DE2340971A1 - Kernreaktor mit einem vielzweckabschirmsystem - Google Patents

Description

NUCIEAR SERYIGES CORK)RAiDIOIi
4-77 Division Stre.et
Campbell, California 95008
V.St.v.A.

Kernreaktor mit einem Vielzweck-Abschirmsystem

Die Erfindung betrifft eine Kernreaktoranlage, und zwar im einzelnen eine für viele Zwecke in Abteilungen unterteilte wassertragbare Konstruktion zur Aufnahme und Abschirmung des Kernreaktors und des primären Kühlmittelsystems einer solchen Kernreaktoranlage·

Normalerweise werden mit Kernkraft betriebene Anlagen, die als zentrale Versorgungsstation für elektrischen Strom dienen, dauerhaft an Ort und Stelle als zwei getrennte Gebäude aufgebaut, von denen das eine dazu dient, die elektrischen Generatoren und die zugehörigen Maschinen aufzunehmen, während

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das andere, ein Reaktorgebäude, das Dampferzeugungs- und das primäre Abführsystem sowie die zugehörige Sicherheitsausrüstung hierfür beherbergt. Aufgrund der potentiellen Gefahren, die für den Betrieb von Kernreaktoren inhärent sind, wie beispielsweise aus dem Reaktorkern freigesetzte Strahlungen und/oder durch einen nuklearen Unfall freigesetzter Dampf und freigesetztes Wasser, muß das Reaktorgebäude mit einer beträchtlichen Abschirmung zum Schutz des darin befindlichen Personals und der darin enthaltenen Ausrüstung versehen sein. Aus diesem Grunde ging man in der Praxis so vor, daß man eine sehr dicke Wand aus bewehrtem Beton um den Kernreaktordruckbehälter als primäre Abschirmung vorsah, der die primäre Druckgrenze definierte, wobei die letztere weiterhin in einem Aufnahmebehälter umschlossen war, der ebenfalls eine sehr dicke Wand von bewehrtem Beton besaß, die eine sekundäre Abschirmung bildete. In Verbindung mit den obigen Maßnahmen und zum Schutz des'Aufnahmebehälters gegen Beschädigung durch Geschosse wurden Abteilungen, die aus schwerem Beton ausgebildet worden sind, strategisch um den Aufnahmebehälter herum innerhalb und außerhalb des Gebäudes aufgebaut.

Zusätzlich hierzu wird ein mit großem Volumen ausgestatteter Aufnahmebehälter oder ein großer Wasservorrat benutzt, um die Energie zu absorbieren, die innerhalb des Aufnahmebehälters im Falle eines Bruchs der primären Druckgrenze freigesetzt wird. Dieser Wasservorrat oder ein zusätzlicher Wasservorrat wird im allgemeinen als Wasservorrat für Reaktorkern-Notkühlungssysteme benutzt.

Weiterhin wird in einigen derzeit bekannten Reaktoraufbauten eine spezielle, wasserzurückhaltende Struktur um den Reaktordruckbehälter herum vorgesehen, so daß im Falle eines Lecks

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das auslaufende Wasser zurückgehalten wird, damit man den Reaktorkern mit Wasser geflutet hält.

Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß das Reaktorgebäude selbst und die gesamte wesentliche Ausrüstung innerhalb des Reaktorgebäudes in einer derartigen Weise gelagert sein muß, daß es seismische Stöße von dem schlimmstmöglichen Erdbeben aufnehmen kann, ohne funktionsunfähig zu werden. Das erfordert notwendigerweise ein schweres Fundament und eine schwere Tragstruktur für ein solches dauerhaftes bzw. ortsfestes Gebäude.

Im Gesamtergebnis ist diese schwere Konstruktion des Aufbaus ein massives Reaktorgebäude von ungefähr 100 000 t, von denen über 75 % bewehrter Beton ist.

Mit der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung einer Wassertankanlage und von Abteilungen hierfür vorgeschlagen, die innerhalb des Reaktorgebäudes so ausgebildet und angeordnet sind, daß sie für viele Zwecke und Funktionen dienen können, die bisher eine Vielzahl von Einrichtungen zusätzlich zur Struktur selbst erforderlich gemacht haben. Im einzelnen wird mit der Erfindung eine derartige Wassertankanlage vorgeschlagen, die im gefüllten Zustand eine primäre und sekundäre Abschirmung bildet, während das gleiche Wasser in dieser Tankanlage gehalten.wird, um die Energie eines unabsichtlichen nuklearen Unfalls zu absorbieren^ das gleiche Wasser, das in die Tankanlage eingefüllt ist, wirkt weiterhin dahingehend, daß es sowohl den Reaktordruckbehälter als auch die innenseitigen und außenseitigen Oberflächen des Aufnahmebehälters vor Geschossen schützt und daß es als Grenzwand um den Reaktordruckbehälter herum verfügbar ist, so daß sich im Falle eines

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Lecks im Druckbehälter die zur Zurückhaltung dienende Grenzwand mit dem aus dem Leck austretenden Wasser füllt und den Kern geflutet hält; diese gleiche, mit Wasser gefüllte Tankanlage bildet gleichzeitig Vielfachvorräte für Notkühlungsvasser für den Reaktorkern.

Außerdem werden durch die Erfindung die Gesamtanlagekosten durch die vielfache Verwendung des Wassertank-Abschirmsystems herabgesetzt.

