DE2327630A1

DE2327630A1 - Sicherheitsstab fuer pulverfoermigen absorber

Info

Publication number: DE2327630A1
Application number: DE2327630A
Authority: DE
Inventors: Claude Malaval
Original assignee: Alsacienne Atom
Current assignee: Alsacienne Atom
Priority date: 1972-06-02
Filing date: 1973-05-30
Publication date: 1973-12-13
Also published as: FR2188246B1; JPS4943095A; CA998784A; BR7304145D0; NL7307710A; BE799909A; SE368292B; FR2188246A1; US3840432A; IT988679B; JPS5542359B2; GB1428419A

Description

GROUPEMENT ATOMIQUE AISACIENNE ATIANTIQUE, IE PIESSIS-ROBINSOiT, Frankreich

Sicherheitsstab für pulverförmigen Absorber.

Die Erfindung betrifft einen Sicherheitsstab, der es ermöglicht, die Reaktivität eines Kernreaktors durch schnelles Einführen eines pulverförmigen Absorbers in ein im Reaktorkern vorhandenes Volumen abzusenken.

Bei sämtlichen bekannten Kernreaktoren verfügt man über Feststoffabsorberstäbe, die mechanisch in den Kern der Reaktoren eingeführt werden; die Vielfalt der mechanischen die Betätigungseinrichtungen dieser Stäbe bildenden Bauteile jedoch ist schädlich für die Betriebssicherheit und. eine Quelle für Pannen.

Schließlich weisen diese Absorberstäbe einen erheblichen Nachteil im Falle eines Unfalls im Reaktor auf, wenn Deformationen des Kerns erwartet werden müssen. Tatsächlich

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besteht Dei den Stäben die Gefahr, daß sie während ihres Herabfallens blockiert werden und dadurch nur sehr unvollkommen ihre Funktion sichergestellt ist.

Um letztgenanntem Nachteil abzuhelfen hat man bereits vorgeschlagen, einen flüssigen Absorber sau verwenden, dessen Einführen- in den Kern selbst bei einem schweren Unfall möglich ist; die Absorptioneigenschaften der flüssigen Absorber sind jedoch geringer als die der festen Absorber. Dartiber hinaus führen die chemischen Eigenschaften der flüssigen Absorber manchmal zu Unverträglichkeiten mit den Materialien, zu denen sie in Kontakt angeordnet sind.

Der Sicherheitsstab nach der Erfindung eliminiert diese verschiedenen Nachteile, indem der pneumatische Transport eines pulverförmigen Absorbers zwischen zwei übereinander angeordneten Kammern ausgenützt wird, die in ein und dem gleichen Reservoir angeordnet sind. Da die Verschiebungen des Absorbers kurz sind, können die Ansprechzeiten kurz sein.

Der Sicherheitsstab für oder mit pulverförmiges! Absorber nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus,, daß er einerseits ein zjünlriaßhsB vertikales in drei übereinander angeordneten Kammern unterteiltes Reservoir umfaßt, wobei die untere Kammer im Kern des Reaktors angeordnet ist und mit dem oberhalb des Reservoirs angeordneten Raum über ein erstes vertikales Rohr von der gleichen Achse wie das Reservoir in Verbindung steht; die Zwischenkammer kurz oberhalb des Kerns des Reaktors angeordnet ist, wobei deren oberer Teil mit dem unteren Teil der unteren Kammer Über eine Ringleitung in Verbindung steht, die außen durch die

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Innenwand des Reservoirs begrenzt und mit wenigstens einer Spiralrippe versehen ist und die obere im Reaktor angeordnete Kammer mit dem unteren Teil der Zwischenkammer über eine Ringleitung in Verbindung steht, die zwischen dem ersten Vertikalrohr und einem zweiten Vertikalrohr angeordnet ist und als Träger für eine in der Zwisehenkammer angeordnete Spiralrippe dient;und daß der Sieherheitsstab andererseits Einrichtungen aufweist, die die untere Kammer unter Druck setzen bzw. Druck entlasten und es ermöglichen, den pulverförmigen Absorber zwischen der Zwisohenkammer und der unteren Kammer und umgekehrt zu verschieben.

