DE2363844A1 - Einrichtung zur verringerung der gefahren, die infolge eines niederschmelzens eines kernreaktor-cores entstehen koennen - Google Patents

Description

GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 1 9.12.197°

KERNFORSCHUNG MBH PLA 73/73 Gl/jd

Einrichtung zur Verringerung der Gefahren, die infolge eines Nieder schmelzens eines Kernreaktor-Cores entstehen können.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verringerung der Gefahren für die Umwelt, die infolge eines Niederschmelzens eines mit einer Auffangwanne für Kernbrennstoffe ausgestatteten, mit Wasser, Wasserdampf oder gasgekühlten Kernreaktors entstehen können.

Tritt während des Betriebs eines Kernreaktors der hypothetische Fall ein, daß nach einem Verlust von Primärkühlmittel, z. B. infolge eines Rohrleitung sbruches, auch die Notkühleinrichtungen versagen, so können u.U. größere Teile des Cores aufgrund der Wärmeleistung beim Zerfall der bei der Spaltung der Brennstoffatome entstandenen radioaktiven Spaltprodukte (Nachwärmeentwicklung) bis über den Schmelzpunkt des Brennstoffs erhitzt werden.

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Welche Ausmaße ein solcher Core schmelzen-Unfall annimmt, d.h. vor allem, wie lange die Schmelze flüssig bleibt und dadurch den Reaktor-Druckbehälter und evtl. sogar das Containment gefährdet, hängt wesentlich davon ab, ' in welchem. Ausmaß die Spaltprodukte aus dem Brennstoff freigesetzt werden und dadurch die Wärmeentwicklung in der Schmelze abnimmt. Die Kenntnis der Restwärmequellstärke im Brennstoff wird daher als wichtige Voraussetzung für die Entwicklung konstruktiver Maßnahmen, etwa eines sog. Corecatchers (Auffangwanne) zum Schutz des Containments angesehen. Jede Cbrecatcher-Konstruktion muß aus Sicherheitsgründen für die volle Nachwärmeleistung ausgelegt werden, denn nach heutigem Wissen verbleiben von allen radioaktiven Wärmequellen etwa 65 t 15% aider Schmelze gebunden.

Weitere Folgen eines Coreschmelzen-Unfalls können darin bestehen, daß die Schmelze den Boden des Druckbehälters durch schmilzt und u. U. sogar die Betonfuttdamente des Containments zerstört. Die dabei freigesetzten Spaltprodukte stellen für die Umgebung des Reaktors ein erhebliches Gefährdung spotential dar.

Eine weitere große Gefahr bilden, insbesondere bei wassergekühlten Kernreaktorea, exotherm verlaufende Reaktionen zwischen dem Kühlmittel und den Brennelement-Hüllrohr- oder Struktur-Materialien, die zur Freisetzung von Wasserstoff führen. Ferner kann eine Reaktion zwischen Wasser und Kernschmelze auch als Folge eines Wassereinbruchs durch einen Schaden im Dampferzeuger (Wärmetauscher) währ end eines Störfalles bei einem gasgekuhlten Kernreaktor auftreten.

Gegen, die Gefahr der Ansammlung einer kritischen Masse nach dem Niederschmelzen eines Reaktor-Gores wurde eine Kernbrennstoff-Auffangvorrichtung vorgescHagen, die im wesentlichen aus einem oder mehreren, übereinander angeordneten pfannenartigen Bauteilen und einem zentralen Körper, der an seinem oberen Ende einen Aufschlagkonus aufweist, besteht/DT-OS 2 259 071/. Der zentrale Körper weist unterhalb des Konus zwei übereinander angeordnete Gitterstrukturen mit Schaufeln zur Kühlung., zur Verteilung der Masse und zum Auffangen, von größeren und kleineren Brennstoffstücken und/oder geschmolzenen Materials auf. Der Rest der Core-Schmelze fließt durch die Gitterstrukturen hindurch, in die darunter angeordneten Pfannen.

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Von einer Wanne zum Auffangen der niedergeschmolzenen Coremasse nach einem Reaktorunfall wird verlangt, daß die Schmelze innerhalb des Containments fe stgehalten wird. Die Zerfallswärme wird teilweise über die Wanne und zum anderen Teil von der Oberfläche der Schmelze abgeführt.

Um die niedergeschmolzene Coremasse im Reaktorcontainment festzuhalten, ist es notwendig, nicht nur die Masse dort zu kühlen, sondern Maßnahmen zu treffen, daß die Strahlungswärme nicht auch die darüber befindlichen Einbauten wie Containmentsteile niederschmilzt bzw. in Mitleidenschaft zieht. Dazu können konstruktive Maßnahmen vorgesehen oder die Möglichkeit der Einspritzung von Wasser in Betracht gezogen werden.

Die Durchführbarkeit einer Kühlung der Oberfläche der Schmelze mit Wasser hängt entscheidend von den Folgen der zwischen Wasser und der Schmelze ablauf enden chemischen Reaktionen, d.h. von der Wasserstofffreisetzung, ab. Bei einem was sergekühlten Reaktor ist beim Coreschmelzen auf jeden Fall mit einer Wasser-Schmelze-Reaktion zu rechnen. Bei einem gasgekühlten Reaktor kann ein Kontakt Wasser/Schmelze durch einen Wassereinbruch aus dem Wärmetauscher oder aus der Wassereinspritzung zur Kühlung der Kernschmelze und der Einbauten entstehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die bei Auftreten eines Coreschmelzen-Unfalls bei einem mit Wasser, Wasserdampf oder gasgekühlten Kernreaktor die Gefahren einer Wasserstofffreisetzung und damit u. U. einer Bildung eines Wasser stoff-Luft-Knallgases im Reaktor gebäude und/oder einer Freisetzung von radioaktiven Spalt- und Aktivierungs-Produkten und damit einer evtl. Kontaminierung des Reaktorgebäudes oder der Umgebung verhindert bzw. weitgehend verringert. Außerdem soll die nachfolgende Beseitigung der nieder-' geschmolzenen Core-Masse erleichtert werden,