Weiterhin schaltet die Erfindung die Notwendigkeit eines massiven Betonvolumen der gegenwärtigen Reaktorgebäude aus, wobei die Wassertankanlage im leeren Zustand den Aufbau des Reaktorgebäudes als Hülle, Bootskörper, Rumpf, Schiffskörper o. dgl. in einer Schiffswerft oder einem anderen vorteilhaften Ort erleichtert bzw· ermöglicht« Xn diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß mit der Erfindung ein mit vielen Abteilungen ausgerüstetes Gebäude geschaffen wird, das eine Wassertankanalge besitzt, wobei, wenn diese Tankanlage leer ist, das Gebäude ein Trockengewicht hat, welches es ermöglicht, die hüllenartige bzw. bootskörperartige bzw. schiffsrumpfartige o. dgl. Struktur auf dem Wasserwege zum Betriebsplatz zu bewegen bzw. zu transportieren, wo das Gebäude in der Nähe seiner zugehörigen Turbinen-Generator-Installation verankert wird; der T_ankanlagenaufbau wird danach mit Wasser gefüllt, so daß er die Abschirmung und den Wasservorrat, die für die Betriebsweise erforderlich sind, zur Verfügung stellt.

Schließlich wird mit der Erfindung ein relativ leichtes Reaktorgebäude vom Hüllen-, Schiffsrumpf-, Bootskörper- 6. dgl. -typ geschaffen, das im Wasser festgemacht werden kann, so daß dieses Wasser als sekundäre Abschirmung dient, wodurch die Not-

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wendigkeit für eine eingebaute Abschirmung, vie sie um die Bodenbereiche des Reaktors erforderlich ist, herabgesetzt wird. In Verbindung damit dient das Wasser, in dem'das Reaktorgebäude festgemacht ist, als seismischer Dämpfer für die Hülle, den Bootsrumpf, den Schiffskörper o. dgl., wodurch der Umfang und die Kosten von Beschränkungen bzw. Behinderungen und von Tragstruktur, welche normalerweise innerhalb des Reaktorgebäudes erforderlich sind, minimalisiert werden.

Endlich wird mit der Erfindung in einen für viele Zwecke dienenden, mit Abteilungen versehenem ,Gebäude eine Abschirmungs- ' tankanlage um die Speicherkammer für verbrauchten Brennstoff wie auch um die Speicherabteilungen für interne Reaktorbauteile, welche während der Brennstoffauswechslung erforderlich sind, herum geschaffen·

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Fig. 1-6 der Zeichnung dargestellten, besonders !bevorzugten Äusführungsbeisp'iels näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Reaktorgebäude, das als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geeignet ist;

Fig. 2 einen Schnitt durch den Aufbam nach Fig. 1 längs der dort dargestellten Linie 2-2 j

Fig. 3 einen Schnitt durch den Aufbau der Fig. 2 längs der dort dargestellten Linie 3-3 sowie mit einem ein wenig größeren Haßstab gegenüber Fig« 2, worin ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht istj

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Fig. 4 einen Schnitt, der nur durch das Hauptgebäude der Fig. 3 verläuft und längs der dort eingezeichneten Linie 4-4 ausgeführt ist;

Fig. 5 ein horizontaler Schnitt durch den Aufbau nach Fig. 3» im wesentlichen längs der Linien 5-5 in Fig. 3 ausgeführt; und

Fig. 6 einen Horizontalschnitt durch das Hauptgebäude der Fig. 3 längs der dort eingezeichneten Linie 6-6.

Das in den Figuren der Zeichnung dargestellte Gebäude 10 ist vollständig aus Baustahl und Stahlplatten aufgebaut, die so berechnet sind, daß sie den zu fordernden Belastungen widerstehen, und die als vollständige Einfassung zur Aufnahme eines Kernreaktordruckbehälters 11 und eines primären Kühlmittelsystems zusammengeschweißt sind. Allgemein kann das Gebäude 10 rechteckig, quadratisch oder von jeder anderen Form sein, die für die erforderliche spezielle Anlage notwendig ist. Für den Zweck der vorliegenden Darlegungen wird davon ausgegangen, daß die Kochendwasserreaktoranlage in einem abgestumpften zylindrischen Aufnahmebehälter untergebracht ist. Jedoch kann die Erfindung in gleicher Weise auf die Unterbringung einer Druckwasserreaktoranlage oder eines anderen Typs einer Anlage innerhalb geometrisch anderer geeigneter Aufnahmebehälter angewandt werden, mit denen sich in gleicher bzw, entsprechender Weise die Vorteile der Erfindung erzielen lassen· ,

Obwohl in den Fig· 1 und 2 ein Reaktor gehäuse 10 dargestellt ist, das benachbarte Flügel für ein Kontrollgebäude 12 und ein Hilfsgebäude 13 aufweist, die daran angefügt sind, bezieht

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sich der Erfindungsgedanke in erster Linie auf den Aufbau des Hauptgebäudes 10, innerhalb dessen der Reaktordruckbehält er 11 untergebracht ist.

Wie man aus den Fig. 2, 3i ^ und 6 ersieht, besitzt das Gebäude 10 eine Unter- bzw. Substruktur l4, die eine Bodenplatte 15 und Seitenplatten l6 umfaßt, welche in hüllen- bzw. rumpfartige Basis 17 eingeschweißt sind. Diese Basis 17 besitzt eine innere Beplattung 15' und 16', die von der Bodenplatte 15 und den Seitenplatten 16 durch einen Stützrippenaufbau l8 in der bei Schiffsaufbauten üblichen Weise im Abstand gehalten wird. Diese hüllenartige Basis 17 besitzt eine obere Platte oder eine Schandeckplatte 19, von der aus sich die äußeren Wände der Überstruktur 20 des Gebäudes nach aufwärts erstrecken. Die äußeren Wände der Überstruktur 20 umfassen eine Stahlplatte 21, die von Säulen 17' getragen wird, welche auf der Platte 19 ruhen und an ihren oberen Enden durch ein Gitterwerk 22 und ein Abdeckungsdach 23 vereinigt sind.