Der pulverförmige Absorber wird in die Zwischenkammer mittels durchströmenden Gases befördert und der Druck stellt sich auf den gleichen Wert in den drei Kammern ein; es genügt nun, das Gas aus der unteren Kammer entweichen zu lassen, damit der pulverförmige Absorber in diese Kammer durch Dekompression des In der oberen Kammer enthaltenen Gases mitgerissen wird.

Um den Sicherheitsstab nach der Erfindung erneut zu armieren, genügt es, schnell den Druck im Reservoir wieder herzustellen«

Nach einem wichtigen Merkmal der Bfindung umfassen die Einrichtungen, die es erlauben, die untere Kammer unter Druck zu setzen bzw. Druck zu entlasten nur zwei Schieber. Einen Zweiwegschieber für die Rückführbewegung des pülverfBrmigen Absorbers und einen sehr schnell öffnenden Schieber für die schnellen Einführvorgänge.

Die Kreise außerhalb des Reaktors sind lediglich pneumatische

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Kreise, die nicht aktiv und nicht gefährlich und von geringem Platzbedarf sind.

Fach einem anderen Merkmal der Erfindung ist das Reservoir von geringem diametralen Platzbedarf und kann in einem Hüllrohr von einer Geometrie gleich der der Brennstoffelemente enthalten sein, was die Handhabungsvorgänge erleichte ..

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung erfolgt die Speisung der unteren Kammer des Reservoirs mit Druckgas über ein lösbarer Eohlrohr { oanne ereuse), dessen kugelförmiges Ende für die Dichtigkeit sorgt, indem es sich gegen den Kopf de® Reservoirs» welcfaes die Öffnung des vertikalen mit der unteren Kammer in Verbindung stehenden Bohres umfaßt, abstützt.

Wird das Hohlrohr gelöst, so tritt das (tae plötzlich aus der unteren Kammer aus und der pulverföxmige Absorber wird bei sehr großer Geschwindigkeit aus der Zwischenkammer in die untere Kammer geführt.

Eine beispielsweise AusführungBform der Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden; in denen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt du:?ch einen schnellen Kernreaktor zeigt, in welchem der Sicherheitsstab nach der Erfindung tingeofdnet ist;

Pig. 2 zeigt im Vertikalsohnitt ilen Teil des

Sicherheitsstabes, der im Kern und in dein Yolumen außerhalb des Reaktoricerns ange-

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- 5 ordnet isti und

Pig. 3 zeigt den Teil des Sicherheitsstabes naoh der Erfindung, der in Höhe der Reaktorhaube oder - abdeckung angeordnet ist.

Der schnelle beispielsweise in Fig. 1 dargestellte Reaktor umfaßt von, oben naoh unten eine Haube oder eine Abdeckung 1 , die über einem Schutzstopfen 2 liegt; eine Gasschicht 3 ( Argon oder Helium beispielsweise)» eine Natriuinschieht 4» wobei der Kern 5 den von einem außerhalb des Kerns befindlichen Volumen 6 umschlossenen Brennstoff und schließlich das Gestell 7 enthält.

Jeder Sicherheitsstab umfaßt einen zylindrischen Körper 8, der oben vom Deckel 1 bis unten sum Stopfen 2 geht ; weiterhin eine bewegliche Stange 9, deren oberer Seil im zylindrischen Körper gleitet und deren unterer Teil aufgeweitet ist und sich unterhalb der Begrenzung zwischen dem außerhalb des Reaktors befindlichen Volumen 6 und der Natriumschicht 4 befindet.

Dieser untere !Teil (sishe Fig. 2) ist vertikal im Innern eines Hlillrohrs 10 beweglich, in desssen Innerem sich ein auf einem Gestell 12 angeordnetes Reservoir 11 gerade unterhalb des Kerns 5 befindet.

Man sieht, daß Öffnungen 13 in der Stange 9 in Höhe der Gasschicht 3 vorhanden sind.

