angepaßte Ausnehmung aufweisen

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und im Inneren des Abscheiders 12 angebracht sind. Auch hier wird also im Inneren des Abscheiders 12 nur wenig und außerhalb gar kein zusätzlicher Raum benötigt.

Pur die zuletzt genannte Ausführungsform ist in Pig. 4 eine Seitenansicht in größerem Maßstab gezeigt. Man erkennt, daß die Pingerstäbe 21 oberhalb des Dampfdomes 10 in einem Standrohr 25 laufen, das mit dem Dampfdom 10 fest verbunden ist. Das Standrohr 25 umschließt die schon genannten Schienen 23» die dicht oberhalb des Reaktorkerns 5 enden und dort mit einem Ring 26 zusammengefaßt sind-. Das Standrohr 25 dient gleichzeitig als Ausla3 für den Dampf, der in den das Standrohr 25 umschließenden Wasserabscheider 12 geleitet wird. Dabei ist mit Hilfe von leitflächen 27 für eine strömungsgünstige Umleitung gesorgt, bei der das abgeschiedene Wasser nach unten in den Kern 5 zurückgeführt wird, während der Dampf nach oben in den Dampfraum 14 austritt. Oberhalb des Abscheiders 12 ist noch ein Dampftrockner 15 vorgesehen, der ebenfalls mit einem Führungsrohr 30 für den Steuerstabantrieb baulich vereinigt ist.

Die einzelnen Pingerstäbe 21 können einem einzigen Brennelement oder mehreren benachbarten Brennelementen zugeordnet sein. Ihre mit absorbierendem Material versehene Länge ist zweckmäßig kleiner als die Länge der Schienen 23, damit die Wirkung des neutronenabsorbierenden Materials, das auch abbrennbar sein kann, örtlich gezielt eingesetzt werden kann.

In Pig. 5 ist die Führung des Steuerstabes 13 im Inneren des Kerns 5 angedeutet, und zwar auf der linken Seite der Figur für einen Pingersteuerstab, auf der rechten dagegen für einen sogenannten Kreuzstab. Man sieht, daß in einem Brennelement ein Führungsrohr 33 für jeden der Finger 21 vorgesehen ist. Das Führungsrohr 33 besteht vorzugsweise aus Zry 4 oder aus einer Zirkon-Niob-Legierung, es erstreckt sich bis beinahe zur unteren Kernplatte 35 und ist Bestandteil der Brennelementtragstruktur. Deswegen kann man unter Umständen auch auf den

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sonst üblichen Brennelementkasten verzichten. Dort oder am oberen Ende 36, in jedem Fall unterhalb der Führung 23, kann noch ein Stoßdämpfer 34 angeordnet sein, wie für den Fall des Kreuzstabes unterhalb der Brennelemente 32 gezeichnet ist.· Der Stoßdämpfer kann auch durch die in der Fig. 5 ersichtliche Verengung des Führungsrohres 33.gebildet sein, die am unteren Ende in z.B. zwei Stufen 37 und 38 vorgesehen ist und als Bremszylinder für den als Kolben wirkenden Steuerstab dient, wenn der Steuerstab zur Notabschaltung eingeworfen wird.

12 Patentansprüche
5 Figuren

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Claims

- 7 - VPA 73/9409 Patentansprüche;

1.)Siedewasserreaktor mit einem den Reaktorkern einschließenden Reaktordruckbehälter, der oberhalb des Reaktorkerns einen Dampfraum mit Wasserabscheidern enthält, und mit Steuerstäben, die von außerhalb des Reaktordruckbehälters liegenden Antrieben im Bereich des Reaktorkerns verstellbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (17) oberhalb des Reaktordruckbehälters (l) angeordnet und mit durch den Dampfraum (14) verlaufenden Führungen (18,23) für die Steuerstäbe (13) versehen sind, die mit den Wasserabscheidern (12) baulich vereinigt sind.

2. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Führungseinheit (23) mehrere Absorberelemente gehören.

3. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Führung mehrere Finger (21) mit . einem neutronenabsorbierenden Material gehören, die benachbarten Teilen des Reaktorkerns (5) zugeordnet sind.

4. Siedewasserreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des neutronenabsorbierenden Material eines Steuerstabes (13) kleiner ist als die Höhe des Reaktorkerns (5) und der Führung (23).

5. Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß unter der Führung (23) ein Stoßdämpfer (37,38) für den Steuerstab (13) angeordnet ist.

6. Siedewasserreaktor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen hydraulischen Stoßdämpfer (37,38) mit dem Kühlwasser als Hydraulikflüssigkeit.

7. Siedewasserreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberfinger (21) innerhalb eines Brennele-

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mentes (32) in Rohren (33) geführt sind, die Halterohre des Brennelement-Aufbaues sind.

8. Siedewasserreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (33) Bestandteil eines kastenlosen Brennelementes sind.

9. Siedewasserreaktor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (33) am unteren Ende nahezu geschlossen sind.

10. Siedewasserreaktor nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoßdämpfer (37,38) einem oder mehreren der Pinger (21) zugeordnet ist.

11. Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Führung neutronenabsorbierendes Material feststehend angeordnet ist.

12. Siedewasserreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das neutronenabsorbierende Material der Pinger (21) abbrennbar ist.

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