Der Kernreaktordruckbehälter 11 ist im -wesentlichen mittig innerhalb des Gebäudes 10 im Abstand zu dessen hüllenartiger Basis 17 angeordnet. Der Kernreaktordruckbehälter 11 wird auf Trägern 24 gehalten, die sich nach einwärts von einer Stützstruktur 25 aus erstrecken, welche konzentrische zylindrische Wände 26-26' aufweist, die durch radiale Arme 27 vereinigt sind und an ihren unteren Enden an die Bodenplatten 15-15' angeschweißt sind, derart, daß sich eine wasserdichte, becherartige Basis 28 unterhalb des Reaktorbehälters ergibt. Der innere Durchmesser der Stützstruktur 25 ist ein wenig größer als der Außendurchmesser des Reaktorbehälters 11 und trägt ein Paar zylindrischer Tanks 29-29', die in vertikale Erstreckungen der konzentrischen zylindrischen Wände 26 bzw. 26' der Stützstruktur niederkommen. Die inneren

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und äußeren Tanks 29 und 29' sind an den Trägern 24 mit einem Boden versehen und erstrecken sich nach aufwärts, so daß sie den Reaktordruckbehälter in der Zone der intensivsten Emission radioaktiver Strahlung aus dem Kern C des Reaktors umschließen» Durch diese Anordnung dienen die Tanks 29-29', wenn sie mit Wasser gefüllt sind, dazu, eine primäre Abschirmung 30 um den Reaktor 11 herum zu bilden. Sie dienen außerdem zusammen mit der unten liegenden becherartigen Basis 28 dazu, einen wasserdichten Behälter 32 auszubilden, der im Falle eines Reaktordruckausfalls automatisch mit Wasser gefüllt wird, das in den Kern C gepumpt ist, und der evtl. den Kern zum Zwecke einer Notkühlung untergetaucht hält. Beim normalen Betrieb Jedoch ist dieser wasserdichte Behälter

32 leer, und seine becherartige Basis 28 bildet einen Steuerbzw. Kontrollstabantriebsraum, der durch druckdichte Türen

33 zugänglich ist, die in der äußeren zylindrischen Wand 26' vorgesehen sind, wie in Fig. k gezeigt ist.

Der Reaktor 11 und die auf diese Weise ausgebildete primäre Abschrimung 30 sind im Aufnahmebehälter 35 eingeschlossen. Der Aufnahmebehälter 35 besitzt gemäß der vorliegenden Beschreibung ebenfalls eine zylindrische Struktur, die konzentrisch zum Reaktor 11 und zur primären Abschirmung 30, jedoch von diesen im Abstand angeordnet ist, so daß sich eine Druckzone um den Re akt orb ehält er und den wasserdichten Behälter 32 herum ergibt.

Gemäß der Darstellung besitzt der Aufnahmebehälter 35 die Form einer abgestumpften zylindrischen Schale 36, deren unteres Ende auf der Bodenplatte 15 abgestützt ist und damit zusammenwirkt, derart, daß ein innerer Bodentank 37 zwischen den Platten 15 und 15* ausgebildet wird, mit dem Wasser zurückgehalten und auf diese Weise eine sekundäre Abschirmung gegen radioaktive Strahlungen gebildet wird, die nach abwärts

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vom Hauptreaktorbehälter 11 abgelenkt werden.

Eine sekundäre zylindrische Abschirmung 38 wird dadurch gebildet, daß ein Tank 39 vorgesehen ist, der an der Innerei« Wand der Schale 36 angebracht ist, und zwar von einem Niveauetwas unterhalb der primären Abschirmung 30 oder der Tankanlage 29-29' bis hinauf zu einem Niveau, an dem der Aufnahmebehälter in seinen abgestumpften Teil übergeht. Am oberen Niveau des Tanks 39 erstreckt sich eine sekundäre Abschirmung 40, die die Form eines kegelstumpfförmigen Tanks 4l besitzt , nach einwärts und aufwärts bis zu einem !ÜTeau einer Abschließung, die durch die domaartige Kappe 34 des Aufnehmebehälters 35 gebildet wird. Diese Kappe 3% besitzt einen Durchmesser, der ungefähr der äußeren, zylindrischen Wand 26' des Tanks 29' der primären Abschirmung 3O entspricht· Das obere Ende der Schale 36, die den Aufnahmebehälter 35 bildet , wird weiterhin sekundär durch eine Ringtankanlage 42 und 43 abgeschirmt, die, wenn sie mit Wasser gefüllt ist, den ringförmigen dreieckigen Hohlraums 42* abschirmt und den Spalt 43* zwischen dem oberen Niveau des Tanks 39 bzw· den kegelstumpfförmigen Tank 4l überlappt.

Oberhalb des Aufnahmebehälters 35 werden «ntfernbare Abdeckungen 4% auf einer zylindrischen Taafckontruktion %5 gehalten, wobei diese Abdeckungen einen Zugang zum Kern C des von seiner Kappe befreiten Reaktors 11 zum Entfernen und Ersetzen verbrauchten Brennstoff* «möglichen. Das wird erreicht durch einen über Kopf lau?enden Kran 46, der sich auf Schienen 47 bewegt, welche auf den Wänden der Überstruktur abgestützt sind, so daß der Kra» den verbrauchten Brennstoff zur zeitweisen Lagerung in ein. Becken 43 für die Lagerung verbrauchten Brennstoffe wad den Verdampfer-

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Separator in das durch die Tankanlage 50 bzw. 51 aufgebaute Speicherbecken 49 transportieren kann, wobei diese beiden Becken diametral entgegengesetzt in der Nähe des oberen Endes des Aufnahmebehälters 35 angeordnet sind. Diese Hilfskammern 50 und 51 sind durch eine mit Wasser füllbare Tankanlage 52 bzw. 53 abgeschirmt, welche sie in der in den Fig. 3 und 5 gezeigten Weise umgibt.