Fig. 2, wo der ϊεϋ des Sicherheitsstabes, der sich in Höhe des außerhalb des Kerns und des Kerns befindlichen Volumens angeordnet ist, findet man bei 11 das Reservoir, welches sich

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im Hüllrohr 10 befindet und auf dem Gestell 12 abstützt.

Des Reservoir 11 ist von zylindrischer Gestalt und über seine Höhe durch zwei Trennwandungen 14 und 14' in drei Kammern unterteilt, eine untere Kammer 15? deren Höhe gleich der Höhe des Reaktorkerns ist, eine Zwischenkammer 15* und eine obere Kammer 15'*. Das Reservoir ist vertikal im Reaktor derart angeordnet, daß die untere Kammer 15 sich im Kern und die Zwischenkammer 15* gerade oberhalb des Kerns befindet. Sie untere Kammer 15 wird mit der Umgebung über ein vertikales koaxial zum Reservoir angeordnetes Rohr 16 in Verbindung gesetzt, dae am Kopf der Reservoirs 11 mündet. Das Rohr 16 umfaSt an seinem oberen Teil eine vertikal bewegliche Glocke. 17, die mit einer Dichtung mit Kapsel 17* versehen ist und in oberer Stellung das Rohr 16 verschießen kann.

mit

Die Zwischenkammer 15' steht /der unteren Kammer 15 über eine Ringleitung 18 in Verbindung, die zwischen der Innenwandung des Reservoirs 11 und einer zylindrischen Wandung 18' vorgesehen ist und vom oberen Teil der Zwischenkammer 15* bis zum unteren Teil der unteren Kammer verläuft. Die Ringleitung 18 ist von geringem Querschnitt oberhalb der Trennwand 14 und ihr Querschnitt nimmt unterhalb der Trennwand zu.

Die obere Kammer 15'' steht mit der Zwischenkammer über eine Ringleitung 19 zwischen dem Rohr 16 und einem das Rohr 16 umschließenden anderen Bohr 16* in Verbindung, das von der Trennwand 14' abgeht, um bis in die Nähe der Trennwand 14 zu führen.

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In dieser Zwischenkammer 15 * ist eine Spiralrippe 20 zwischen dem Rohr 16' und der Wandung 18* angeordnet.

Man sieht, daß eine zweite Spiralrippe 20* im engen Querschnitt der Leitung 18 zwischen der Wandung des Speichers 11 und der Wandung 18* und eine dritte Spiralrippe 20^Mim breiten Querschnitt dieser Leitung 18 angeordnet ist.

Der obere Teil des Speichers 11 ist mit einem Diohtungsteil mit konischer Kapsel 21 versehen« die an ihrem Ort durch ein zylindrisches Bauteil 22 gehalten ist.

In Fig. 3, die den < Teil des Sicherheitsstabes in Höhe der Abdeckung und des Sohutzstopfens des .Reaktors zeigt, findet man den zylindrischen Körper S₁ eingesetzt in im Sohutzstopfen vorgesehene Löcher oder Bohrungen.

Im Inneren dieses zylindrischen Körpers 8 verschiebt sich ein Kolben 23, der fest mit der Stange 9 und mit einem Hohlrohr 24 verbunden ist, das sich innerhalb der Stange 9 befindet und von der gleichen Achse wie diese ist. Der Kolben 23 umfaßt in seiner Mitte eine Öffnung 23*, die eine Verbindung zwischen dem oberen Teil des zylindrischen Körpers 8 und dem Hohlrohr 24 erlaubt.

Das untere Ende 25 ( siehe Pig. 2) des Hohlrohrs 24 hat eine kugelförmige Gestalt und trägt Rippen ~, die es bezüglich der Stange 9 festlegen. In unterer Stellung stützt sich dieses Ende 25 gegen die Diohtungskapsel 21 des Reservoirs 11 ab, während der untere Teil der Stange den oberen Teil des zylindrischen Bauteils 22 umschließt.

