DE2328772A1 - Siedereaktor - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Helmut Mis sling 63 Οίβεεβη £8 5 1973

Dipl.-Ing. Richard Schlee ' Bismarckstrasse 43

Dr.-Ing. Joachim Boecker . Telefon: CO641) 71O19

Boe/Sn 11.626

AKTIEBOLAGET ASEA-ATOM₉ Västeras/Schweden

Siedereaktor

Die Erfindung betrifft einen Siedereaktor mit einem Kern aus vertikalen Brennstäben und mehreren zwischen diesen vertikal naoh oben einschiebbaren Steuerstäben, die in Längsrichtung verteiltes Absorbermaterial enthalten.

Um das Ausbrennen des Kernes eines Siedevjasserreaktors zu kompensieren, erfolgt bei normalem Betrieb in gewissen Zeitintervalien, z.B. einmal wöchentlich^ eine Änderung des Steuerstabmusters. Die Änderung kann z<,B« darin bestehe^ daß einige Steuerstäbe ca. 8 % ihrer Länge herausgezogen werden,-während gleichzeitig die Drehzahl der Pumpen gesenkt wird, die einen zirkulierenden Wasserstrom durch den Reaktorkern treiben. Ein solches kombiniertes Manöver kann auf solche Weise geschehen, daß die Reaktorleistung nicht gesenkt wird.

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Wenn ein steuerstabkontroilierter Punkt einer Brennstoffkassette nach einer Steuerstabbewegung freigelegt wird, erfolgt eine bedeutende Leistungserhöhung an diesem Punkt, was zu einer entsprechenden Erhöhung des Oberflächenwärmeflusses in den Brennstäben führt. Da man gewöhnlich die Antriebsvorrichtungen der Steuerstäbe so ausführt, daß die Steuerstäbe mit hoher Geschwindigkeit bewegt werden können, z.B. 15 mm/sek., erfolgt die örtliche Leistungserhöhung in relativ kurzer Zeit (ca. 20 sek.) Diese Beanspruchung des Brennstoffes kann wegen des Versprödens der Verkapseiung aufgrund der Bestrahlung eventuell Brennschäden verursachen und damit die Betriebssicherheit eines Siedewasserreaktors herabsetzen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Siedexreaktor der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem eine Herabsetzung des Herausziehschrittes und/oder der Herausziehgeschwindigkeit nicht erforderlich ist, um die obengenannten nachteiligen Wirkungen zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Siedereaktor der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die SteuerstäbeAn ihrem oberen Ende über höchstens 25 % ihrer Länge mit einem solchen Gehalt an Absorbermaterial ausgeführt sind, daß der Durchschnittswert pro Längeneinheit höchstens 1/3 des entsprechenden Durchschnittswertes der Stäbe auf ihrer übrigen Länge beträgt.

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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutieert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt durch einen Reaktorkern, der vier Brennstoffkassetten 1 und einen zugehörigen Steuerstab 2 enthält,

Fig. 2 die entwickelte Leistung pro. Volumeneinheit

als Funktion der Kernhöhe bei zwei verschiedenen Stellungen als konventionellen Steuerstabes,

Fig. 3 entsprechende Kurven wie Fig. 2 für den Fall der Verwendung von Steuerstäben gemäß der Erfindung,

Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht der Fig. 1.

Im linken Teil der Fig. 2 ist ein für einen Steuerstab bestimmter und mit derselben Höhe wie der Reaktorkern ausgeführter Führungsspalt A angedeutet, wobei der untere schraffierte Teil 3 den verbleibenden Teil eines zu 84 % herausgezogenen Steuerstabes symbolisiert. Die Kurve A2 zeigt die Leistungsentwicklung pro Volumeneinheit in Abhängigkeit der Kernhöhe für die im linken Teil mit 3 angedeutete Steuerstablage. Die Kurve B2 zeigt in entsprechender Weise die Leistungsverhältnisse, wenn der Steuerstab zu 92 % herausgezogen ist, so daß nur noch der mit -4 be-

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zeichnete Steuerstababschnitt sich im Reaktorkern befindet.