Soweit der Grundbetrieb der Anlage betroffen ist, genügt die Haupttankanlage, wie die primäre Abschirmung 30 und die sekundäre zylindrische Abschirmung 38, unter normalen Bedingungen. Die Tanks 29-29', '37 und 38 sind alle mit Entlüftungsöffnungen versehen, die mit den Hohlräumen innerhalb des Aufnahmebehälters 35 in Verbindung treten können. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, daß im Falle eines Fehlers in der primären Kühlmittelbegrenzung die in den radioaktiven Fluiden freigesetzte Energie durch das Wasser in diesen Tanks absorbiert werden kann, so daß dadurch eine übermäßige Druckentwicklung im Aufnahmebehälter verhindert wird· Wie nan am besten aus den Fig. 3* 4 und 5 ersieht, besitzt die primäre und die sekundäre zylindrische Abschirmung 30 und 38 lcnieförmige Entlüftungsleitungen 54, die mit einem offenen Ende in das Abschiraungswasser in der Nähe der oberen Enden der jeweiligen Tanks 29-29* und 39 eingetaucht sind· Jeder Austritt von unter Druck st eh endest Fluid wird daher in die Tanksanlage 29-29' und 39 gerichtet, und das Abschir-■ungswasser in diesen Tanks absorbiert die im austretenden Fluid enthaltene Energie in Falle eines Fehlers in der Ausrüstungswand · Die Expansion des Abschirarangswassers in dieser primären und sekundären Abschirmung führt daher zu einem Überströmen aus den Auelaßröhren 54, und dieses Abschirmungswasser wird noch innerhalb des Aufnahmebehälters 35 zurückgehalten. Es sei hier darauf hingewiesen, daß alle diese Tanks

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29-29' und 39 intern in Abteilungen aufgeteilt sind und die Abteilungen dieser Tanks einzeln mit Auslaßröhren versehen sind, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Durch diese. Anordnung kommt es im Falle eines Lecks in irgendeiner der Abteilungen der Tankanlage 29-29' und 39 nur zu einem Verlust von lediglich einer beschränkten Wassermenge und es verbleibt noch eine adäquate Abschirmung und Energieabführungsmögiichkeit im Rest des Abschirmungstanksystems.

Der Bodentank 37, der ebenfalls Wasser zu Abschirmungszwecken enthält, wird auch mittels einer Mehrzahl von pilzförmigen Auslaßleitungen 55 belüftet, die sich durch die obere Platte 15' erstrecken (Fig. k und 6) und die i» entsprechender Weise als Auslaßöffnungen dienen können. Einige dieser Auslaßleitungen 55 befinden sich innerhalb des becherartigen Kontrollbzw. Steuerraums 28 an der Basis des wasserdichten Behälters 32. Außerhalb des Kontrollraums 28 münden andere pilzförmige Auslaßlöhren 55 in die Basis des Aufnahmebehälters 35· Durch diese Anordnung kann die im Bodentank 37 enthaltende Wasserabschirmung ebenfalls die Energie ab sorts i er en, die in austretendem, radioaktiv verseuchtem Fluid enthalten ist, und das Wasser kann in die Begrenzungen des Aufnahmebehälters 35 und des becherförmigen Basisraums 28 expandieren·

Nach Erfordernis ist eine weitere sekundäre und außenseitige Abschirmung 56 vorgesehen, die durch eine Tankanlage 57 gebildet wird, welche um den Umfang des Aufnahmebehälters 35 herum ausgebildet ist. Diese Tankanlage 57 umfaßt, wie am besten aus den Fig. 3t 4 und 5 ersichtlich ist, eine innere zylindrische Wand 58, welche sich im Abstand von der zylindrischen Wand der Schale 36 befindet, sowie eine äußere zylindrische Wand 59, die mit der Wand 58 konzentrisch und durch radiale Zwischenwände 60 (Fig. 6) alt der Wand 58 vereinigt ist, so daß man individuelle Abteilungen, die Wasser

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enthalten, in der außenseitigen sekundären Abschirmung 56 erhält. Die Tankanlage 57 ist in der "Zone der primären und sekundären Abschirmung 29-29' und 39 vorgesehen, Wobei sich die unteren Enden der inneren und äußeren zylindrischen Trägerwände 38 und 39 von den Bodenplatten 15-15' der hüllenartigen Basis 17 der Substruktur l4 nach aufwärts erstrecken. Die äußere zylindrische Wand 59 ist weiterhin durch Zwischenwände 6l auf unterschiedlichen Niveaus innerhalb und zwischen den äußeren Wänden 21 und den Säulen 17' der Überstruktur 20 des Gebäudes 10 ausgesteift. Diese Zwischenwände 6l ergeben Abteilungen 62 um die äußeren Wände des Gebäudes für die Ausrüstung, die zum Betrieb der Anlage erforderlich ist. Diese außenseitige Abschirmung 56 schützt nicht nur die äußeren Abteilungen 62 des Gebäudes vor* radioaktiver Strahlung aus dem inneren des Aufnahmebehälters 35 t sondern sie dient auch als Schutz für den letzteren gegen Zerstörung durch Geschosse von außerhalb des Gebäudes. Die Auslaßverbindung des Aufnahmebehälters mit dieser äußeren sekundären Abschirmung 56 kann mittels Knierohren 63 hergestellt werden, deren vertikale Enden in das Abschirmungswasser 56 eingetaucht sind und deren horizontale Teile die Schale 36 des Aufnahmebehälters 35 an der Ringtankanlage 42 und 43 (Fig. 3, 4 und 5) durchdringen« An den Stellen, an denen die Auslaßleitungen 63 die zylindrische Wand 36 des Aufnahmebehälters durchdringen sind geeignete Bälge und wasserdichte Verbindungen vorgesehen. Durch die auf diese Weise erzielte Auslaßverbindung zu der äußeren sekundären Abschirmung kann das Abschirmungswasser darin benutzt werden, wenn das Wasser, das innerhalb des Aufnahmebehälters 35 zur Absorption der darin erzeugten Energie erforderlich ist, nicht ausreicht.