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Die Aufgabe wird erfindungcgeiuäß dadurch gelöst, daß die Auffang wanne mit einer Schutzsubstanz zur Verhinderung eines Kontaktes zwischen dem metallischen Teil der Coreschmelze und Wasser oder Wasserdampf versehen ist. In einer Ausbildung der Erfindung ist die Schutzsubstanz ein Oxid oder ein Gemisch mehrerer Oxide aus der Gruppe MgO, CaO, B^O- und

In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist die Schutzsubstanz eine Verbindung oder ein Gemisch mehrerer Verbindungen aus der Gruppe Borate, Phosphate, Chromate und Karbonate. In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Schutzsubstanz einen Jod-bindenden Stoff, beispielsweise Silber.

Durch die Erfindung wird nicht nur die Wasserstofffreisetzung durch Kontakt einer Metallschmelze mit Wasser oder Dampf vermieden, sondern auch die radiolytische Zersetzung des Wassers verringert, da die Spaltprodukte in der Schicht der Schutzsubstanzen (bzw. in der Schmelze) sich verteilen und weitgehend darin verbleiben. Die Schuht der Schutzsubstanzen wirkt als Barriere gegen den Austritt der Spaltprodukte. Durch die Schutzsubstanz wird, durch die zusätzlich. eingebrachte Wärmekapazität,auch die absolute Temperatur der Gesamtschmelze erniedrigt, wodurch noch zusätzlich bewirkt wird., daß mehr Spaltprodukte aufgrund der absinkenden Flüchtigkeit in der Schmelze verbleiben. Durch das Vermischen des Brennstoffs mit den Schutzsubstanzen wird dieser verdünnt und dadurch in einer unterkritischen geometrischen Form gehalten, dies gilt insbesondere für schnelle Brutreaktoren. Dieser Effekt wird durch Zugabe Neutronen absorbierender Stoffe, wie beispielsweise B-0_, noch verstärkt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen von vorteilhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung, die jedoch die Erfindung auf diese Beispiele nicht beschränken.

Die Figuren 1 und 2 stellen mit Kühlrohren 2 versehene Auffangwannen 1 im Normalzustand (vor einem Coreschmelzen-Unfall) dar.

Die Figuren 3 und 4 zeigen solche Wannen jeweils mit Core-Schmelzen.

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In Figur 1 ist in die Wanne 1 eine Schutz sub stanz 5 mit einer geringeren Dichte als der einer Coreschmelze so eingebracht, daß die Schutz sub stanz auf der Innenseite 3 der Wanne 1 aufliegt. Die Schutz substanz 5 kann im Normalzustand mit einer Metallschicht 4 als Verpackung versehen sein, die entweder zur Abdeckung der Schutzsubstanz dient

oder diese als Verpackung völlig umschließt. Ist letzteres der Fall, kann, wie in Figur 2 gezeigt wird, zwischen der Innenseite 3 der Wanne 1 und der in einer Folie 4 befindlichen Schutz sub stanz 5 ein Hohlraum 6 freigelassen werden, in welchen die Coreschmelze 7 nach Durchschmelzen der Folie 4 und der Schutz sub stanz 5 eindringen kann. Falls erforderlich können zum Abstützen der verpackten Schutz sub stanz in den Hohlraum 6 Stützelemente (in der Zeichnung nicht dargestellt) vorgesehen sein.

Nach einem Core schmelzen-Unfall wird die Coreschmelze 7 entweder, wie in Figur 3 dargestellt, sich aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Dichte auf die Innenseite 3 der Wanne 1 absetzen, wobei dann die Metallschmelze aus der metallischen Folie 4 und eventuell abgeschmolzenen Metallteilen des Reaktors darüber zu liegen kommt und die Schutz sub stanz 5 die Metallschmelze 8 überdeckt, oder, wie in Figur 4 aufgezeigt, sich mit den als Schutzsubstanz dienenden Oxiden oder Salze vermischen bzw. verdünnen und so als verhältnismäßig leichtes Gemisch 9 die Metallschmelze 8 vor einem Kontakt mit Wasser oder Wasserdampf schützen.

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Claims (5)

1. GESELLSCHAFT FÜR Karlsruhe, den 17. 12.1973

   KERNFORSCHUNGMBH PLA 73/73 Gl/jd

   Patentan sp rüche:

   / 1J Einrichtung zur Verringerung der Gefahren für die Umwelt, die infolge eines Nieder schmelzens eines mit einer Auffangwanne für Kernbrennstoffe ausgestatteten, mit Wasser, Wasserdampf oder gasgekühlten Kernreaktors entstehen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne mit einer Schutz sub stanz zur Verhinderung eines Kontaktes zwischen dem metallischen Teil der Coreschmelze und Wasser oder Wasserdampf versehen ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzsubstanz (5 ) ein Oxid oder ein Gemisch mehrerer Oxide aus der Gruppe MgO, CaO, BO und SiO ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzsubstanz (-5 ) eine Verbindung oder ein Gemisch mehrerer Verbindungen aus der Gruppe Borate, Pho^iiate, Chromate und Karbonate ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzsubstanz ( 5 ) einen Jod-bindenden Stoff enthält.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Jod-bindende Stoff Silber ist.

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