Die gleichen Verhältnisse zeigt Fig. 3 für einen Reaktorkern, bei dem Steuerstäbe gemäß der Erfindung verwendet werden, die in den Stellungen A und£ bis zu 84 % bzw. 92 % herausgezogen sind* .Die Leistungsentwicklung pro Voiumeneinheit wird durch die Kurven A3 und B3 veranschaulicht. Der in Fig. 1 und Fig. angedeutete Steuerstab 2 ist in bekannter Weise mit einer Anzahl Bohrungen 7 und 8 versehen, die senkrecht zu der Längsachse des Steuerstabes verlaufen und gleichmäßig über dessen Länge verteilt sind. Die Löcher sind mit ein und demselben neutronenabsorbierenden Material, z.B. Borkarbid, gefüllt. Über eine Strecke L am oberen Ende des Steuerstäbes haben die Löcher einen relativ kleinen Durchmesser und sind in Fig. 4 mit 7 bezeichnet, während die übrigen Löcher 8 wesentlich größer sind. In dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Fall beträgt L 8 % der Höhe des Reaktorkerns, und die Borkonzentration in dem Steuerstab beträgt 0,3 % auf der Strecke L und 4,2 % auf dem übrigen Teil des Stabes. Die Strecke L kann natürlich auch andere Werte haben. Die Größe der Strecke L beträgt in gewöhnlichen Fällen zwischen 2 bis 25 % der Höhe des Reaktorkerns, vorzugsweise 4 bis 12 %.

Das Verhältnis der Borkonzentrationen zwischen den beiden Strecken ist in dem hier beschriebenen Fall j-l·^ = 0,07. Das

Konzentrationsverhältnis kann jedoch variieren. Zweckmäßige Werte liegen im Bereich 0 = ■?

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Beim Übergang des Steuerstabes von der Lage A zu der Lage B erhält man bei Verwendung eines konventionellen Steuerstabes die in Fig. 2 dargestellte Leistungserhöhung £ 2, während ein Steuerstab gemäß der Erfindung bei demselben Herausziehvorgang eine wesentlich kleinere Leistungserhöhung ergibt, wie der Wert ^ 3 in Fig. 3 zeigt. Dies bedeutet, daß man durch die Erfindung eine wesentliche Herabsetzung der thermischen Beanspruchung erreicht, die gewöhnlich beim Herausziehen des Steuerstabes eintritt.

Ein Vergleich von Fig. 2 und Fig«, 3 zeigt, daß auch die Steuerstabform gemäß der Erfindung die Leistungsspitze in der Kassette vermindert, was dazu ausgenutzt werden kann, die gesamte Leistungsentnahme aus der Kassette zu erhöhen.

Um die obengenannte günstige Wirkung zu erreichen, ohne daß die maximale Fähigkeit des Steuerstabes, Neutronen zu absorbieren, reduziert wird, kann es in gewissen Fällen zweckmäßig sein, die Länge des sogenannten "schwarzen" Steuerstabteils gleich der Höhe des Reaktorkerns zu machen, wobei der "graue" mit reduziertem Gehalt an Absorbermaterial ausgeführte Steuerstabteil sich oberhalb des Reaktorkerns befinden wird, wenn der Steuerstab eine Lage einnimmt, die der maximalen Absortionsfähigkeit entspricht.

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Siedereaktor mit einem Kern aus vertikalen Brennstäben und mehreren zwischen diesen vertikal nach oben einschiebbaren Steuerstäben, die in Längsrichtung verteiltes Absorbermaterial enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstäbe an ihrem oberen Ende über höchstens 25 % ihrer Länge mit einem solchen Gehalt an Absorbermaterial ausgeführt sind, daß der Durchschnittswert pro Längeneinheit höchstens Λ/5 des entsprechenden Durchschnittswertes der Stäbe auf ihrer übrigen Lange beträgt.

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