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In den verschiedenen primären lind sekundären Abschirmungen sind, wie Fig. 3 zeigt, Saugverbindungen 64 vorgesehen, mit denen es möglich ist, eine Kühlung des Abschirmwassers vorzunehmen und/oder eine Entfernung von Energie aus dem zweiten Niveau durchzuführen, nämlich derjenigen Energie, .die aufgrund eines postulierten Unfalls absorbiert worden ist, ebenso wie diese Saugverbindungen einen Zugang zu einer Wasserquelle für eine Notkühlung des Kerns C schaffen· Diese gleichen Verbindungen 64 können allgemein für den Fall der Notwendigkeit des Zugangs zum Wasser in dem einen oder anderen der drei vorerwähnten Fälle benutzt werden, indem man die richtige Verbindung mit denjenigen Systemen der Anlage herstellt, die diesen jeweiligen Funktionen zugeordnet sind·

Es ist nun ersichtlich, daß die· vorstehend erläuterte Erfindung eine neuartige und wirksame Anordnung zur Verfügung stellt, in der eine Wassertankanlage, die einheitlich,wie beschrieben, um den Reaktordruckbehälter' 11, den Aufnahmebehälter 35 und andere radioaktive Quellen angeordnet ist, vielfachen Funktionen dient, nämlich (A) der Strahlungsabschirmung; (B) der Absorption von Energie von heißem radioaktiven Fluids aus einem Anlagenunfall; (C) Schutz des Reaktors und des Aufnahmebehälters bzw· der Aufnahmebehälter vor Geschossen; (D) zum Überfluten eines Stahlbechers oder -behälters 32, über den der Reaktorkern im Falle eines Lecks im Druckbehälter sit Wasser überflutet werden, kann; und (E) als Notkühlungswasser quellen. Durch Kombination aller dieser Funktionen, wie beschrieben, in ein Wassertanksystem, werden sehr große Gewichte beträchtlich herabgesetzt, die bei den gegenwärtigen konventionellen Anlagen von bewehrtem Beton zur Abschirmung und zum Aufbau herrühren sowie von separaten, großen, energieabsorbierenden Behältern oder separaten, energieabsorbierenden Wässerbecken« InfoIge-

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dessen zeigen Berechnungen für eine typische Anlage, daß das Gesamtgewicht des Reaktorgebäudes und seines maschinellen Inhalts um einen Faktor 3 gegenüber gegenwärtigen Konzepten herabgesetzt werden kann. Jedoch wird aufgrund der vorliegenden Erfindung weiterhin das Gewicht des Reaktorgebäudes durch einen weiteren Faktor 2 reduziert, wenn die Tankanlage leer ist· Dieses relativ geringe Gewicht des Gebäudes, wenn es frei von Wasser in der Tankanlage ist, ermöglicht es, das gesamte Reaktorgebäude 10 als wasserhaltende bzw. wassertragbare Stahlhülle 17 aufzubauen. Eine derartige Stahlhülle und üb er struktur kann in vorteilhafteren Bauanlagen gebaut werden, die von dem normalerweise isolierten Bereich entfernt sind, in dem die Reaktoranlage aufgestellt und betrieben werden soll. Derartige vorteilhaftere Bauanlagen können Stellen wie Schiffswerften mit großen Trockendockanlagen umfassen bzw» sein, sie sind jedoch nicht hierauf beschränkt.

Der gesamte maschinelle Inhalt der Realctorgebäudehülle kann an diesem Bauplatz installiert und dann, bei leerem Vielzweck-Abschirmtanksystem zum Betriebsplatz bewegt bzw. transportiert werden, wo das Festmachen in der Nähe des Turbinengebäudes erfolgen kann. Das Vielzweck-Abschirmtanksystem kann dann ■it Vasser gefüllt werden, und die Hülle senkt sich dann auf ihre Betriebetiefe ab. Nachdem die richtigen Dampf- und Zuführungsleitungsverbindungen zwischen den beiden Gebäuden hergestellt worden sind, wobei diese Verbindungen so ausgebildet sind, daß sie eine gewisse Relativbewegung zwischen den beiden Gebäuden während des Betriebs ermöglichen, ist die gesamte Anlage zum Beginn des Betriebes bereit.

Fig· 2 zeigt eine solche Reaktorgebäudehülle 17 mit der darin installierten Ausrüstung und mit zwei benachbarten Flügeltanks, in denen der Kontroll- bzw. St euer raum 12 und die An-

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lage 13 zum Verarbeiten des radioaktiven Abfalls untergebracht sind. Die relativ flache Tiefe, in der die Reaktorgebäudehülle 17 zum Zwecke der Bewegung von dem Bauplatz zum Betriebsplatz schwimmt, ist als Trockenwasserlinie dargestellt, während die Naßwasserlinie die projektierte Tiefe ist, bei der die Reaktorgebäudehülle 17 schwimmen würde, wenn das Abschirmtanksystem mit Wasser gefüllt ist. Berechnungen, die für die Auslegung einer typischen großen Zentraistations-Kernreaktorleistungsanlage gemacht worden sind, haben gezeigt, daß die relativ flache Tiefe während der Bewegung der Hülle einen Transport zu vielen Bereichen an der Küste des Ozeans, an Buchten, Flüssen und Seen ermöglicht, wo Kernreaktoranlagen normalerweise errichtet werden.