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Der obere !Pell des zylindrischen Körpers 8 tunfaßt ein Magretventil mit Schnellöffnung und großem Duroh*- satz 27₉ sowie ein Zweiwegmagnetventil 28. Der At&aß dieser Magnetventile geht in die lahmer 29₉ die über einen den zylindrischen Körper umschließenden Ringraum mit dem Raum in Verbindung steht«, welcher das Deckschichtgas 3 (Fig. 1) enthält.

Im Ruhezustand werden der Kolben 23 sowie das Hohlrohr 24 und die Stange 9 in obere Stellung duroh eine Feder 30 aufgrund der Tatsache zurückgeführt, daß Druck im zylindrischen Körper 8 fehlt.

Das Sohlrohr 24 trägt an seinem unteren Ende ( siehe Fig. 2) ein Kugelventil 31» welches das Gas in oberer Stellung der Kugel 31' durchläßt. Dieses Ventil ermöglicht es, den Druck zu halten um die Verschiebung des Kolbens 23 bis zvm Augenblick der Verbindung mit dem Reservoir 11 zu erhalten, Etliche Millimeter vor dieser Verbindung wird die Kugel 31' des Ventils 31 duroh einen vertikalen Zapfen 32, der über die Glocke 17 hinausgeht, angehoben.

Ein anderes Kugelventil 33 befindet sich im oberen Teil des Hohlrohres 24 und verschließt die öffnung 23* des Kolbens 23, während die Kugel 33* des Ventils 33 sich in oberer Stellung befindet. Ihre Rolle besteht darin, die Entspannung des im Volumen zwischen den beiden Ventilen enthaltenen Gases zu vermeiden. Dieses Volumen ist tatsächlich wesentlich größer als das Volumen des zylindrischen Körpers 8, welches sich oberhalb des Kolbens 23 befindet.

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Das Entspannen des im Volumen zwischen den beiden Ventilen befindlichen Gases würde um etliches die Punktionszeit des Sicherheitsstabes erhöhen.

Die Arbeitsweise des Sicherheitsstabes nach der Erfindung ist die folgendet

Befindet sich das Reservoir 11 in seiner Lage auf dem Gestall 12 und der pulverförmlgs Absorber, beispielsweise Borkarbid, im großen Teil der Leitung 18, so bringt man Druck im Volumen des zylindrischen Körpers 8 oberhalb des Kolbens 23 mit Hilfe des Zweiwegmagnetventils 28 auf. Das Kugelventil 5L schließt sich und der Kolben 23 geht nach unten. Sobald das untere Ende 25 des Hohlrohres 24 in der Nähe des Kopfs des Reservoirs ankommt, Öffnet der Zapfen 32 der Glocke 17 das Kugelventil 31» so daß das flüssige Natrium durch das aus dem Ventil 31 austretende Gas unter Druck ausgetrieben wird. Die Glocke 17 wird in ihre untere Stellung durch das Ende 25 des Hohlrohres gedrückt, bis die Ränder dieses Endes sich gegen die Dichtungskapsel 21 abstützten. Das Gas unter Druck tritt dann in die untere Kammer 15 des Reservoirs 11 ein.

Das Borkarbidpulver wird aus dem !Teil mit großem Querschnitt der Ringleitung 18 gegen die Zwischenkammer 15 getrieben; tatsächlich fluidisiert das unter der Rippe 20" durch das Pulver hindurch entwichene Gas dieses und nimmt es längs der Rippe 20* bis in die Zwischenkammer 15* mit. Die Spiralrippe 20 dieser Kammer führt das fluidisierte Pulver und die aus der Bewegung resultierende Zentrifugierung ermöglicht es, das Pulver in aufeinanderfolgenden konzentrischen Schichten auf der Rippe 20 abzulagern.

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Bas Gas entweicht dann über die Leitung 19 und setzt die obere Kammer 15" unter Druck,

Es wird weiter Gas in das Reservoir eingeführt, bis der erreichte Druck ganz klar höher als der im Reaktorkern herrschende Druck ist. In diesem Augenblick unterbricht man die Gaszufuhr » indem man das Magentventil 28 in Schließstellung bringt.

