DE2400800B2 - Reaktorkern mit einem Kerngitter und mehreren Brennstoffkassetten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Reaktorkern gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs. Ein solcher Reaktorkern ist bekannt aus der GB-PS 11 47 144.

Das Kerngitter gehört zu den Teilen eines Kernreaktors, die mit sehr großer Präzision hergestellt werden müssen. Das Kerngitter hat die Aufgabe, die Brennstoffkassetten an ihren oberen Enden zu positionieren. Je genauer diese Positionierung ist, desto gleichmäßiger zueinander können die Brennstoffkassetten angeordnet werden, was eine bessere Ausnutzung des Reaktors bedeutet.

Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten für den aus rostfreiem Material hergestellten Kernrahmen und den aus einer Zirkonlegierung bestehenden Brennstoffkassetten dehnt sich der Kernrahmen bei Erwärmung stärker aus als die Brennstoffkassetten. Die Brennstoffkassetten werden gegenüber dem Kerngitter mittels Federn geführt, die mit einer bestimmten Kraft gegen das Kerngitter drücken. Die vertikale Belastung, die von den Federn der Brennstoffkassetten auf das Kerngitter ausgeübt wird, ist somit das Produkt aus den Federkräften und den Reibungskoeffizienten zwischen den Federn und dem Kerngitter.

Bei dem aus der GB-PS 1147 144 bekannten Reaktorkern sind die in einem Feld des Kerngitters vorhandenen vier Brennstoffkassetten zur Herstellung des kreuzförmigen Spaltes für den Steuerstab an ihren diesem Spalt zugewendeten Seiten mit zusammenwirkenden federnden Elementen versehen. Diese drücken somit die Kassetten elastisch in die Ecken des Kerngitters. Fertigungsgenauigkeiten des Kerngitters oder Maßänderungen infolge Wärmedehnung werden hierbei voll auf den kreuzförmigen Spalt übertragen, so daß keine exakt definierte Spaltbreite erzielbar ist.

Aus der GB-PS 10 18 481 ist ein Reaktorkern bekannt, bei dem die Brennstäbe einer Brennstoffkassette derart angeordnet sind, daß ein kreuzförmiger Spalt für einen Steuerstab entsteht. Die dadurch entstehenden vier Gruppen von Brennstoffstäben bilden jedoch eine zusammenhängende Konstruktionseinheit. Zur Festlegung des Abstandes zwischen den vier Gruppen sind starre U-förmige Profile vorgesehen. Diese Brennstoffkassette wird als eine einzige starre Konstruktionseinheit in den Reaktorkern eingesetzt und herausgenommen. Demgegenüber sollen bei der Erfindung vier selbständige Brennstoffkassetten derart in ein Feld eines Kerngitters eingesetzt werden, daß sie

to zwischen sich einen kreuzförmigen Spalt für den Steuerstab bilden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Reaktorkern der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem eine sehr genaue Positionierung der Kassetten im Kerngitter möglich ist, ohne daß das Kerngitter mit sehr großer Genauigkeit hergestellt zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Reaktorkern dadurch gelöst, daß er die im kennzeichnenden Teil des Anspruches genannten Merkmale aufweist.

Bei dem Reaktorkern gemäß der Erfindung ist es für die erstrebte genaue Positionierung der Brennstoffkassetten nicht mehr erforderlich, daß die Gitterkonstruktion sehr exakt ist. Es genügt, wenn in einem vorhandenen nicht sehr exakten Kerngitter die Führungsschienen in einer sehr exakten Weise am Kerngitter befestigt werden, z. B. durch Anschweißen. Diese Anschweißstellen können durch ein über das

JO Kerngitter ausgebreitetes Koordinatensystem ohne großen Aufwand exakt zueinander positioniert werden. Die Brennstoffkassetten werden dann durch die Federn gegen die Führungsschienen gedrückt, wobei sich ein exakt bemessener Spalt für den Steuerstab ebenso

.15 einstellt wie eine exakte gegenseitige Positionierung der Brennstoffkassetien.

An Hand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

F i g. 1 und F i g. 2 zwei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung in Draufsicht auf ein Feld des Kerngitteis,

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in F i g. 2,
F i g. 4 eine bekannte Gitterkonstruktion.
In den Figuren bezeichnen 1, 2, 3 und 4 vier Brennstoffkassetten, die an ihrem oberen Ende ein Feld eines Gitternetzes 5 auffüllen und mit mehreren federnden Organen 6 versehen sind. Jede Brennstoffkassette hat eine Hülle 7. In jedem Feld des Gitternetzes befindet sich ein kreuzförmiger Spalt, der zur Aufnahme eines Steuerstabes mit ähnlicher Querschnittsform bestimmt ist. S ist die Spaltbreite. In F i g. 1 und 4 sind die Führungsschienen 8 bzw. 9 gezeigt, die am Kerngitter starr befestigt sind. In F i g. 2 werden nur Führungskörper 10 verwendet, die an der Brennstoffkassetten-Hülle 7 befestigt sind. Bei der in Fig.4 gezeigten bekannten Konstruktion hat jede Brennstoffkassette vier Stützpunkte, deren absolute Lage von der Genauigkeit abhängig ist, mit der das Kerngitter hergestellt wird. Man muß damit rechnen, daß die gewünschte Spaltbreite 5 nur mit relativ großen Toleranzen herstellbar ist. Wenn die Federkraft jedes Federorgans 6 den Wert k hat, ist die vertikale Kraft K auf jede Brennstoff kassette, wenn μ der Reibungskoeffizient ist:

Die Steuerstäbe sind oft mit transversalen Vorsprüngen versehen, die als Gleitkörper dienen. Die transver-

sale Abmessung eines solchen Vorsprunges wird im folgenden mit Δ bezeichnet. Bezeichnet man mit d die eigentliche Armdicke des Steuerstabes, so erhält man für die Maximaldicke D folgenden Ausdruck:

D = d + 2Δ

Eine besondere Ausführungsform dt.*:· Erfindung ist in der in F i g. 1 gezeigten Konstruktion dargestellt, bei der jede Kassette ständig vier Stützpunkte hat, jedoch nur in zweien von diesen die Kraftübertragung durch federnde Organe geschieht. Die Stellen an den Hüllen 7 der Brennsioffkassetten, an denen der mechanische Kontakt mit den Führungsschienen 8 stattfindet, sind mit festgeschweißten Führungskörpern 11 versehen. Jede Führungsschiene 8 ist mit keiner oder sehr geringer Toleranz zwischen je zwei solche plattenförmige Führungskörper eingeführt, so daß die Spaltbreite an der Oberkante der Kassette niemals kleiner als ein bestimmter Wert D werden kann. Hierdurch erreicht man eine wesentliche Verbesserung gegenüber der in F i g. 4 gezeigten bekannten Anordnung.

In Fig. 1 können zwei Führungskörper 11 mit der Dicke b und eine mit der transversalen Abmessung a ausgeführte Führungsschiene 8 zusammen als eine Distanzanordnung bezeichnet werden. Die gesamte abstandsbestimmende Größe der Distanzanordnung muß gleich oder größer als die maximale Armdicke D sein. Es gilt also immer:

a + 2b δ D

Eine weitere Verbesserung der in Fig. 1 gezeigten Anordnung erhält man, wenn man in der ohenstehenden Gleichung die Größe a gleich Null wählt. Die entsprechende Konstruktion ist in F i g. 2 und F i g. 3 gezeigt. Jeder auf einer Kassette sitzende Führungskörper -st hier mit 10 bezeichnet, und beide zusammen bilden ein Distanzorgan mit der gleichen Wirkung, wie die aus den Gliedern 8 und 11 bestehende Distanzanordnung in Fig. 1. Hinzu kommt der Vorteil, daß jede

ίο Brennstoffkassette nur zwei Berührungspunkte mit dem Kerngitter hat. Dies bedeutet, daß die vertikale Belastung, der das Kerngitter aufgrund der unterschiedlichen Wärmedehnung der Brennstoffkassetten und des Kernrahmens ausgesetzt ist, nur halb so groß ist wie die Belastung bei den in Fig. 1 und 4 gezeigten Konstruktionen. Folglich kann das Kerngitter mit bedeutend geringerer Höhe ausgeführt werden, als bei den übrigen beschriebenen Konstruktionen für erforderlich gehalten wird.

Wenn bei diesen Konstruktionen die erforderliche Höhe Λ ist, ist bei einer Anordnung gemäß Fig.2 eine Höhe /i/yTausreichend. Es hat sich herausgestellt, daß eine niedrige Höhe des Kerngitters sehr vorteilhaft ist, da die Neigung der Steuerstäbe, im oberen Teil des kreuzförmigen Spaltes steckenzubleiben, dadurch wesentlich reduziert wird. Das Kerngitter ist mit zylindrischen Bolzen 12 versehen, die zur Führung der Brennstoffkassetten beim Laden dienen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

24 OO 800 Patentansprüche:

1. Reaktorkern mit einem Kerngitter und mehreren Brennstoffkassetten, von denen jede aus einer Anzahl von in einer Hülle eingeschlossenen Brennstäben besteht, wobei das Kerngitter im wesentlichen quadratische Felder bildet und am oberen Ende des Kerns angeordnet ist und jedes Feld eine Gruppe von vier Brenn.stoffkassetten umschließt, die mittels Federn im Kerngitter positioniert sind und untereinander mit Spalten angeordnet sind, welche Spalte die vier Arme eines zentralen Steuerstabs mit kreuzförmigem Querschnitt aufnehmen, wobei jeder Spalt in Höhe des Kerngitters mit einer die Spaltbreite bestimmenden Distanzano.rdnung versehen ist, deren gesamte abstandsbestimmende Abmessung gleich oder größer als die größte Armdicke des Steuerstabes ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzanordnung zwischen benachbarten Kassetten innerhalb eines Gitterfeldes in an sich bekannter Weise nicht nachgebend ist und daß die Distanzanordnung am Kerngitter befestigte, in den Raum zwischen benachbarte Brennstoffkassetten hineinragende Führungsschienen (8) aufweist.