Am Betriebsplatz wirkt das Wasser, in welcher die Reaktorgebäudehülle festgemacht wird und der Tiefgang des Teils der Hülle, der bis zur Naßwasserlinie eingetaucht ist, als Abschirmung 65 (siehe Fig. 2 und k) zum Absorbieren von Strahlungen von der Hülle und zum Schützen des Personals in den benachbarten Gebäuden während des Betriebs. Dadurch wird die erforderliche sekundäre Abschirmung innerhalb der Hülle in niedrigen Bereichen der Hülle 17, die sich während des Betriebs unterhalb des Wasserniveaus befinden, minimalisiert. Dieses gleiche Wasser, in dem die Hülle festgemacht ist, wirkt außerdem als hydraulischer Dämpfer, der die Hülle und deren maschinellen·Inhalt vor den Beschleunigungskraften schützt, die bei einem maximal zu erwartenden Erdbeben auftreten, welches gemäß den Erfordernissen der Auslegung der Anlage zugrunde gelegt werden müßte. Auf diese Weise werden die Erfordernisse für schwere bauliche Träger, Dämpfer und Stoßdämpfer, die normalerweise zua Aufnehmen dieser Beschleunigungskräfte erforderlich sind, minisalisiert.

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Es ist nunmehr ersichtlich, daß es aufgrund des beschriebenen erfindungsgemäßen Vielzweck-Abschirmsystems möglich ist, das Gewicht des Reaktorgebäudes in einem derart bemerkbaren Ausmaß herabzusetzen, daß es in einfacher Weise gangbar ist, dieses Reaktorgebäude als eine Hülle, Schiffskörper, Bootskörper, Rumpf, Bootrumpf o. dgl. gebaut werden kann, wobei die maschinelle Anlage an einem geeigneten Bauplatz installierbar ist und das Reaktorgebäude mit der Maschinerie bei relativ flacher Eintauchtiefe mit leerem Abschirmtanksystem .zum Betriebsplatz bewegt bzw. transportiert werden kann, wo die Abschirmtankanlage mit Wasser gefüllt wird. Das beim Festmachen zusätzlich wirksam werdende Wasser gibt eine zusätzliche Abschirmung und eine Erdbebendämpfung, so daß das Gewicht und die Kosten reduziert werden, da anderenfalls diese Erfordernisse normalerweise durch Baumaßnahmen in der Kernreaktoranlage Berücksichtigung finden nüssen.

Unter den vielen möglichen Abwandlungen, die im Rahmen der Erfindung vorgenommen werden können, sei erwähnt, daß die Erfindung auch bei anderen Arten von Kernreaktoranlagen anwendbar ist, wie beispielsweise bei Druckwasserreaktoren, Flüssigmetallreaktoren und gasgekühlten Kernreaktoren. Weiterhin kann auch das Vielzweck-Abschirmsystem der Erfindung ■it Vorteil bei den verschiedensten Aufnahmebehält er formen Anwendung finden, beispielsweise bei Zylindern, teilweisen Kugeln, Konusformen und anderen Formen.

Zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein in Abteile unterteiltes Vielzweck-Reaktorgebäude, in dem ein mit Wasser füllbares Tanksystem um den Druckbehälter und den Aufnahmebehälter eines Kernreaktors verteilt vorgesehen ist, so daß damit eine primäre Abschirmung einer primären Druckbegrenzung, eine sekundäre Abschirmung im Aufnahmebehälter wie auch ein

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Schutz gegen Geschosse von innerhalb und/oder außerhalb des Gebäudes erreicht wird} die Tankanlage bildet weiterhin mehrere bzw. viele und unmittelbare Wasserquellen für Notkühlung und für Flutung der Aufnahmeumgrenzung bzw. des Aufnahmebehälters um den Druckbehälter herum für den Fall, daß der Behälter zu Bruch geht, um trotzdem den Reaktorkern eingetaucht bzw. geflutet zu halten; die Tankanlage und das darin befindliche Wasser dient zum Absorbieren der Energiefreisetzung, die bei einem nuklearen Unfall erzeugt wird; diese Tankanlage macht das Gebäude im leeren Zustand leicht genug, daß es als Hülle, Bootskörper, Schiffsrumpf o. dgl. schwimmen kann, so daß in diesem Zustand ein Transport von einem Bauplatz zu der Stelle des endgültigen Gebrauchs erfolgen kann, wo das Reaktorgebäude festgemacht wird und wo das die Hülle o. dgl. tragende Wasser als seismischer Dämpfer für die Hülle bzw. die darin befindliche Reaktoranlage im Falle eines Erdbebens dient.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   ί 1· jKernreaktor mit einem Vielzweck-Abschirmsystem, umfassend ^—^ ein in Stahlbau erstelltes Gebäude zur Aufnahme, eines Kernreaktor-Druckbehälters und der zugehörigen Maschinen eines primären Wärmeabfuhr systems, das mit einer Elektrizität serzeugungsanlage verbindbar ist, wobei das Vielzweck- Abschirmsystem eine Mehr- bzw. Vielzahl von Abteilungen aufweist, gekennzeichnet du r c h

   a) eine im wesentlichen aus Stahl bestehende bzw· Ganzstahl sub struktur (14), die von Wasser tragbar und vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpf- o. dgl. .-typ ist und den Boden des Gebäudes (lO) bildet;'

   b) einen wasserdichten, becher art igen, in Stahlbauweise ' erstellten bzw. aus Stahl gebauten Behälter (32), der eine Wand (26, 26') aufweist, die im wesentlichen in der Mitte des Gebäudes abgestützt ist und eine Basis besitzt, welche als Teil des Bodens der Sub struktur vom Hüllen-,Bootskörper-, Schiffsrumpf- o. dgl. -typ ausgebildet ist}

   c) eine Stützstruktur (25) auf der Basis des becherartigen Behälters zum Tragen des Kernreaktordruckbehälters (11) im Abstand vom Boden der Substruktur vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpf- o. dgl. typ;

