DE2325828C3

DE2325828C3 - Verfahren zur Beeinflussung der Reaktivität eines gasgekühlten Kernreaktors

Info

Publication number: DE2325828C3
Application number: DE2325828A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dipl.-Phys. Dr. 6834 Ketsch Hantke
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1973-05-22
Filing date: 1973-05-22
Publication date: 1981-12-24
Also published as: JPS579040B2; JPS5052492A; US4372912A; FR2288375B1; DE2325828A1; GB1442525A; FR2288375A1; DE2325828B2

Description

und

[Vl' - l) · D

liegt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorberkugeln unterschiedliche Durchmesser aufweisen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung der Reaktivität eines gasgekühlten Kernreaktors, dessen Kern aus einer Schüttung von Brennstoffkugeln gleichen Durchmessers D besteht, bei welchem Verfahren neutronenabsorbierende Kugeln mit einem Durchmesser d<D in die Schüttung eingebracht werden, wobei die Zugabe der Kugeln von oben erfolgt und die Kugeln nach unten aus der Schüttung abgezogen werden. Ein derartiges Verfahren ist aus der französischen Patentschrift 80481 (I" Addition) bekannt

Die Größe der Absorberkugeln wird bei dem bekannten Verfahren so gewählt, daß sie die eigentliche Kugelschüttung nahezu ungehindert durchsetzen können; hierzu wird angegeben, daß ihr Durchmesser kleiner als das 0,15fache des Durchmessers der Brennstoffkugeln sein muß.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß neutronenabsorbierende Kugeln dieser Größe zwar den gewünschten Effekt zeigen und aufgrund ihrer Schwere in die Kugelschüttung eindringen, daß die Kugeln aber wegen ihrer geringen Abmessungen durch die Kugelschüttung »hindurchfließen«, ohne steckenzubleiben, und sich am Boden des Reaktorbehälters sammeln. Das bekannte Verfahren ist daher nur für Schnellabschaltungen anwendbar. Um die Reaktivität des Kernreaktors nicht nur kurzfristig beeinflussen zu können, ist es jedoch notwendig, daß die Absorberkugeln während des Regelvorganges für eine gewisse Zeit gleichmäßig über die gesamte Höhe des Reaktorkerns verteilt gehalten werden.

In der US-Patentschrift 35 65 762 wird ein kugelförmiges Absorberelement zur Beeinflussung der Reaktivitat eines gasgekühlten Kernreaktors, beschrieben, das etwa den gleichen Durchmesser wie die kugelförmigen Brennelemente aufweist. Absorberelemente solcher Größe können nur dann in eine Kugelschüttung eindringen, wenn die Schüttung umgewälzt wird. Dies nimmt jedoch so viel Zeit in Anspruch, daß eine Reihe von Regel- und Abschaltvorgängen mit den bekannten Absorberelementen nicht durchgeführt werden kann.

Von dem geschilderten Stand der Technik ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, gemäß dem eingangs beschriebenen Verfahren verwendete Absorberkugeln so auszugestalten, daß das Verfahren für alle beim Betrieb eines Kernreaktors mit aus Brennstoffkugeln aufgeschüttetem Kern auftretenden Regel- und Abschaltprobleme anwendbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Durchmesser der Absorberkugeln

ίο zwischen

und

Hegt

Die Erfindung basiert auf der Überlegung, daß der

Füllfaktor / eines Kugelhaufens, der in einer statistischen Schüttung etwa 0,6 beträgt, zwischen dem der dichtesten Kugelpackung entsprechenden Wert von /« 0,74 und dem in einer kubischen Packung vorliegenden Wert von /»0,52 schwankt Der kleinste zwischen den aneinanderliegenden Kugeln jeder Schicht vorhandene Hohlraum variiert daher in seiner Größe zwischen einem Maximalwert in einer kubischen Packung (wenn eventuell auftretende Brückenbildung vernachlässigt wird) und einem Minimalwert in der dichtesten Packung. So beträgt z.B. der Durchmesser d_z der größtmöglichen Kugel, die gerade noch zwischen drei sich berührende Kugeln in der dichtesten Packung Platz findet,

Die verschieden großen Hohlräume sind statistisch in der Kugelschüttung verteilt und es ist daher möglich, durch die richtige Auswahl des Durchmessers der Absorberkugeln diese statistisch verteilt in verschiedene Tiefen der Kugelschüttung eindringen zu lassen.

Der Durchmesser d der Absorberkugeln darf also einen bestimmten Wert nicht unterschreiten, damit die Absorberkugeln an den Stellen der dichtesten Kugelpackung hängenbleiben und an den Stellen mit einer geringeren Packungsdichte durchrollen. Die Kugelschüttung wirkt also wie ein Sieb, das die Kugeln an einigen Stellen — an den Stellen der dichtesten Packung

so — zurückhält und sie an den anderen Stellen — denjenigen mit größeren Hohlräumen — durchfließen läßt

Wie bereits erwähnt, können die Absorberkugeln von einer bestimmten Größe ab nicht mehr in eine stehende Kugelschüttung eindringen. Nur durch Umwälzen der Kugelschüttung kann das Eintreten von Kugeln, deren Durchmesser über diese bestimmte Größe hinausgeht, und deren Durchlaufen bet/irkt werden. Diese obere Durchmessergrp.nze entspricht dem Durchmesser der größtmöglichen Kugel, die gerade noch durch eine kubische Packung hindurchlaufen kann. Sie ist durch den Ausdruck (j/2 -1) · D gegeben.