Wenn man das schnelle Magnetventil 27 öffnet, so wird der Druck im zylindrischen Körper 8 zu Null und das Kugelventil 33 schließt. Die kombinierte ,Wirkung der Feder 30 und der Bodeneffekt auf das kugelförmige Ende 25 des Hohlrohres 24 läßt den Kolben 23 und das Hohlrohr 24 nach oben gehen, während das Kugelventil 31 schließt und das zwischen den beiden Tent11en im Rohr enthaltene Gas einsperrt.

Das Gas entweicht aus der unteren Kammer 15» indem es eine plötzliche Druckentlas&mg dieser Kammer hervorruft, so daß das unter Druck stehende Gas aus der Zwischenkammer und der oberen Kammer entweioht, indem es längs der Rippe 20 strömt, das Pulver fluidisiert und es in di© Ringleitung 18 mitnimmt. Das Pulver lagert sich dann auf der Iippe 20^{f f} und auf dem Boden der unteren Kammer wie in Hg. 2 dargestellt ab.

Das aus der unteren Kammer 15 entwichene Gas tritt zwischen dem kugelförmigen Ende 25 und der konischen Kapsel 21 durch und steigt zur Oberfläche des in der Ringleitung zwischen dem Hohlrohr 24 und der Stange 9 befindlichen Natriums. Das

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-lltritt dann über die Bohrungen 13 der Stange 9 in den das Deckschichtgas enthaltenden Raum 3.

,Der Übertritt des pulverfbrmigen Absorbers aus der Zwisohenkammer 15 · in die untere lammer 15 erfolgt schnell, sobald die Dichtheit in Höhe der konischen Kapsel 21 zerstört ist.

unter dem Einfluß des noch in der unteren Kammer 15 herrschenden Druokes nimmt die Glocke 17 eine obere Position ein und äi® Dichtung 17* legt sich gegen das Ende des vertikalen Rohrüb 16 und hindert das Natrium daran, in das Reservoir 11 wiener einzutreten.

Indem m&n schnell pulverförmigen Absorber in den Kern des Reaktors einführt, kann man also veranlassen, daß dessen Reaktivität plötzlich abfällt.

Nach Wiederherstellung des Drucks im zylindrischen Körper kann man «inen neuen Arbeitszyklus beginnen lassen und den Sicherheitsstab rearmieren, indem man den pulverförmigen Absorber aus der Ringleitung der unteren Kammer zur Zwischenkammei' erneut führt.

Die Verwendung des Sicherheitsstabes nach der Erfindung ist nicht auf den Fall der schnellen Reaktoren begrenzt; sie kann bei sämtlichen schnellen oder langsamen Reaktoren Verwendung finden um plötzlich die Reaktivität dieser Reaktoren zu vermindern.

Obwohl de:? gerade beschriebene Sicherheitestab am vorteilhaftesten für die Verwirklichung der erfindungagemäßen Maßnähme erscheint, liegen doch Änderungen und Abänderungen

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im Rahmen der Erfindung» gewisse Elemente können durch andere» die in der Lage sind, die gleiche oder eine äquivalente technische Funktion zu erfüllen, ersetzt werden.

Ansprüche s - 13 -

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Claims

P°6809

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AEfSPRUGHE t .

Slcherheltsstab mit oder für pulverfSrmigen Absorber für Kernreaktoren, dadurch gekennzeichnet, daS ein zylindrisches vertikales in drei übereinander angeordneten Kammern unterteiltes Reservoir (11) vorgesehen ist; daß die untere Kammer (15) sich im Kern des Reaktors befindet und mit dem oberhalb des Reservoirs (11) befindlichen Raum über ein erstes vertikales Rohr (16) von der gleichen Achse wie das Reservoir (11) in Verbindung steht; daß die Zwischenkammer (15*) gerade oberhalb des Reaktorkerns angeordnet ist, wobei deren oberer Teil mit dem unteren Seil der unteren Kammer (15) über eine Ringleitung (18) in Verbindung steht, die außen durch die Innenwandung des Reservoire (11) begrenzt und mit wenigstens einer Spiralrippe (2O¹, 20'*·) versehen ist; daß die obere Kammer (15") im Reaktor angeordnet ist und mit dem unteren !Teil der Zwischenkammer (15») über eine Bingleitung (19) in Verbindung steht, die zwischen dem ersten vertikalen Rohr (16) und einem zweiten vertikalen Rohr (16*) größeren Durchmessers angeordnet ist; daß das zweite vertikale Rohr (16·) als Träger für eine in der Zwischenkammer (15*) befindliche Spiralrippe (20) dient; und daß andererseits Einrichtungen zum Unterdrucksetzen und zur Druckentlastung der unteren Kammer (15) vorgesehen sind, die es ermöglichen, den pulverförmigen Absorber zwischen der Zwisohenkammer (15') und der unteren Kammer (15) und umgekehrt zu verschieben bzw* zu bewegen.
2. Sicherheitsstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für das TJnterdrucksetzen und die Druck-