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   d) eine mit Wasser füllbare Stahltankanlage (29, 29'), die auf der Wand des becherartigen Behälters oberhalb seiner Basis ausgebildet ist, sowie in der Zone des Kerns (C) des von der Basis getragenen Reaktordruckbehälters (11), die, wenn sie mit Wasser gefüllt ist, eine primäre Abschirmung gegen radioaktive Strahlungen von dem Reaktordruckbehälter bildet;

   e) einen wasser- und druckdichten, aus Stahl gebauten Aufnahmebehälter (35)* der auf dem Boden der Substruktur (l(t) vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpfo. dgl. -typ innerhalb des Gebäudes abgestützt ist und sich um den becherartigen Behälter und den Reaktordruckbehälter herum erstreckt sowie eine mit Wasser füllbare Tankanlage (39) aufweist, die auf seiner inneren vertikalen Wand im Abstand von der auf der Wand des becherförmigen Behälters vorgesehenen primären Abschirmung vorgesehen ist und, wenn sie mit Wasser gefüllt ist, eine sekundäre Abschirmung um die primäre Abschirmung bzw. den becherförmigen Behälter sowie den darin befindlichen Reaktordruckbehälter bildet; und

   f) eine Bodentankanlage (37)» die auf dem Boden der Substruktur vom Hüllen-, Bootskörper*-, Schiffsrumpf-

   o. dgl. -typ unterhalb des Aufnahmebehälters (35) und des becherförmigen Behälters (32} ausgebildet ist und, wenn sie mit Wasser gefüllt ist, als sekundäre Abschirmung gegen radioaktive Strahlungen dient, die nach abwärts vom Kernreaktordruckbehälter abgelenkt bzw« ausgestrahlt werden.

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   2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß das Abteilungen enthaltende Vielzweck-Abschirmsystem der Tankanlagen (29, 29', .37, 39) im leeren Zustand dazu dient, das Gebäude (lO) bei flacher Wassertiere in einem wasserhaltenden Körper bzw. in einer Wassermasse schwimmfähig zu machen und eine Fülleinrichtung zum Füllen der Tankanlage mit Wasser aufweist, so daß die Substruktur vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpf- ο· dgl. -typ von einer flachen Wassertiefe in diesen wasserhaltenden Körper bzw. in der Wassermasse bis zu einer Tiefe eingetaucht wird, in welcher das Oberflächenniveau des wasserhaltenden Körpers bzw. der Wassermesse oberhalb der unteren ExtremerStreckung der sekundären Abschirmung zu liegen kommt, welche durch die Tankanlage auf dem Aufnahmebehälter gebildet wird, wodurch der wasserhaltende Körper bzw. die Wassermasse, der bzw. die die Substruktur vom Hüllen- o. dgl. -typ umgibt, als sekundäre Abschirmung gegen radioaktive Strahlung dient, die von der Hülle, dem Bootskörper, dem Schiffsrumpf o. dgl. ausgeht, sowie als Dämpfer gegen seismische Stöße von möglichen einwirkenden Erdbeben·

   3· Kernreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der becherförmige Behälter (32) dazu dient, heiße radioaktive Fluide, die aus dem Reaktordruckbehälter (11) im Falle eines Anlagenunfalls in diesen austreten, zurückzuhalten, so daß dieser Reaktordruckkessel in dieses austretende Fluid eingetaucht und dadurch der Brennstoff im Reaktordruckkessel bedeckt und dessen Energie absorbiert wird·

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   4. Kernreaktor nach Anspruch 1, 2 oder 3» geken η-zelchnet durch primäre Auslaß- bzw. Entlüftungsleitungen (54), die.das obere Ende der auf der Wand des becherförmigen Behälters (32) ausgebildeten Tankanlage (29« 29') mit dem Inneren des Aufnahmebehälters (35) verbinden, so daß das Wasser in der Tankanlage der primären Abschirmung die Energie von einem Rohrbruch des primären Kühlmittelsystems absorbiert sowie außerdem heiße radioaktive Fluide, die durch einen Unfall aus dem Reaktorbehälter in den becherförmigen Behälter austreten«

   5· Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-4, geken n- · zeichnet durch sekundäre Auslaß- bzw« Entlüftungsleitungen (?4), die das obere Ende der auf der inneren Wand des Aufnahmebehälters (35) ausgebildeten . Tankanlage (39) mit dem Inneren des Aufnahmebehälters verbinden, so daß das Wasser der sekundären Abschirmung weiterhin eine Energieabsorption von einem Leitungsbruch des primären Kühlmittel syst ems wie auch eine Energieabs'orption von radioaktiven Fluiden, die aufgrund eines Unfalls in den becherförmigen Behälter (32) entweichen, bewirkt·

   6. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-5» geken nzeichnet durch JPilz-Auslaß- bzw. -Entlüftungsleitungen (55) zwischen der Bodentankanlage (37) und den unteren Bereichen des Aufnahmebehälters (35)* so daß das Wasser in der Bodentankanlage weiterhin eine Absorption von Energie von einem Leitungsbruch des primären Kühlmittelsystems sowie von heißen radioaktiven Fluiden im Falle von deren Austreten aufgrund eines Unfalls aus dem Reaktordruckbehälter (ll) absorbiert·

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   7. Kernreaktor nach einem der Ansprüche i - 6, geken nzeichnet durch eine Beckenabteilung (48) zur Speicherung verbrauchten Brennstoffs und eine Beckenabteilung (49). zur Speicherung von Innenteilen des Aufnahme- bzw. Reaktorbehälters sowie eine Transport einrichtung (46) für den Transport von verbrauchtem Brennstoff und Innenteilen bzw. -einrichtungen von und zum Druckbehälter (11) in die bzw. aus den zur Speicherung dienenden Becken (48, 49); wobei in Kombination hiermit mit Wasser füllbare Hilfstankanlagen (50» 51) vorgesehen sind, welche die Beckenabteilungen (48, 49) für die Speicherung des verbrauchten Brennstoffs bzw. für* die Speicherung von Innenteilen oder -einrichtungen des Druckbehälters umgeben; und eine Einrichtung zum Füllen der Hilf stankanlagen mit Wasser zum Zwecke der Abschirmung und Zurverfügungstelung eines Wasservorrats für die Notkühlung.