Bei der folgenden Überlegung wird davon ausgegangen, daß der mittlere Füllfaktor von 0,6 sich über die

to Kugelschüttung nicht wesentlich ändert. (In Wirklichkeit ist die Dichte in den unteren Regionen etwas größer, was aber hier außer Betracht bleiben kann.) Wie bereits beschriebin, wird pro Schicht der Kugelschüt-

3 4

tung (ζ. B. alle 6 cm) ein Teil der Absorberkugeln mit schwindigkeit kommt dadurch zustande, daß sich die einem Durchmesser gemäß der Erfindung in dieser Brennstoffkugeln beim Umwälzvorgang umordnen, Schicht festgehalten. Von N eingeworfenen Kugeln wobei die in dichtester Packung befindlichen Kugeln in bleiben ΔΝ Kugeln pro Schicht hängen. Insgesamt eine weniger dichte Packung übergehen und umgekehrt nimmt dann die Absorberkugelmenge A/um den Betrag 5 Für den weiteren Transport der Absorberkugeln ΔΝ ab. In die nächste Schicht dringen daher nur noch bieten sich zwei Möglichkeiten an. Entweder werden die Ν—ΔΝ Kugeln ein. Wird also der Durchmesser d so Absorberkugeln in an sich bekannter Weise mit den gewählt, daß in der ersten Hälfte der Schüttung die Brennstofficugeln zusammen durch das Knjgelabzugs-Hälfte der zugegebenen Kugeln hängenbleibt, so wird in rohr geführt und gelangen in eine an dieses anscnließender zweiten Hälfte der Schüttung wiederum unter den to de »Schrotwabscheidevorrichtung, in der sie von den gegebenen Voraussetzungen die Hälfte der eingedrun- Brennstoffkugeln getrennt werden. Die zweite Möglichgenen Kugeln hängenbleiben, keit des Entfernens der Absorberkugeln aus dem

Daher treten nur noch 25% der eingeschütteten Reaktorkern besteht darin, die Absorberkugeln durch

Absorberkugeln aus dem Reaktorkern aus. Durch die die für die Kühlgasführung im Reaktorboden vorgese-

richtige Auswahl des Durchmessers d der Absorberku- 15 i:enen Schlitze abzuführen, zu welchem Zweck diese

geln läßt sich also erreichen, daß in der oberen Hälfte entsprechend ausgebildet sein müssen. Die Absorberku-

der Kugelschüttung, die mehr Reaktivität enthält, auch geln werden also bereits hier von den Brennstoffkugeln

mehr Absorberkugeln stecken bleiben. getrennt Besondere mechanische Apparaturen für das

Der Fachmann hat es also in der Hand, durch Abziehen der Absorberkugeln aus der Schüttung sind

Auswahl eines geeigneten Durchmessers die Verteilung 20 dann nicht erforderlich.

der Absorberkugeln in der Kugelschüttung und somit Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch in

die Neutronenflußverteilung zu beeinflussen. Verbindung mit anderen Regel- oder Abschalteinrich-

Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen tungen verwenden. So können z. B. zur Regelung des

Verfahrens besteht daher darin, durch eine gezielte Kernreaktors Absorberstäbe benutzt werden, während

Zugabe von Absorberkugeln verschiedenen Durchmes- 25 die Absorberkugeln zur Abschaltung des Kernreaktors

sers in bestimmten Zonen des Reaktorkerns unter- herangezogen werden.

schiedliche Reaktivitätsänderungen hervorzurufen. So Anhand eines Zatiienspiels soll die Erfindung kurz

können z.B. Absorberkugeln eines speziellen Durch- näher erläutert werden:

messers in die Innenzone des Reaktorkerns eingebracht Haben die die Reaktorschüttung bildenden Brennwerden, um hier gegenüber den Randzonen beschleu- 30 stoffkugeln einen Durchmesser D von 6 cm, so läßt sich nigte Reaktivitäfsänderungen für bestimmte Betriebs- in der dichtesten Kugelpackung zwischen drei sich vorgänge zu bewirken oder auch eine bestimmte berührenden Brennstoffkugeln gerade noch eine Kugel Neutronenflußverteilung zu erzielen. mit einem Durchmesser von etwa 0,9 cm unterbringen.

Die Zugabe der Absorberki«geln erfolgt in an sich (Der genaue Wert ist 0,93 cm.) Um die Absorberkugeln

bekannter Weise von oben durci. ein Zugaberohr, 35 an diesen Stellen in der Schüttung festzuhalten, müssen

während das Abziehen der Absorberkugeln aus dem sie einen Durchmesser d besitzen, der nicht kleiner als

Reaktorkern nach unten durch Umwälzen der Schüt- 0,93 cm ist (infolge ihrer Reibung werden die Absorber-

tung der Brennstoffkugeln vorgenommen wird. Dabei kugeln auch bei Durchmessergleichheit zumindest

bewegen sich die Absorberkugeln einmal mit der zeitweilig in der dichtesten Packung·;.2ngenbleiben). Ihr

Umwälzgeschwindigkeit und zum anderen mit einer 40 Durchmesser darf aber auch nicht größer sein als

zusätzlichen Fließgeschwindigkeit durch den Reaktor- (i/2-l) · D; so ergibt sich als obere Grenze für den

kern, so daß sie schon nach kurzer Zeit wieder aus der Durchmesser ca. 2,5 cm.
Kugelschüttung herausfallen. Die zusätzliche Fließge-

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beeinflussung der Reaktivität eines gasgekühlten Kernreaktors, dessen Kern aus einer Schüttung von Brennstoffkugeln gleichen Durchmessers D besteht, bei welchem Verfahren neutronenabsorbierende Kugeln mit einem Durchmesser d< D in die Schüttung eingebracht werden, wobei die Zugabe der Kugeln von oben erfolgt und die Kugeln nach unten aus der Schüttung abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser cf der Absorberkugeln zwischen