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entlastung wenigstens einen Schieber (27; 28) aufweisen, welcher in einem zylindrischen Körper (8) mündet, in dessen Innerem sich ein mit einer zentralen öffnung (23') versehener. Kolben (2?) verschiebt , wobei erstere in ein fest mit dem Kolben (23) verbundenes Hohlrohr (24) mündet und dessen unteres Ende (25) halbkugelförmiger Gestalt in unterer Stellung gegen ein Verbindungsorgan (17) greift, das oben an einem die obere Kammer (15") des Reservoirs (11) durchsetzenden Vertikalrohr (16) angeordnefist, um die untere Kammer (15) mit der äußeren Umgebung zu verbinden.
3· Sicherheitsstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (11) oben mit einer Dichtungskapgel (21) versehen ist, gegen die sich der Umfang des halbkugelförmigen Endes (25) des Hohlrohrs (24) abstützt.
4. Sicherheitsstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche ₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für das Unt erdrücke e ta en und für die Druckentlastung^ftrei Schieber (275 28), einen Zweiwegschieber (28.) für die Überführung des pulverförmigen Absorbers gegen die Zitfischenkammer (15') und einen Schieber mit sehr schneller öffnung (27) für das sohneile Einführen des Absorbers in die untere Kammer (15) aufweisen.
5. Sicherheitsstab nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsorgan (17) mit dem Yertikalrohr (16), welches die untere Kammer (15) mit der äußeren Umgebung verbindet, eine Glocke (17) von der gleichen Achee, wie das Rohr (16) ist, die längs dieser Achse beweglich ist, wobei der Rand dieser Glocke (17) mit einer/Dichtung (18) mit Kapsel versehen ist, die in oberer Stellung der Glocke

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(17) sich gegen den Umfang des Kopfs des RoEree (16) abstützt.
6. Sicherheitsstab nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrohr von einer Stange (9) von gleicher Achse, die ebenfalls fest mit

dem Kolben (23) verbunden ist, umschlossen ist und dazu dient, das aus der unteren Kammer (15) des Speichers (11) entweichende Gas gegen den das Deckschicht gas (3) entÄtenden Baum zu leiten.
7. Sicherheitsstab nach einem der Ansprüche 2, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (25) des Hohlrohres (24) mit einem Kugelventil (31) versehen ist, welches das Gas in oberer Stellung der Kugel (31^!) durchläßt.
8. Sicherheitsstab nach- einem der Ansprüche 5 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (17) mit einem vertikalen Zapfen (32) versehen ist, der die Kugel (51¹) des Ventils (31) in unterer Stellung des Kolbens (23) anhebt.
9. Sicherheitsstab nach einem der Ansprüche 2, 3, 5» 6, und 8, dadurch gekennzeichnet,.daß die zentrale öffnung (23') des Kolbens (23) mit einem Kugelventil (35) versehen ist, welches das Gas in unterer Stellung der Kugel (33¹) durchläßt.
10. Sicherheitsstab naoh einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber aus* Borkarbid besteht.
11. Sicherheitsstab nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

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dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir (11) in einem Schutzrohr (10) gleich den für den Spaltatoff des Reaktors verwendeten Hüllrohren angeordnet ist.

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