   8. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-7» geken nzeichnet durch eine sekundäre Abschirmung (56) um den Aufnahmebehälter (35) in der Zone der primären und der sekundären Abschirmungstankanlage herum, die innere und äußere Tankanlagenwände umfaßt, welche durch eine interne Aussteifungsstruktur voneinander im Abstand gehalten werden, derart, daß sich eine Mehrzahl von unabhängigen und getrennten, mit Wasser füllbaren Tanks darin ergibt.

   9· Kernreaktor nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Hilfsauslaß- bzw» -entlüftungsleitungen (63), welche die vertikale Wand (36) des Aufnahmebehälters im Bereich des oberen Endes der außenseitigen sekundären ' Abschirmungstankanlage (56) durchdringen, so daß das Wasser - in der letzteren außerdem noch eine Absorption der Energie

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   von den heißen radioaktiven Pluiden vie auch von Fluiden, die aus einem Bruch im primären Behälter und Rohrsystem
   bei einem Unfall austreten, bewirkt.

   · Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-9» geken nzeichnet durch eine Ringtankanlage'(42, 43) , die als Kegelstumpf innerhalb des Aufnahmebehälters in
   der Nähe des offenen oberen Endes des becherförmigen Behälters (32) ausgebildet ist und, wenn sie mit Wasser gefüllt ist, als sekundäre Abschirmung gegen radioaktive
   Strahlung vom oberen Ende des Reaktordruckbehälters dient.

   11. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmwasser

   in der primären, der sekundären, der außens ext igen Tankanlage und der Hilfstankanlage (29, 29* , 37, 39, 42, 43, 56) als Vielfachquelle bzw. -vorrat für die Notwasserversorgung als Kühlwasser bei Notfällen dient.

   12. Kernreaktor nach einem der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre, sekundäre, außenseitige'Tankanlage und die Hilf stankanlage (29* 29', 37, 39t ^²* ^3» 56) einen Schutz des Reaktordruckbehälters gegen Zerstörung durch Geschosse aus dem Inneren oder
   Äußeren des Aufnahmebehälters (35) bildet.

   13* Kernreaktor nach- einem der Ansprüche 1-12, geken nzeichnet durch eine Mehrzahl von mit Trennwänden versehenen Abteilungen, die innerhalb der äußeren
   Wände des Gebäudes (10) und um die außenseitige Hilfstankanlage (56) herum ausgebildet sind und den Auf nahmeb e-

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   hälter abschirmen, um die letztere sowie den Reaktordruckbehälter gegen Zerstörung durch Geschosse von außerhalb des Gebäudes zu schützen.

   l4. Kernreaktor mit einem diesen enthaltenden Aufbau, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 13» g e k' e η η-zeichn. et durch

   . a) ein Gehäuse (lO);

   b) einen trockenen, wasserdichten Behälter (32), der in dem Gehäuse vorgesehen ist;

   c) einen Kernreaktorbehälter (11) mit einem Kern (C), der in dem trockenen, wasserdichten Behälter montiert ist;

   d) eine Mehrzahl von radial im Abstand angeordneten, konzentrischen., mit Vassex* gefüllten Strahlungsabschirmbehältern (29« 29't 39)» die den trockenen, wasserdichten Behälter umgeben, so daß sie Jeweils eine primäre Strahlungsabschirmung und eine sekundäre Strahlungsabschirmung gegen radioaktive Strahlung bilden; und

   e) eine Verbindungseinrichtung (5^), die mit einem der wassergefüllten Behälter (29, 29', 39) und/oder mit dem trockenen, wasserdichten Behälter (32) aufgrund eines unfallmäßigen Bruchs im Reaktorbehälter (11) in Verbindung steht, so daß sie Fluid von einem oder Mehreren wassergefüllten Behältern und in den wasserdichten Behälter leitet, um den Kern (C) während der Entfernung von Zerfallswärme bei einem Druckfehler

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   des Reaktors bzw· bei einem Ausfall des Reaktordruckbehälters untergetaucht bzw. eingetaucht zu halten·

   15· Kernreaktor nach Anspruch l4, gekennzeichnet durch eine Verbindungseinrichtung (54), welche mit einem anderen der wassergefüllten Behälter (29i" 29Ί 39) und dem trockenen, wasserdichten Behälter (32) aufgrund eines Unfallmäßigen Bruchs im Reaktorbehälter in Verbindung steht, so daß sie Fluid von bzw. zwischen dem anderen wassergefüllten Behälter und in den bzw. und dem wasserdichten Behälter leitet, und den Kern (C) während der Abführung von Zerfallswärme bei einem Fehler des Re- ' aktordrucks bzw. einem Bruch des Reaktordruckbehälters eingetaucht bzw. untergetaucht hält.

   l6. Kernreaktor nach Anspruch l4 oder 15». dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) eine Struktur (l4) vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpfo. dgl· -typ umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie den wasserdichten Behälter (32), den Kernreaktorbehälter (ll), den wassergefüllten Behälter (29, 29'* 39) und die Verbindungseinrichtung (54) trägt, wobei diese Struktur in Wasser schwimmen kann und eine geringere Eintauchtiefe besitzt, wenn in den Behältern weniger Wasser ist·

   17· Kernreaktor nach Anspruch l4, 15, oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) ein Gebäude bzw. Bauwerk umfaßt sowie eine Struktur (14) vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpf— o. dgl. -typ, die innerhalb des Gebäudes vorgesehen ist, wobei diese Struktur so angeordnet ist, daß sie den. wasserdichten Behälter (32) den Kernreaktorbehälter (ll), die wassergefüllten

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   Behälter (29, 2$f, 39) und die Verbindungseinrichtung (5^) trägt, wobei weiterhin die Struktur vom Hüllen-, Bootskörper-, Schiffsrumpf- o. dgl. -typ eine tiefere Eintauchtiefe bzw, Wassertiefe in dem Gebäude bzw.
   Bauwerk besitzt, wenn in den Behältern eine größere Wassermenge ist.

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